国际本地网络频率分配和监管框架研究

郎保真，杜昊，高路，王婷，李俨，刘荐桦，赵冬

（1.中国信息通信研究院，北京 100191；2.国家无线电监测中心检测中心，北京 110107；3.高通无线通信技术（中国）有限公司，北京 100013；4.上海诺基亚贝尔股份有限公司，上海 201206；5.北京三星通信技术研究有限公司，北京 100028）

0 引言

随着5G 和工业互联网发展，5G 将发挥越来越大的作用，采用5G 替代有线网络可以降低有线网络布网成本、降低磨损成本、支持柔性工厂的灵活配置等。运营商的5G

切片业务是工业互联网的重要解决方案；此外，国际上一些大的工业制造商基于安全、定制化和隔离网络等需求，提出了采用5G 技术，在特定的专有频率内，在工厂内部署本地5G 网络的需求。垂直行业希望将数据保留在组织内部，可以采用3GPP NPN（非公共网络，Non-Public Network）和本地网络实现。上行链路业务繁重的网络需要与下行链路业务繁重的网络作分离，从干扰管理的角度，对于本地5G 网络需要采用专有频率。从本地网络的通信要求来看，工业场景下，通常对通信具有更高的可靠性要求，工业控制类业务时延要求较严格，因此需要干净的本地频谱。工业AR/VR、机器视觉等5G 工业应用都需要较高的峰值速率，因此需要较宽的频谱才能满足。由于5G本地网络在地点上具有确定性，且属于小范围网络部署，因此不同企业之间在不同地点，且满足一定的干扰协调条件（比如空间隔离度）时，同一时间可以复用同样的频率。

目前欧洲、亚洲、美洲、澳洲等各个区域和国家的监管机构已经分配或者正在规划本地网络频率，用于鼓励和发展5G 在工业互联网的应用，不同国家对于本地网络频率采用了不同的监管框架。

1 国际本地网络频率和监管框架情况

1.1 德国

2019 年11 月21 日，德国电信监管机构联邦网络局（BNetzA）启动了本地宽带或者无线网络接入应用频率的申请流程，为本地5G 网络提供3.7—3.8 GHz 的频率范围，这些频率尤其可以用于工业4.0，也可以用于农业和林业。申请者可以来自于土地所有者，也可以来自于使用者（如租赁或相应的转让），允许多个工业区共同申请。截止到2020 年9 月21 日，BNetzA 已经收到78份5G 独立专网许可证申请，其中，74 份已经获得批准。系统应该工作在TDD 方式，申请频率需要为10 MHz 的整倍数[1]。德国法规基于技术中立原则，鼓励使用5G 技术。系统可以使用AAS（先进天线系统，Advanced Antenna System）和non-AAS（非先进天线系统，none Advanced Antenna System）天线系统，法规对于带内EIRP（等效全向辐射功率，Equivalent Isotopically Radiated Power）或者TRP（总辐射功率，Total Radiated Power）没有规定。

频率许可期限为最多10年，且不超过2040年12月31日。频谱申请费用取决于申请的带宽和覆盖区域的大小（到目前为止，公司已为许可证支付的费用大约在1 000 欧元到100万欧元不等）。拟议的费用结构综合考虑了初创企业、中小企业以及农业用户的经济实力，牌照申请费用参照公式为：

费用=1000 +B×t×5×(6×a1+a2) (1)其中，1 000 表示以欧元为单位的金额；B表示以MHz为单位的带宽（10—100 MHz），t为使用期限（以年为单位）；a1 和a2 表示以km² 为单位的使用区域面积，a1 适用于城区、郊区以及供交通使用的区域类别，a2 适用于其他的区域类别，如供农业使用。

德国联邦网络局同时也考虑在24.25—27.5 GHz 提供本地5G 应用，邀请各方在2020 年2 月21 日前对26 GHz 频率范围的基本框架草案提供建议。联邦网络局目前正在评估收到的意见建议。

1.2 日本

2019 年12 月17 日，日本内务和通信部（MIC）正式发布《本地5G 引入指南》，计划本地5G 将使用4.6—4.9 GHz 和28.2—29.1 GHz 的频率。其中，4.6—4.9 GHz 和28.3—29.1 GHz 频段在2020 年底投入使用，目前正在牌照申请流程过程中；28.2—28.3 GHz 的100 MHz 频段于2019年底开始牌照申请的流程，截至2020 年6 月26 日，共有16 个申请者，其中6 个已经获得了使用牌照。申请者具体的分类和应用场景如表1 所示。

