淺析美國3.7-4.2 GHz 頻段重耕以推動5G 發(fā)展

王 坦，許 穎，任 紅

（國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037）

0 引言

5G 系統(tǒng)部署需要低（3 GHz 以下）、中（3-6 GHz）、高（24 GHz 以上）不同頻段頻譜的支撐。其中，中頻段兼具帶寬與覆蓋優(yōu)勢，可實現(xiàn)5G 大規(guī)模組網(wǎng)，是現(xiàn)階段全球5G 商用部署的首要頻段。近期，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）發(fā)布了3.7-4.2 GHz頻段頻率重耕有關法規(guī)[1]，計劃將衛(wèi)星業(yè)務由現(xiàn)有500 MHz 壓縮至上端的200 MHz，將騰退得到的下端280 MHz 逐步用于5G 并于2020年底完成拍賣，中間的20 MHz 作為頻率保護帶。同時，F(xiàn)CC 還將為衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)按時騰退頻率、站址搬遷和設備改造進行大額的資金補償。此舉可能對全球5G 中頻段未來發(fā)展產(chǎn)生一定影響。本文結合相關背景，對美國該頻段重耕的歷程、內(nèi)容進行梳理，介紹與分析，對FCC 決策前內(nèi)部存在的分歧進行闡述，以期為相關工作提供參考。

1 相關背景

C 頻段（下行 ：3.7-4.2 GHz，上行：5.925-6.425 GHz）是全球衛(wèi)星通信的主用頻段之一。該頻段內(nèi)的衛(wèi)星固定業(yè)務（FSS）具有廣泛覆蓋、高可靠性和快速接入等特點，在很多國家的社會經(jīng)濟發(fā)展中扮演著重要的角色。尤其在亞太地區(qū)，由于C 頻段受雨衰影響相對較小，其FSS 應用較為廣泛。

隨著衛(wèi)星通信技術和業(yè)務需求的不斷發(fā)展，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的使用頻段逐漸向Ku、Ka 或更高頻段拓展。另一方面，C 頻段下行屬于5G 中頻段的范圍，對5G 系統(tǒng)來說是非常優(yōu)質的頻譜資源。近年來，全球多個國家和地區(qū)均有將部分C 頻段頻率拿出用于5G的行動。

在歐洲，歐盟委員會無線頻譜政策組（RSPG）制定的5G 頻譜路線圖把3.4-3.8 GHz 頻段作為5G 頻譜的第一優(yōu)先級，歐洲郵電管理委員會（CEPT）正在制定有關技術法規(guī)[2]，其中包含了C 頻段的一部分（3.7-3.8 GHz）。在此基礎上，許多歐洲國家已經(jīng)采取了行動。德國計劃2021年底之前騰出3.4-3.8 GHz[3]；法國計劃于2020年上半年完成許可[4]。

在亞洲，日本2019年已將3.6-4.1 GHz 頻段許可用于5G[5]。澳大利亞于2019年8月啟動了將3.7-4.2 GHz 頻段用于固定和移動寬帶應用的意見征求[6]。此外，阿聯(lián)酋于2018年底已將3.3-3.8 GHz 頻段許可用于 5G[7]。

在國際電信聯(lián)盟（ITU）層面，2019年11月，ITU 為2023年世界無線電通信大會（WRC-23）確立了多項為IMT 系統(tǒng)新增頻率的議項。其中，議項1.2、1.3均涉及3.6-3.8 GHz 頻段[8]。

由此可見，將3.7-4.2 GHz 頻段中的一部分頻率用于5G，逐漸在全球形成了趨勢。尤其是3.7-3.8 GHz 頻段，在部分地區(qū)已經(jīng)投入使用。

2 工作歷程

美國為加快5G 發(fā)展，在2018 年3 月頒布了MOBILE NOW法案[9]。該法案605（b）款要求FCC 評估將3.7-4.2 GHz 頻段用于提供商業(yè)無線通信服務（包括5G 在內(nèi)）的可行性，這是促使FCC 啟動該工作的主要依據(jù)之一。

