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600MHz 频段来了:中国广电持有,未来在低频段5G上优势将是压倒性

2022-08-03 10:08:31     

  今年 6 月,在 3GPP 的 TSG RAN 工作组会议上,一项关于 600MHz 5G 的新工作项目(Work Item)得到了正式批准。

  这个频段,被命名为 APT 600MHz 频段。(APT 就是 Asia-Pacific Telecom,亚太电信组织。)

  对于这个 APT 600MHz,你可能会有一系列疑问 ——

  咱们国家不是刚上 700MHz 吗?怎么这么快就又出了个 APT 600MHz? 另外,600MHz 5G 不是早在美国使用了吗?T-Mobile 的 5G 就是 600MHz 啊?这次 3GPP 是闹的哪一出?

  笔者有幸参与过 APT 600MHz 的预研和国际推动。今天写这篇文章,和大家聊聊 APT 600MHz 的那些事儿。

  说到 APT 600MHz,就不得不先回顾一下 APT 700MHz 的历史。

  APT 700MHz 是 3GPP band 28,也是目前中国广电 5G 使用的频段。这个频段被称为黄金频段,其原因是低频率的低衰减特性,覆盖范围较广,能有效降低建网成本。

  

 

  ▲ 覆盖与网络容量之间的权衡

  目前,APT 700MHz 是国际上 4G LTE 使用最普遍的频段。

  APT 700MHz 的最早提出者之一,是新西兰 Spark 公司(当地第一大移动通信运营商)的一位 IEEE Fellow,曼索・沙菲(Mansoor Shafi)教授。

  一开始的 700MHz 规划,是基于美国 Digital Dividend 的版本。沙菲教授当时认为,美国的 700MHz 划分过于复杂(如图 1 所示),如果硬搬到亚太地区使用,并不适合亚太地区各国目前的频谱状况。对于运营商来说,也会增加设备部署的复杂程度。

  

 

  ▲ 美国的 700MHz Digital Dividend(上图)和 APT 700MHz(下图)的对比

  新西兰国家太小,只有 500 万人口,无法靠自己的市场规模支撑起一整套从基站到终端的生态系统。

  于是,沙菲教授联合澳大利亚的运营商 Telstra,在 2008 年亚太地区的 APT 无线工作组会议上,正式提出 APT 700MHz。

  让澳大利亚、新西兰这两个国家意想不到的是,由于该频段符合 ITU Region 3(亚太)地区大部分国家的频段划分,很快这个频段方案就被南美洲,东北亚一些国家所采纳。随着生态系统的强劲发展,欧洲的运营商们也对该频段产生了浓厚的兴趣。

  最终,APT 700MHz 被 ITU Region 2(欧洲,非洲,中东地区)采用,成为 4G LTE 最成功的一个国际频段。

  3GPP 将 APT 700MHz 命名为 Band 28。该频段采用频分双工 FDD 模式,上行频率为 703-748MHz,下行频率为 758-803MHz,中间 10MHz 为上下行的保护带。

  作为 APT 700MHz 的发起国,新西兰早在 2013 年就开始部署了 700MHz 的 4G 网络。在我们国家,大家都知道,700MHz 频段属于中国广电,正在用于与移动进行 5G 共建共享。

  由于低频段的稀缺,在 700MHz 尘埃落定后不久,国际上就开始了 600MHz 的规划。

  在 WRC-15 的决议中,关于 470-694MHz 范围内的移动通信规划,被提上了国际议程。而这个频段的持有者,为广播电视业务。

  2017 年,美国成为第一个拍卖 600MHz 频段的国家。北美的 600MHz 为 3GPP Band 71,采用 FDD 模式,下行频段为 617MHz-652MHz,上行则为 663-698MHz。

  T-Mobile 成为 600MHz 频谱的最大持有者,其 600MHz 4G 网络早在 2018 年就开始部署,去年 T-Mobile 甚至推出了基于 600MHz 的独立 5G 网络。

  时间来到了 2020 年初,WRC-19 刚刚结束。

  我记得某天下午,沙菲教授非常兴奋地来拜访新西兰频谱局(当时笔者在这里工作),说道:

  “我计划给在下一次的 3GPP RAN4 会议上,提出 APT 版本的 600MHz。APT 版本的 600MHz 将目前北美的 600MHz 延伸到了 703MHz,采用反向双工的模式与 APT 700MHz 背靠背衔接,没有一点频谱资源浪费。这个方案更适合目前区域 700MHz 的部署,能更有效地扩充现有的低频容量。希望新西兰频谱局能够帮助我,一起在 APT 的无线工作组会议推广这个方案。”