表1 日本本地网络频率许可申请应用

《本地5G 引入指南》中规定，本地5G 是由电信运营商以外的各种实体（本地公司和地方政府）构建的自己的5G 系统，即移动运营商不能申请本地5G 牌照。牌照申请者需要是建筑或土地所有权者，如果不是所有权者，那么牌照的应用限于固定无线类的应用。

目前，5G 是锚定在基于4G 核心网进行操作的无线接入网络技术NSA（非独立组网，Non-Standalone）。因此，现在申请28.2—28.3 GHz 的频段的本地5G 牌照时，需要同时使用4G 并使用区域宽带移动无线接入系统（以下称为“区域BWA（宽带无线接入，Broadband Wireless Access）”）的B41 频段（2 575—2595 MHz）进行通信。

日本5G 本地频率示意图如图1 所示。

1.3 英国

2019 年7 月，英国无线电监管机构 Ofcom（通讯管理局，Office of Communications）正式发布了《本地许可实现无线应用创新》公告，推出了两类创新无线频谱接入许可模式，希望借此满足包括5G 在内的移动技术对本地无线连接的需求，本地5G 可用于实现一系列行业流程自动化的专用网络，更广泛地支持物联网、农村宽带连接[2]。

图1 日本5G本地频率示意图

（1）第一类：频谱共享框架下的本地接入网技术许可（共享接入许可）

开 放3.8—4.2 GHz、1800 MHz（1781.7—1785 MHz/1876.7—1800 MHz）以及2300 MHz（2390—2400 MHz）频段，按照先到先得的原则管理和协调这些频段。在该公告中，也提出进一步考虑开放24.25—26.5 GHz 频段的本地接入并仅用于室内部署。

在频率共享框架下，用户可以申请两种类型的共享接入许可：第一种是低功率许可（按照区域发放许可证）。此类许可允许用户在半径为50 m 的圆形区域内部署所需数量的基站而无需Ofcom 的进一步授权。第二种是中等功率许可（按照基站发放许可）。鉴于某些基站的发射功率较高和潜在干扰面积较大，此类许可将以每个基站为基础发放，通常仅适用于农村地区的部署。

Ofcom 对这两类共享接入许可按年收费，其中在 3.8 GHz—4.2 GHz 频段，每10 MHz 带宽每年收取80 英镑；20 MHz带宽每年收取160 英镑；100 MHz 带宽每年收取800 英镑，以此类推。

（2）第二类：运营商许可频率下的本地接入许可（本地接入许可）

第二类是针对已经许可给移动运营商但未来三年内不会在特定区域内使用的频段，Ofcom 允许为新用户颁发本地接入许可。

尽管一些频段在全国范围内被许可给移动网络运营商，但并不是每个地方都在使用相关频率，Ofcom 认为允许新用户使用这些频率进行本地接入是可行的。Ofcom要求申请人提供尽可能齐全地使用计划，并将与拥有该频段许可的移动运营商共同商讨，确认该频段未在指定区域使用，并且新用户的接入不会对现有用户造成干扰，也不会影响现有用户计划开展的网络建设。如果移动运营商并未提出合理的反对意见，Ofcom 将为申请用户签发为期三年的共享频谱本地接入许可证。Ofcom 预计此类共享频谱接入主要在偏远地区开展，但可以在一些地区用于支持专用网络或无线宽带服务。

自2019 年7 月底发布本地访问许可公告到2020 年3 月，Ofcom 已经收到九个申请，已授予一份许可，四份申请未成功，另外四份正在考虑中[3]。这项成功的许可频率在沃达丰（Vodafone）的国家许可频谱中，用于StrattoOpencell 在多塞特郡的农村地区提供宽带无线服务。那些不成功的申请针对的频率和区域，是全国运营商许可当前或预期部署的频率或者区域。

1.4 美国

2015 年4 月，美国FCC（联邦通信委员会，Federal Communication Committee）发 布3 550—3 700 MHz频段（3.5 GHz 频段）150 MHz 频谱的商用规则，可用CBRS（公民宽带无线服务，The Citizens Broadband Radio Service）[4-5]。FCC 创建了一个三层接入和授权框架，以协调联邦和非联邦用户共享使用该频段：

第一层是现有用户，接受所有其他用户的保护。“现有用户”包括国防部雷达系统（3 550—3 650 MHz），3 625—3 650 MHz 的FSS（固定卫星业务，Fixed Satellite Service），以及在限定时间内3 650—3 700 MHz 频段的地面无线操作。

第二层是PAL（优先接入牌照，Priority Access License）。PAL 牌照频率范围为3 550—3 650 MHz，PAL 应得到GAA 的干扰保护，但必须保护第一层现有用户并接受来自第一层现有用户的干扰。