2.1 此前該頻段無線電業(yè)務劃分和使用情況

如前所述，該頻段主要業(yè)務首先是衛(wèi)星業(yè)務，也即FSS 下行。衛(wèi)星運營商利用此頻段向美國全國范圍內(nèi)的電視和廣播電臺提供節(jié)目，并向消費者提供電話和數(shù)據(jù)服務。據(jù)FCC 對2019年的統(tǒng)計，Intelsat，SES，Eutelsat，Telesat 等衛(wèi)星公司共有66顆在軌衛(wèi)星工作在該頻段。同時，在該頻段的兩端也即3.7 GHz，4.2 GHz 附近，還有衛(wèi)星遙測信號的接收。

此外，該頻段還有固定業(yè)務（FS）的主要劃分，用于點對點固定微波。

在緊鄰頻，3.55-3.7 GHz 是美國公民寬帶無線電服務（CBRS）頻段，主要由雷達、部分非聯(lián)邦FSS 地球站使用，即將以共享的方式用于包括5G 在內(nèi)的寬帶無線通信。4.2-4.4 GHz 頻段有航空無線電導航業(yè)務，主要用于無線電高度計。

2.2 法規(guī)制定歷程

2017 年8月，F(xiàn)CC 發(fā)布調查通知（NOI），就3.7-24 GHz 頻段范圍內(nèi)是否可釋放頻率用于靈活的無線通信進行征求意見，重點鎖定了3.7-4.2 GHz，5.925-6.425 GHz，6.425-7.125 GHz 三部分。

2018年4月，F(xiàn)CC 宣布臨時凍結3.7-4.2 GHz 頻段設置地球站和固定微波的申請。并在當年6-10月又開啟了一個短暫的時間窗，給上述申請留下了一個最后的時機。

2018 年8 月，F(xiàn)CC 正式啟動了該頻段的法規(guī)制定程序（NPRM），并著手該頻段現(xiàn)有業(yè)務的核查工作，要求FSS 等用戶詳細填報用頻情況；同時，文件對現(xiàn)有業(yè)務的管理模式和經(jīng)濟價值進行了探討，并就該頻段未來改革的方向征求意見。

2019年5月、7月，F(xiàn)CC 進一步發(fā)布通知，分別向有關衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)和寬帶無線通信產(chǎn)業(yè)有關的企業(yè)、機構征求意見，就該頻段現(xiàn)有業(yè)務的保護和未來引入新業(yè)務如何實現(xiàn)頻譜共用進行探討。

至此，F(xiàn)CC 完成了該頻段法規(guī)發(fā)布的前期準備工作。

3 法規(guī)內(nèi)容解析

在上述背景和工作歷程的基礎上，本節(jié)對FCC 發(fā)布法規(guī)的內(nèi)容進行闡述與分析。這里需要指出的是，文中略去了頻譜拍賣有關細節(jié)的闡述。

3.1 頻率重耕總體情況

FCC 將現(xiàn)有衛(wèi)星業(yè)務由500 MHz 壓縮至上端的200 MHz，將騰退得到的下端280 MHz 逐步用于5G 并于2020年底完成拍賣，中間的20 MHz 作為頻率保護帶。對此，F(xiàn)CC 在頻率劃分表3.7-4 GHz 頻段新增了非聯(lián)邦用戶的移動業(yè)務作為主要業(yè)務劃分，如圖1所示。在美國大陸地區(qū)，F(xiàn)CC 壓縮了現(xiàn)有FSS 的劃分。美國大陸之外地區(qū)指阿拉斯加、夏威夷等部分。

