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600MHz 频段来了:中国广电持有,它会是新的黄金频段吗?

时间:2022-08-03 10:45:16 匿名用户

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。

▲ 3GPP band 41,北美 600MHz 频段

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。

▲ 北美 600MHz 与 APT 700MHz 的频段分布

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

▲ APT 600MHz 的两种选项,与 APT 700MHz 可以完美衔接

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。

▲ APT 600MHZ Option B1 方案和双工器仿真性能

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。

▲ APT 600MHZ Option B2,采用 35MHz+35MHz 的组合双工器方案

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。

▲ 3GPP 的 APT 600MHz 频段

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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