  沙菲教授的这个想法非常的好。

  从下图中可以看到,如果亚太区域使用北美的 600MHz 方案,将导致 698-703MHz 之间 5MHz 频段的浪费。这对于寸土寸金的低频段实在是非常可惜的。

  沙菲教授当时给我们展示的 APT 600MHz 规划有两个版本,分别是:

  B1,下行:612-652MHz 上行:663-703MHz

  B2,下行:617-657MHz 上行:663-703MHz

  两种方案各有千秋。

  如下图所示,B1 的上下行双工间隔为 11MHz,手机采用单个双工器就可以达到杂散抑制要求。但由于 600MHz 目前是广播电视频率,频率向低延伸到 612MHz,就意味着更多的广播电视频段需要让出来,给移动通信使用。这在规划上会遇到更多阻力。

  而 B2 的方案,下行只到 617MHz,对广播电视的频率影响比 B1 小。但 B2 的方案中,上下行双工器间隔只有 6MHz,保护带很窄,手机中不得不需要两个双工器来解决抑制需求。

  如下图的 35MHz+35MHz 分段架构所示,双工器 1 工作在 622-657MHz / 668-703MHz,双工器 2 工作在 617-652MHz / 663-698MHz,手机在用户接入具体频段时,采用两个双工器切换来达到要求。

  这种做法其实并不新鲜。早在 APT 700MHz 的初期,由于当时材料和技术的限制,双工器的性能有限,当时业界的方案就是两个双工器切换。

  这种方法还有个限制是,用户最多只能使用到 35MHz 频谱接入,而 3GPP 在 sub-1GHz 上最大支持 40MHz,相当于有 5MHz 资源被限制了(由于 3GPP 暂时还没给出 600MHz 的具体带宽配置,这里采用 APT 700MHz 作为参考)。

  有关双工器组合的具体可行性研究报告,可以参考 3GPP TR38.860。

  两种方案都采用了反向双工,即下行频率在低频,上行频率在高频,与传统的 FDD 频率相反。

  这是因为,为了与 APT 700MHz 能够很好地衔接,不可能在 APT 700MHz 的上行频段旁边规划一个基站发射的下行频段,这会对 700MHz 的上行(基站接收)产生有害干扰。

  仅有技术的可行性,是不够的。一个方案想要成为国际接受的方案,必须在国际会议上获得一致通过。这其中,难免触碰到多方利益,涉及到经济政治等多方因素。

  比如前面说到的,对于广播电视频率的清理,会导致传统广播电视公司的强烈反对。

  在 2021-2022 年的三次 AWG 无线工作组会议中,由于各国和各企业代表利益不同,方案经历了激烈的辩论。

  主要的反对方,一个是支持北美 600MHz 的运营商们。他们希望能将目前的北美 600MHz 拿过来直接使用,尽快推进低频段 5G 的部署。如果等待 APT 600MHz,从会议通过、预研,到产品推出、频段开放,可能需要很长的时间。

  另一个反对方,是终端企业。他们也希望亚太区域的国家可以使用北美 600MHz 频段,来避免手机射频前端双工器数量的增加。

  最终经过多轮辩论,加上印度的强力支持,APT 的无线工作组最终成功确定以 B1 为 APT 600MHz 的首选方案,并正式联络 3GPP 进行可行性研究。

  爱立信的标准代表,也在 APT 的无线工作组上表示出了对 APT 600MHz 的兴趣,并最终推动成为了 3GPP 的一个研究项目(Study Item)。(注,3GPP 的研究通常是先以 study item 开始,通过方案论证,经过 3GPP 代表通过后才可以正式立项,成为 Work Item)。

  在 6 月份,3GPP 完成了研究,正式将 APT 600MHz 定为 Work Item,有望在 Release 18 正式推出该频段的射频要求。

  3GPP 最终采用的,是 APT 无线工作组推荐的 B1 方式,即一个双工器的频段规划方案,这对于亚太地区的移动通信行业,无疑是巨大的成功。

  APT 600MHz 的确定具有重要的意义。有着之前 APT 700MHz 的成功经验,APT 600MHz 与现在的 700MHz 将是未来的低频段 5G 的核心部分,肩负了地广人稀的覆盖目标,乡村无线宽带接入的容量需求。

  在我国,600MHz 的持有者还是中国广电。可以说,中国广电未来在低频段 5G 上的优势,将是压倒性的。

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