圖1 美國3.7-4.2 GHz頻率劃分表修訂示意圖

FCC 為現(xiàn)有用戶尤其是衛(wèi)星用戶的騰退制定了時間表，騰退的最終期限為2025年。同時，F(xiàn)CC 提出了提前騰退的補償激勵辦法：如果衛(wèi)星公司在2021年騰退下端的120 MHz 以及在2023年騰退之后的180 MHz，將能夠分別得到大額的資金補償。此外，衛(wèi)星頻率騰退涉及的站址搬遷、設備改造等資金，也將得到補償。這些補償資金與頻譜拍賣產(chǎn)生的收入息息相關。潛在的競拍用戶需要了解目標頻段的現(xiàn)有業(yè)務使用現(xiàn)狀，評估由此帶來的補償成本等，這也極大增加了相關工作的復雜性。我們注意到，由于頻譜拍賣時間和衛(wèi)星騰退時間有交疊，在過渡期間，F(xiàn)CC 將采用“重疊許可”（overlay license）。針對這些問題，F(xiàn)CC 的五位委員還存在一定的分歧，這部分將在下文簡要闡述。

3.2 頻率安排與基于地區(qū)的許可

FCC 將擬騰退得到的3.7-4 GHz 頻段分為了A，B，C 三塊，其中A，B 塊均為100 MHz 帶寬，C 塊為80 MHz 帶寬。在分塊的基礎上，頻率許可帶寬的最小單位為20 MHz，如圖2所示。

圖2 美國3.7-4 GHz頻率安排

FCC 認為，這種頻率帶寬安排的顆粒度能夠給潛在的用戶提供充足的靈活性，既能夠支持包括100 MHz 在內(nèi)的3GPP 5G NR標準中的大多數(shù)系統(tǒng)帶寬，也兼顧了同鄰頻部署LTE 的可能性。此外，采用非上下行配對的頻率安排，能夠體現(xiàn)技術中立，便于用戶采用時分雙工（TDD）的方式。

對于該頻段，F(xiàn)CC 仍然采用基于地理區(qū)域的頻率許可，本次的劃分方式仍采用了較常見的子經(jīng)濟區(qū)（PEA），如圖3所示。

3.3 頻率許可期限與使用率要求

FCC 為該頻段設立了15年的許可期限，這是統(tǒng)籌考慮頻段清退的過渡期長度，為保障后續(xù)投資建設的預期以及最終發(fā)揮頻譜效用滿足消費者之后做的決定。同時，F(xiàn)CC 認為提出頻率使用率的要求，確保頻率不閑置是至關重要的。

針對該頻段的移動應用（或點對多點）方式，F(xiàn)CC 要求第一階段（前8年）運營商在頻率許可的地區(qū)應至少覆蓋45%的人口；之后，在第二階段（前12年）覆蓋目標應達到至少80%。

請注意，這個覆蓋率目標甚至嚴于FCC 曾經(jīng)在700 MHz 的類似要求（40%，75%[10]）。FCC 表示，雖然這個人口覆蓋率的指標有一些苛刻，但考慮到中頻段能夠較好地兼顧覆蓋的特點，加強限定是很有必要的。這體現(xiàn)出了FCC 在中頻段加強5G 部署的意志和決心。

圖3 美國PEA區(qū)域分布圖

同時，針對部署IoT 的移動應用方式，F(xiàn)CC 提出了頻率使用率的替代要求：第一階段（前8年）在頻率許可地區(qū)的地理覆蓋至少達到35%；之后，在第二階段（前12年）覆蓋目標應達到至少65%。這里用地理覆蓋代替了人口覆蓋。

針對點對點固定應用的方式，F(xiàn)CC 依據(jù)人口總數(shù)情況提出了不同的要求。簡言之，在一個頻率許可的地區(qū)，大約平均每67，000人的范圍內(nèi)，第一、第二階段分別應部署至少1，2條鏈路；該地區(qū)總體上第一、第二階段分別應部署至少4，8條鏈路。

