
美国3.5GHz建网难度大,中国5G将引领全球
作者:安信通信团队
来源:通信投研汪
摘要
【安信通信】主要观点:当前,全球主流3.5GHz“黄金频段”建设如火如荼,美国FCC也坐不住了,也希望美国3.5GHz建5G。而在3.5GHz频段建设5G的第一步,就是要将该频段清理出来,向运营商拍卖,以便运营商建设5G网络。但经过我们分析,美国3.5GHz频段的“历史遗留问题”非常复杂,利益众多,还牵涉到国家安全问题(海岸防卫,本土反导等),清频工作难度很大。
因此,FCC权宜之计是,在3.5GHz频段采取三级(Tier-3)优先权方案,美军需要时优先用,美军关机后运营商付费用。但是,如果开展军民协同,则需要专门设计复杂的算法来进行军民系统的相互协调保障,这就增加了3.5GHz部署5G网络的实施难度。而另一权宜之计是,美国重耕现有2/3/4G频段,虽然2/3/4G频段的频宽有限,但至少是当期可行的现实做法。
我们认为,未来3.5GHz频段的5G网络部署与应用,将主要由中国引领。无论是运营商3.5GHz频段的丰富性、3.5GHz设备的成熟度,还是5G SA(独立组网)的商用推进进度、以及3.5GHz互联网应用的创新能力(5G+人工智能、5G+车联网/物联网),中国都将领先于全球其他地区,由此带动国内半导体、消费电子、通信核心器件、5G应用等信息技术全链条、各产业的共同快速发展。
正文
一、FCC正在考虑开放全球主流的3.5GHz“黄金频段”
为了进一步提升5G网络竞争力,美国FCC在完成毫米波频段拍卖工作之后宣布考虑将2.5GHz(2496-2690MHz)、3.5GHz(3550-3700MHz)和3.7-4.2GHz等中频段以及600MHz、800MHz和900MHz等低频段规划用于5G网络通信。兼顾覆盖、性能和产业链优势的3.5GHz中频频段被视为5G网络的黄金频段。
图1:下图为美国FCC高、中、低频段的划分

二、美国3.5GHz频段情况非常复杂,“历史遗留问题”多
FCC拟规划的5G频段为3550-3700MHz,共计150MHz频谱资源,如下图2所示,该频段目前主要分配用于无线电定位业务、卫星通信业务、无线电导航业务以及政府专用频段(图中红色部分,主要是军用雷达业务)。
图2:美国在3.5GHz频段的现有分配图
一旦涉及国家安全,这个频段的清频工作目前看起来难度很大。基于此,FCC提出了所谓的3层(3-Tier)共享方案如图3所示。
3层(3-Tier)共享方案:美国陆海军仍然拥有优先使用权,运营商仍然必须给国家安全让路。所谓3层共享主要指的是在不清退现有业务的前提下,可以让新业务在该频段开展业务。按照FCC的方案,5G网络将作为Tier 3业务使用该频段,前提是其工作不得干扰到Tier1业务(主要是军用雷达和卫星通信)和Tier2业务(主要是现阶段工作在改频段的其他业务,比如无线电定位、无线导航等)。为了避免干扰,FCC建议引入SAS(Spectrum Access System)服务器机制,即基站能否在改频段工作将受SAS服务器指令的控制。
图3:美国3.5Ghz频段的三级访问权限

注:例如在沿海地区,负责海岸防卫的海军保留该频段的第一权利,商业应用仅在海军雷达停机期间发生。其他人按次序获得使用三层优先权分配结构的访问:1)现任用户,如美国海军 → 2)LTE提供商和其他组织,支付许可费 → 3)其他非营利业余用户。
三、3.5GHz用于5G?国家安全和用户体验“两难全”
考虑到军用雷达业务的特殊性,这种3-Tier的好处是可以保证现有业务的正常运行同时可以让IMT业务有机会工作在3.5G黄金频段。但其缺点也很明显,即复杂度极高。3-Tier方案作为美国解决频段占用问题的首次尝试,目前看起来面临的问题很多,例如IMT业务规模组网后可能带来的国家安全等问题(对军用雷达潜在的干扰或者对其位置的泄露);海军使用的时候沿海基站将会大面积停机。我们认为该频段开展大规模IMT业务的可能性并不大,如果用于5G,很难仅基于该频段实现全国组网。
美国NIST为保护军事用户,涉及了专门的计算机参考模型。例如,NIST模型使用美国东北部的3.5 GHz频段模拟45,000个LTE小型蜂窝。为响应近海海军船只对该频段的需求,该模型计算出哪些小型小区必须被关闭。这些建模让FCC能够测试和评估商业LTE运营商与海军分享该频段。
图4:通过NIST仿真,沿海群众共享射频频谱必须让位于海岸防卫
彩色标记识别可以继续运行(蓝色)或必须关闭(红色)的用户,以满足海上船只对无线频段的优先需求“指定保护区“(灰色)。图片来源:Michael Souryal / NIST。

