本文作者:唐欣(Spectrum Lab技术总监)

 

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。

 

地图中蓝色的国家和地区采用了APT 700MHz方案

 

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:663-703MHzB2,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。