3.4 懲罰機制與頻率續(xù)用

針對頻率使用率不達標的用戶，F(xiàn)CC 也制定了較為嚴格的懲罰措施。第一階段如不能達標，則將第二階段的考核時限和頻率許可期限減少2年；第二階段考核如不能達標，頻率許可立即自動到期，且用戶無法再次申請。同時，F(xiàn)CC 還給出了用戶自證頻率使用率合規(guī)的材料要求，包括覆蓋地圖和相關技術文檔等。

針對頻率續(xù)用，在通用要求的基礎上，F(xiàn)CC 在該頻段還將采用無線電業(yè)務服務續(xù)用改革措施（Wireless Radio Services Renewal Reform）[11]，本文不再贅述。

3.5 設備技術指標和部署要求

為了較好地發(fā)揮5G 網(wǎng)絡性能，同時兼顧對現(xiàn)有業(yè)務的保護，F(xiàn)CC 對5G 設備和部署提出了有關技術指標，如表1所示。

表1 3.7-3.98 GHz設備和部署有關要求

其中，針對帶外發(fā)射，F(xiàn)CC 采取了3GPP 的通用限值，認為帶外輻射將隨著頻率隔離而逐漸下降，因此無需再額外設置一定頻率隔離度下（如間隔20 MHz）的限值。針對不同用戶之間的干擾，F(xiàn)CC 并不考慮從天線高度對5G 作出限定，轉而考慮限定移動運營商在其服務區(qū)域邊界的輻射強度。

此外，為了保護3.7-4 GHz 頻段內(nèi)的測控類衛(wèi)星地球站（TT&C），根據(jù)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的反饋，F(xiàn)CC 擬將現(xiàn)有的14個分散的此類地球站集中部署到4個指定地區(qū)，該步驟計劃于2021年12月完成。此后，F(xiàn)CC 允許這些地球站繼續(xù)使用，并享有受保護的地位，直至2030年12月。FCC 鼓勵雙方開展具體技術分析，根據(jù)實際情況，盡量縮短保護距離。

3.6 現(xiàn)有無線電業(yè)務的具體安排

3.6.1 衛(wèi)星固定業(yè)務

針對FSS，F(xiàn)CC 制定了一套含有七個步驟的工作計劃。

一是定義現(xiàn)有地球站和現(xiàn)有衛(wèi)星運營商的類別，確定參與過渡期騰退、獲得補償?shù)膶嶓w。基于前期核查，F(xiàn)CC 明確指定了參與騰退的地球站范圍，以及涉及的八家衛(wèi)星運營商：ABS，Empresa，Eutelsat，Hispasat，Intelsat，SES，Star One 和 Telesat。

二是修改相關規(guī)則完成3.7-4 GHz 的清頻。FCC 將FSS 業(yè)務限定在4-4.2 GHz 頻段范圍，禁止在3.7-4 GHz 申請空間電臺執(zhí)照以及市場準入。FCC 聲稱美國《通信法》第316條賦予了其采取此行動的權利，且無需征得現(xiàn)有被許可人的同意，只要FCC認為這樣做能夠“促進公共利益、便利性和必要性”。但國會將FCC 的權利限定在只能修改現(xiàn)有執(zhí)照，不能撤銷，只能作出非本質性的修改（fundamental change）。FCC 認為現(xiàn)有操作符合要求。針對地球站無需辦理許可的情況，F(xiàn)CC 將修改地球站注冊辦法，以體現(xiàn)清頻要求。為確保順利完成過渡，F(xiàn)CC 還將暫時凍結在4-4.2 GHz 申請新的地球站以及其他申請人申請空間電臺（在美國大陸地區(qū)）。

三是設定過渡期限。FCC 設定的最終期限為2025年12月5日。此外，還設定了兩個加速期限：分別是2021年12月5日前騰退3.7-3.8 GHz，以及 2023 年 12 月 5 日前 騰退 3.8-3.98 GHz，衛(wèi)星運營商如按照該期限騰退將能夠獲得激勵費用補償。FCC 援引C頻段聯(lián)盟（C-Band Alliance）的觀點，認為每晚一年騰退C 頻段，美國消費市場將至少損失500億美元。