美国广覆盖5G,重耕现有2/3/4G频段更实际。我们认为,相比于3.5GHz频段清频,更具现实意义的做法是现有2/3/4G频段的重耕,即现有1.8GHz、2.1GHz、2.3GHz、2.5GHz等频段的重耕。统筹考虑目前中频段已有业务和未来5G的业务,尽可能腾挪连续的中频段频谱资源分配用于5G网络建设。
四、美国的毫米波5G:覆盖差,地理分割零碎,必须建设海量小蜂窝(Small Cell)设备
回顾高频段拍卖:FCC去年已拍卖高频段、毫米波频谱,拍卖成交金额小。美国FCC已经进行了首次5G频段的拍卖,主要为28GHz和24GHz的毫米波频段。美国首次5G两个频段合计拍出不到30亿美元,远少于(2015年)AWS-3频段拍卖的440亿美元和(2017年)600MHz频段的拍卖的200亿美元。
运营商需要在全国“逐县争夺”,大城市释放资源较少。FCC目前在每个县级行政区都提供两个频谱许可证(L1和L2,每张425MHz),因此首次拍卖牌照数量多达200+张。
表1:在2018年11月~2019年1月,28G频段经过了40个投标实体的176轮角逐下合计拍出107张牌照,金额为7.03亿元。中标金额第一大的Verizon中标5.05亿美元,AT&T中标1.29亿美元。

28Ghz拍卖:位置“鸡肋”,大城市几乎没有。其中,28Ghz虽然拍出牌照由100+张之多,但纽约市,洛杉矶,芝加哥和费城等主要城市几乎没有。在投标窗口快结束时,几乎只有一些农村电信公司参与,每轮只有几十万美元中标。
Verizon主要争夺28Ghz频段,原因是Verizon已拥有全国28GHz频谱的约75%,覆盖全部2.58亿用户(因为Verizon收购2017年关闭的XO Communications)。
表2:而在其后的24GHz牌照拍卖中,在全美各地(这次包括在芝加哥,纽约,波士顿和洛杉矶等大多数主要城市)拍出102张牌照,总价值约20亿美元。而AT&T在24GHz拍卖中以9.82亿美元,占所有可用许可证份额的49%。

美国运营商竞争激烈,需要并购和频谱拍卖两手抓,才能确保全国占据该频段的使用权。不单止争夺用户,还要抢占频谱资源。从中标运营商来看,24Ghz和28Ghz分别由AT&T和Verizon两家“独揽”,扫下了“桌子上的面包屑”。AT&T和Verizon在首次拍卖中发力,主要以美国家庭5G CPE覆盖为主,因此必须以海量接入设备为基础。
FCC的5G支持政策:将继续小蜂窝为主导(而不是大型蜂窝塔)。美国政府5G未政策重点将在于地方(州、县)快速清频退网,站址快速审批为主,充分利用现有杆站铁塔资源,决定了美国5G毫米波频段建网将走“与众不同”的道路,即小蜂窝、毫米波的技术特点决定了美国需要建设海量接入设备。
拭目以待:短期内美国频谱拍卖仍将以毫米波为主,更高的频段导致更短的覆盖能力。2019年,FCC将拍卖37GHz、39GHz和47GHz频段。FCC将会释放5Ghz带宽的5G频谱进入市场,比其他频段的总和还要多。另外,FCC称将努力在26 GHz和42 GHz频段释放另外2.75Ghz带宽的5G频谱。
表3:美国FCC的“快速建网计划”政策

投资建议
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