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26 GHz频段产业发展研究及分析

2021-09-16王婷婷裴郁杉刘吉凤中国联通研究院北京100048

邮电设计技术 2021年8期
关键词:无源限值频段

王婷婷,周 瑶,裴郁杉,刘吉凤(中国联通研究院,北京 100048)

1 26 GHz无线电业务划分情况

无线电业务遵循3 条“和平共处”规则:次要业务让主要业务、后用让先用、无规划让有规划。因此5G网络在使用26 GHz频段时,需满足与现有无线电业务之间的共存。图1 示出的是《中华人民共和国无线电频率划分规定》(2018年版)对26 GHz频段的业务划分情况,该频段上无线电业务包括无线电导航、无线电定位、卫星固定业务FSS(地对空)、卫星间业务ISS、空间研究业务SRS(空对地)、卫星地球探测业务EESS(空对地)、固定业务、移动业务。

图1 26 GHz无线电业务划分

由于发射机滤波器带外抑制的限制,设备在发射有用信号时会产生杂散信号,对相邻频段的无线系统产生干扰。邻频23.6~24 GHz 频段上的无线电业务包括空间研究(无源)业务、卫星地球探测(无源)业务、射电天文业务,其中EESS(无源)和SRS(无源)业务主要用于气象领域,在日常生活、农牧渔业、自然灾害预测等方面发挥重要作用。

2 全球26 GHz毫米波规划与使用情况

毫米波频段具有带宽大、时延小和灵活弹性空口配置等优势,可有效满足5G eMBB、mMTC、URLLC 三大场景对系统容量、传输速率和差异化应用的需求。据GSA 统计,截至2020 年6 月,全球已有42 个国家或地区的123家运营商对24.25~29.5 GHz频段5G网络进行投资,形式包括技术试验、获得许可证、部署网络和运营网络,其中79 家运营商已获得在该频段部署5G的许可证,21 家运营商正在积极地使用24.25~29.5 GHz频段部署5G网络。

图2示出的是主要国家26/28 GHz频谱规划。

图2 主要国家26/28 GHz频谱规划

目前全球共有7 个国家或地区完成了26/28 GHz频谱的分配。2018年6月韩国完成5G 频谱拍卖,其中高频拍卖26.5~28.9 GHz共2.4 GHz,韩国3家运营商各得800 MHz。2018 年9 月意大利对5G 频谱进行了拍卖,其中毫米波拍卖频段为26.5~27.5 GHz。2019 年1月日本向运营商分配了28 GHz(27.0~28.2、29.1~29.5 GHz)频段,共计1.6 GHz,每家运营商获得400 MHz 用于全国网络部署。2019 年1 月美国拍卖了27.5~28.35 GHz 频谱,同年5 月拍卖24 GHz(24.25~24.45、24.75~25.25 GHz)频段,共计1.55 GHz。2019 年3 月我国香港将26.55~27.75 GHz 频段分配给3 个网络运营商,每家获得400 MHz 频谱资源。2020 年2 月泰国拍卖了5G 26 GHz(24.3~27 GHz)频段,4家运营商共获得该频段的27 个许可证。2020 年2 月我国台湾省将27.9~29.5 GHz频段共1.6 GHz分配给4家运营商。

一些国家公布了26/28 GHz 频段的分配计划。2019 年4 月澳大利亚公布了24.25~27.5 GHz(26 GHz)频段规划决策和初步意见,在2020 年第3/4 季度举行26 GHz 拍卖,2021年第1/2 季开始28 GHz 的规划实施。德国计划分阶段将24.25~27.5 GHz中部分频段规划公网5G业务,用于公众移动通信的容量补充。加拿大宣布26.5~27.5 GHz 和27.5~28.35 GHz 频段的固定和移动业务采用灵活的许可模式,预计将在2021年底前分配26和28 GHz频段。巴西将24.3~27.5 GHz频段列入2020 年5G 频谱拍卖计划,2020 年3 月已发起26 GHz 频段拍卖征求意见。2018 年比利时宣布拍卖5G频段计划,预计在2021年拍卖26 GHz频段。2019年5月新加坡启动了5G适当监管框架和政策的公众协商,计划在第1 批频谱分配中为5G 分配3.5、26 和28 GHz频段。2020 年1 月马来西亚确定将24.9~28.1 GHz 作为5G 首发频段之一,在2020 年第3 季度完成频谱分配。

3 产业发展现状

3GPP 系的5G 标准是唯一被国际电联认可的IMT-2020 国际移动通信系统标准,根据3GPP R15 版本协议的定义,5G NR 使用FR1频段和FR2频段,其中FR2 频段的频率范围为24.25~52.6 GHz,详细频段划分如表1所示。

表1 3GPP FR2频段编号及范围

WRC-19 大会前,3GPP TS 38.104(V16.2.0)规定FR2 频段上的5G NR BS 带外杂散指标为-13 dBm/MHz(-21 dBW/200 MHz)。WRC-19大会后,考虑到新标识的IMT 频段与NR n257 和n258 相关,且区域组织及有关国家也有计划采纳WRC-19 规定的技术指标,因此针对WRC-19 IMT保护EESS指标的决议3GPP启动了NR 基站和终端设备射频指标的讨论和标准修订工作。截至2020 年5 月3GPP RAN4 第95 次会议,依据WRC-19 决议对n257 和n258 频段设备射频规范进行修订的总体意见已达成基本共识。