四是明確補償和激勵費用有關內(nèi)容。FCC 指出，費用將由未來該頻段拍賣的中標者承擔（按照一種費用分擔機制），且其必須在支付費用之后才能將頻段投入使用。期間，將采用“重疊許可”的方式。FCC 表示這種工作方法的一個主要依據(jù)是其曾經(jīng)采用的新興技術框架（Emerging Technologies framework）[12]，在歷史上有過多次實踐，證明可行。在騰退補償費用的測算方面，F(xiàn)CC 對費用的合理性提出了相關要求，補償除了針對與設備搬遷、濾波器改造等直接相關的“硬開銷”外，還可包括一定比例的“軟開銷”，如由此產(chǎn)生的咨詢、律師費等。但為了確保補償費用測算的合理性，F(xiàn)CC 擬設立搬遷支付清算所（Clearinghouse）以發(fā)揮監(jiān)督作用。在激勵費用的測算方面，F(xiàn)CC 提出了一種測算方法，并為市場占有率較高的五家衛(wèi)星運營商計算了具體金額。本文對上述費用的具體金額不做展開。

五是建立一個中立的、第三方的專門機構來管理搬遷費的征收和分配，也即上文提到的清算所。

六是提出了搬遷的組織工作要求。分別針對擬加速和不加速搬遷的運營商的組織工作提出了要求，包括擬加速搬遷但未如期完成時激勵費用的削減措施。此外，還將設立搬遷協(xié)調員（Coordinator）督促相關工作。

七是搬遷涉及的其他方面，包括有關無線電管理數(shù)據(jù)庫準確性的維護，以及FSS 和FS 有關協(xié)調政策的修訂等。

3.6.2 固定業(yè)務

FCC 表示，在過去20多年，這個頻段的FS 業(yè)務已經(jīng)大幅減少了，目前點對點固定微波只有87個在用臺站。FCC 最終決定在2023年12月5日前停止該頻段點對點固定微波的使用。類似的，搬遷產(chǎn)生的費用將由在相應PEA 獲得5G 執(zhí)照的用戶支付。同時，為了確保FSS 地球站在4-4.2 GHz 重新部署順利進行，F(xiàn)CC 將不允許點到多點的固定微波站使用4-4.2 GHz 頻段。

4 FCC 內(nèi)部的分歧

FCC 連同主席在內(nèi)共有五位委員。針對此次重耕，主席（Ajit Pai）和其中兩名委員（Michael O’Rielly，Brendan Carr）投了贊成票，而另外兩名委員（Jessica Rosenworcel，Geoffrey Starks）投了反對票，最終法規(guī)以3 ∶2獲批。本節(jié)對FCC 主席觀點及反對觀點進行簡要闡述，以了解該法規(guī)執(zhí)行可能面臨的風險。

FCC 主席認為5G 在拉動投資、促進就業(yè)和經(jīng)濟增長方面發(fā)揮重要作用。此次重耕主要遵循了四項指導原則：一是必須為5G 在C 頻段提供大量頻譜；二是必須要盡快；三是必須為聯(lián)邦政府創(chuàng)造收入；四是必須確保目前C 頻段現(xiàn)有業(yè)務能夠繼續(xù)提供服務。他十分清楚地認識到美國在C 頻段尋找5G 可用頻率所面臨的矛盾，也知道不論怎么做都有反對的聲音，但他最終認為必須采取行動。同時他還提到了另一條正在進行的通過國會立法改變C 頻段使用方式的途徑，但認為在美國大選年期待國會順利通過立法是很難的，無法再等下去。