第三层GAA（通用授权接入，General Authorized Access）。GAA 用户可以全程运营在3.5 GHz 整个150 MHz中任何PAL 不使用的频率上。GAA 按规则必须避免对更高级别的用户造成有害干扰，并接受所有其他用户的干扰，包括其他GAA 用户。

美国CBRS 频率示意图如图2 所示。

图2 美国CBRS频率示意图

2018 年10 月FCC 发布相关报告和法令，对3.5 GHz频段发布的PAL 规则进行了一定的更改，确保该频段所采用的频谱规则可以允许5G 系统以及其他高速宽带技术系统使用该频率。2020 年8 月25 日，FCC 完成了3.5 GHz 频段的第一次拍卖，91.1%的牌照被售出，共计拍出45.85 亿美元。

1.5 其他国家或地区

除了上面介绍的4 个国家，还有很多国家和地区也分配了专有频率用于本地网络建设[6]。

法国ARCEP（电子通讯和邮政管理局，The Autorité de Régulation des Communications Électroniques et des Postes）在2019 年5 月正式发布技术文档，将B38（2 570—2 620 MHz）TDD 频谱用于专网业务，供行业用户和相关企业提出申请。

芬兰FICORA（芬兰通讯管理局，Finnish Communications Regulatory Authority）将3 410—3 800 MHz 总共390 MHz带宽平均分配给了3 个运营商（2019 年1 月到2033 年1月），为特定的当地要求（提到的港口、工厂、机场、医院、购物中心）提供解决方案。

中国香港将26 GHz 频段（24.25—27.5 GHz）和28 GHz频段（27.5—28.35 GHz）共计4 100 MHz 频谱分配给移动业务，其中400 MHz 频谱将采用通过地理位置共享的方式进行分配，以便在特定区域提供创新性的无线宽带服务。

中国台湾地区通讯传播委员会在2019 年12 月决定将4.8—4.9 GHz、带宽100 MHz 的频段指定为5G 频段，供公共部门和私营企业专用，用于特定业务的、区别并独立于电信运营商网络的5G 通信业务。

澳大利亚ACMA（澳大利亚传播与媒体管理局，Australian Communications and Media Authority）计划在澳大利亚范围内提供24.7～25.1 GHz 和27.5～29.5 GHz 频段，从2020年10月开放申请工作，2020年12月完成许可证的发放。

韩国MSIT（韩国科学与信息通信技术部，Ministry of Science and ICT）计划将28.9—29.5 GHz 共计600 MHz 频谱用于区域5G 网络建设以支持B2B 业务应用，即在特定区域（如建筑物、工厂等）引入基于5G 技术的定制化服务。按照计划将于2021 年上半年完成频率发放。

2 对比和总结

本地网络频率和监管框架在不同国家可能不同，比如频率范围、频率申请流程、申请资质、技术中立或者技术限定原则，干扰协调、射频指标等。表2 选取德国、日本和英国为例，简要对比本地网络许可和频率管理框架在不同国家的情况[7]。

美国采用三层接入和授权框架，动态频率共享机制允许协调联邦和非联邦用户共享使用该频段，提高频率使用效率。其中第二层PAL 机制类似本地网络频率，但是需要保护第一层的联邦用户频率使用。这种动态频率共享机制相对专有频率分配比较复杂，需要制定复杂的动态干扰协调和保护方案，通过频率接入系统（SAS）机制对各层频率进行协调，干扰规避方案如果制定过于保守，造成过度保护，则可能造成频率浪费，如果干扰规避方案制定得过于放松，则可能在各层业务之间造成干扰风险。目前在世界上采纳的国家不多，不属于主流方案。英国无线电主管机构Ofcom 也正在对动态频率共享机制进行研究，但是尚未推出频率分配和使用方案。

3 结束语

世界上主要的工业制造发达国家都针对工业互联网快速增加的频率需求给出应对频率方案，除了采用公众移动通信解决广域的业务需求，针对工业4.0 和垂直行业又分配一定专有频率，用于部署本地网络。随着5G 技术的发展和广泛部署，尤其应用于工厂等工业和垂直行业场景的工业互联网业务需求激增，引发频率需求急剧增加，不少国家无线电主管机构考虑中频段和毫米波高频段结合，满足产业对本地网络部署的频率需求。本地网络频率监管是一种新型的灵活的更加精细化的频率管理方式，各国都制定了适合各自国情和频率使用情况的监管框架，包括频率范围、频率申请流程和费用、申请资质、技术中立或者技术限定原则，干扰协调、射频指标等。总的来说，灵活简化的频率管理方式有利于先进的无线技术产业链创新，有利于5G 应用更快速渗透到垂直行业中，服务于工业互联网。

表2 德国、日本、英国的本地网络许可和监管框架总结