随着各国政府的积极推动和全球产业链的广泛参与投入,5G 毫米波设备和终端研发取得良好进展,目前已具备商用能力。其中设备侧,毫米波商用设备包括宏站和杆站设备,支持频段包括26 GHz 和28 GHz频段,可实现4T4R 通道、512 天线阵、混合波束赋形等功能,一些厂家也开始了数字化室内分布系统设备的研发;芯片侧,三星半导体5G 多模芯片组Exynos Mo⁃dem 5100 支持6 GHz 以下和毫米波频段,高通Snap⁃dragon™X50调制解调器-RF系统以及第2代X55和第3 代X60 调制解调器-RF 系统同时支持6 GHz 以下和毫米波频谱下的5G 系统;终端侧,商用智能手机终端现已有5G Moto Mod 的Moto Z3 和Z4、三星Galaxy S10 5G 和Galaxy Note10+5G、Verizon OnePlus 8 5G 超宽带版本等,部分国内手机厂家已在2020年推出毫米波商用终端。

4 WRC-19毫米波部署条件限制

26 GHz 频段是全球关注度最高的毫米波频段,也是同频、邻频业务最为复杂的频段,为保护现有业务正常发展,并保障IMT 与现有业务的未来发展空间,WRC-19 大会上各国相关专家代表对该频段IMT 部署条件进行了充分的讨论,经过协商,WRC-19大会通过了第242 号决议,对24.25~27.5 GHz 频段IMT 基站的部署提出了如下限制条件。

a)在24.25~27.5 GHz 频段部署IMT 基站时,应采取实际措施以确保室外基站的发射天线通常指向水平线以下。机械指向需在水平线或以下。

b)在24.45~27.5 GHz 频段内,应尽可能挑选采用每波束等效同向辐射功率(e.i.r.p.)值超过30 dB(W/200 MHz)的IMT 基站站址,以使任何天线最大辐射方向在IMT基站视距内与对地静止卫星轨道偏离±7.5°。

c)为实现跨境协调,必要时通过双边协议,保护25.5~27 GHz 频段的EESS/SRS 地球站和23.6~24 GHz频段的RAS台站并促进24.65~25.25和27~27.5 GHz频段的FSS地球站与IMT台站的共存。

d)IMT 在24.25~27.5 GHz频段操作时应保护23.6~24 GHz频段现有和未来的EESS(无源)系统。

e)24.25~27.5 GHz 频段内的IMT 台站用于陆地移动业务的应用。

为保护邻频EESS(无源)业务,WRC-19 大会通过了第750号决议,对工作在24.25~27.5 GHz频段的IMT基站和终端在23.6~24 GHz 频段的无用发射限值做了规定(见表2)。

表2 26 GHz IMT无用发射功率限值

5 欧洲、美国、日韩毫米波部署条件

在WRC-19大会之前,欧盟、美国、日本、韩国等关于本区域毫米波部署也形成了相关决议或法规。2018年欧盟电子通信委员会ECC 第48 次会议上,通过了ECC(18)06 决议《24.25~27.5 GHz 频段的移动/固定通信网络统一技术要求》,决议中对于23.6~24 GHz EESS(无源)业务保护问题,确定了IMT基站和终端在23.6~24 GHz 频段的带外杂散射频指标要求,其中,基站TRP 限值为-42 dBW/200 MHz,终端TRP 限值为-38 dBW。WRC-19 大会后,ECC 重新审视和更新了ECC(18)06 决议,将WRC-19 的结果考虑在内。经过研究与讨论,ECC 形成了(18)06 决议的修订草案,决定采用WRC-19 商定的IMT 带外杂散限制,但将“两步走”的转换时间改为2024 年1 月1 日,并提出采用ECC 19(01)建议书和ECC 20(01)建议书确定EESS/SRS 地球站和FSS(地对空)地球站与IMT 之间的协调距离,保障多种业务共同发展。

2016 年美国FCC 发布法规(FCC 16-89),规定毫米波频段27.5~28.35 GHz(28 GHz)上基站EIRP 限值为75 dBm/100 MHz,终端EIRP 限值为43 dBm,带外杂散限值为-13 dBm/MHz,并将这些规定写入FCC 规则第30 部分UMFUS。2017 年FCC 发布法规(FCC 17-152),规定24 GHz(24.25~24.45、24.75~25.25 GHz)毫米波UMFUS 频率使用时,基站和移动台也应遵守FCC规则第30 部分。WRC-19 之后,FCC 可能会考虑对带外杂散指标进行更改,但目前尚未启动任何流程。

日本、韩国分别在2019 和2018 年完成了28 GHz频段毫米波拍卖,并发布法规,规定该频段毫米波设备的射频指标要求与3GPP 保持一致,其中带外杂散指标为-13 dBm/MHz(-21 dBW/200 MHz)。WRC-19后,预计日韩主管机构会根据3GPP 最新结论修改国内毫米波设备的带外指标。

6 结束语

本文对26 GHz频段研究与发展现状进行了梳理,包括26 GHz 频段无线电业务划分、国际26 GHz 频段规划和商用部署进展、3GPP标准化和设备终端芯片等产业进展现状,并对WRC19毫米波部署条件相关决议和欧洲、美国、日本、韩国等毫米波部署条件进行了梳理与分析,以期为5G 毫米波26 GHz 频段后续发展提供参考。

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