投反對票的Jessica 委員表示，選擇C 頻段來解決5G 中頻段問題可能是個錯誤，因為該頻段有很多衛(wèi)星廣播用戶。同時，該法規(guī)的執(zhí)行可能面臨三個重要問題：一是拍賣和補償?shù)暮戏ㄐ詥栴}，她認為FCC 把搬遷補償原本應是基于自愿的私下談判變成了強制性命令，并且由拍賣得到的原本應屬于美國財政部管理的資金中的一部分，被“憑空地”提前鎖定為補償金額，這些舉措和現(xiàn)行法律（包括“新興技術框架”）可能不一致。二是補償金額問題，其認為加速騰退的激勵費用的計算并不合理、清晰，應當由國會或市場經(jīng)濟決定而不是FCC 的法規(guī)。她還表示，雖然FCC 為此在一年多前成立了一個新的經(jīng)濟和分析辦公室，但缺乏經(jīng)濟學家的參與，且FCC 引用的第三方報告數(shù)據(jù)差距較大，缺乏自己的分析。三是存在政策問題，認為FCC 行使了超越其職責權限的行動，且失去了通過國會立法來改變C 頻段使用的途徑。如果立法通過，原本拍賣得到的資金將可以用于國家更重要的其他基礎設施建設。而現(xiàn)在的拍賣將可能擾亂多個州現(xiàn)有用戶尤其是公共安全有關用戶的用頻秩序，這將給FCC 帶來很多后續(xù)協(xié)調問題。

投反對票的Geoffrey 委員支持該頻段采用公開拍賣而不是私下談判的方式來完成重耕，但對將拍賣得到的錢流入衛(wèi)星運營商的“私人腰包”尤其是其他國家的衛(wèi)星運營商持反對態(tài)度，并同樣對金額的測算提出了質疑。

由以上內(nèi)容可以看出，F(xiàn)CC 最終采取的決定，在多個方面仍存在一定的隱患和遺留問題。

5 結束語

本文結合3.7-4.2 GHz 頻段相關背景，對美國該頻段重耕的歷程和法規(guī)內(nèi)容進行了介紹與分析。可以看出，重耕該頻段顯示了FCC 在中頻段加強5G 部署的意志和決心。選擇該頻段引入5G，既是衛(wèi)星和地面通信技術發(fā)展演進的結果，也是一次利益重分配的重大變革。在協(xié)調頻率重耕的過程中，F(xiàn)CC 綜合運用了行政、法律、經(jīng)濟和技術的多種手段，謹慎地游走在其權利的邊界范圍內(nèi)，消耗了相當大的工作量。由FCC 內(nèi)部的爭議也可以看出，在當前美國大選年、全球經(jīng)濟震蕩的時機，此舉面臨著較大的政策、法律、經(jīng)濟及實踐等方面的風險，在后續(xù)還有相關遺留問題有待解決。

同時，F(xiàn)CC 采取價值評估的方式，將此頻段用于5G 或繼續(xù)用于衛(wèi)星對應的消費市場規(guī)模，并以此作出決策的重要參考，具有一定的啟發(fā)性。在決策過程中，F(xiàn)CC 援引了多份來自其內(nèi)部的、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的或第三方機構的頻譜產(chǎn)業(yè)價值測算報告（包括衛(wèi)星騰退激勵補償費用的測算），可以看出相關研究是FCC 實現(xiàn)頻譜管理的重要參考。注意，這里測算的并不是頻譜本身的價值，而是由頻譜催生的產(chǎn)業(yè)價值，是從一個國家的總體角度出發(fā)的。這體現(xiàn)了頻譜在國家重要產(chǎn)業(yè)以及經(jīng)濟建設等方面發(fā)揮的重要驅動作用。

FCC 對中頻段的重視，也再一次體現(xiàn)了中頻段在5G 商用部署的優(yōu)勢和不可替代的作用。率先發(fā)展5G 中頻段的國家將能夠在全球5G 商用部署中取得優(yōu)勢。當前，我國以5G 系統(tǒng)為重要內(nèi)容的科技新基建正在如火如荼的開展。下一步，在后5G 時代乃至6G 時代，頻譜問題仍將作為首要問題之一繼續(xù)發(fā)揮其戰(zhàn)略先導作用。