劉琪 潘峰 姜博

(中國信息通信研究院無線電研究中心，北京 100037)

0 引言

2020年3月，日本三大電信運營企業(yè)推出了5G網(wǎng)絡商用服務，正式進入5G時代。日本在發(fā)展5G公眾移動通信的同時，還積極推動區(qū)域5G專網(wǎng)(Local 5G、L5G)發(fā)展。與電信運營企業(yè)全國性5G網(wǎng)絡不同，區(qū)域5G專網(wǎng)允許企業(yè)和政府等主體根據(jù)區(qū)域和行業(yè)個性化需求，在自有建筑物或場所靈活部署5G網(wǎng)絡，目的是為不同行業(yè)和場景提供靈活多樣的應用模式，創(chuàng)造新的價值[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2021年12月31日，日本監(jiān)管機構(gòu)總務省(MIC)已向超過84家企業(yè)發(fā)放了區(qū)域5G頻率許可[2]，并積極推動L5G的行業(yè)應用。本文主要分析了日本L5G相關產(chǎn)業(yè)、頻率、技術、重點示范項目情況，為我國5G專網(wǎng)發(fā)展提供參考。

1 日本區(qū)域5G專網(wǎng)發(fā)展的背景

為了滿足未來物聯(lián)網(wǎng)和泛在通信的需求，日本在2016年啟動了5G系統(tǒng)的論證工作。2018年12月，MIC發(fā)布了《關于建設第五代移動通信系統(tǒng)特定基站指南的通知草案》，規(guī)劃了3.6～4.2 GHz、4.4～4.9 GHz、27.5～29.5 GHz頻段為5G工作頻段，其中提出了區(qū)域5G概念，考慮在一些獨立環(huán)境下預留部分5G頻率用于私人使用。MIC認為以物聯(lián)網(wǎng)為代表的無線通信需求日趨多樣化，在部分行業(yè)應用場景下，大多業(yè)務集中在局部區(qū)域?？紤]到電信運營企業(yè)的全國5G服務無法完全滿足局部區(qū)域內(nèi)碎片化、個性化、靈活的行業(yè)需求，所以MIC提出基于5G技術的區(qū)域網(wǎng)絡，鐵路、工廠、機場、醫(yī)院、港口、農(nóng)業(yè)、建筑、物流等多個領域主體可以靈活部署使用區(qū)域5G專網(wǎng)。2019年12月24日，MIC發(fā)布了28.2～28.3 GHz頻段L5G頻率許可法令和通知[3]，同時開始接受頻率許可申請。為進一步滿足專網(wǎng)用戶多樣化需求，2020年12月18日MIC再次發(fā)布了4.6～4.9 GHz和28.3～29.1 GHz頻段L5G頻率許可法令[4]。

2 日本推動區(qū)域5G專網(wǎng)發(fā)展

2.1 監(jiān)管機構(gòu)出臺政策支持區(qū)域5G專網(wǎng)發(fā)展

MIC出臺政策積極推動L5G發(fā)展。MIC于2020年針對區(qū)域5G專網(wǎng)部署和應用開展技術試驗，評估相關頻段的傳播特性以及應用場景適配性，目前正在開展L5G應用案例的征集和推廣，通過分析2020—2021年應用示范，進一步研究電波傳播特性，形成區(qū)域5G專網(wǎng)解決方案，支持更靈活的L5G應用。

MIC將5G作為解決老齡化問題、增強日本經(jīng)濟國際競爭力的重要手段。2020年，MIC通過了5G投資促進稅制，將5G投資作為企業(yè)稅和所得稅一項特別抵扣措施：全國和區(qū)域5G網(wǎng)絡基站投資可用于15%的稅收抵扣或30%的特別折舊；對于部分購買了區(qū)域5G設備的企業(yè)，購買設備后3年內(nèi)稅基減半[5]。

2.2 相關方積極參與區(qū)域5G專網(wǎng)部署應用

早在2018年日本發(fā)布5G頻率規(guī)劃時，MIC成立了新一代移動通信系統(tǒng)委員會，由用戶企業(yè)、運營商、設備商、科研機構(gòu)和高校等單位組成，針對公網(wǎng)和L5G相關技術問題開展研究。為推動L5G在工廠、農(nóng)地、交通、醫(yī)療、工地、災害現(xiàn)場等場景的應用，日本于2021年1月成立了“區(qū)域5G推進公私聯(lián)絡委員會”，該委員會由各行業(yè)組織以及L5G推進組織構(gòu)成，目的是搭建供需平臺，實現(xiàn)用戶、政府機構(gòu)、電信運營商、廠商等多方面對接。該委員會還開展宣傳工作，促進區(qū)域5G的部署應用。

2.3 區(qū)域5G專網(wǎng)工作頻段及使用要求

2.3.1 工作頻段

日本先后規(guī)劃了4.6～4.9 GHz中頻段300 MHz頻率和28.2～29.1 GHz毫米波頻段800 MHz頻率用于L5G系統(tǒng)，均與公眾移動通信5G系統(tǒng)相鄰。該頻率分布如圖1所示，專網(wǎng)用戶可根據(jù)業(yè)務需求申請不同帶寬的頻率資源。

2.3.2 許可模式和技術要求

日本區(qū)域5G專網(wǎng)頻率許可對象主要包括“自有建筑物”或“自有土地”上的建筑物所有者、建筑物或土地所有者的授權人等。日本區(qū)域5G專網(wǎng)頻率的使用范圍限定在自有建筑物/土地以及租賃的相關建筑物/土地內(nèi)，獲得建筑物/土地所有者授權的申請人也可以在授權區(qū)域范圍內(nèi)建設區(qū)域5G網(wǎng)絡。按照日本《電波法》規(guī)定，部署L5G需要申請基站許可，申請時除了需要提交基站相關材料以及建設設計文檔等材料之外，對于自建網(wǎng)絡的申請人還需要提交L5G覆蓋圖紙、登記事項證明；如果是委托開展網(wǎng)絡建設的，還需要提交委托書等證明文件；如果是自建L5G網(wǎng)絡僅為自用，則無需注冊或申請電信業(yè)務資質(zhì)。除以上要求外，MIC還提出了技術合格證、無線電業(yè)務從業(yè)者資格、與其他L5G以及運營商5G網(wǎng)絡協(xié)調(diào)、網(wǎng)絡安全、國際移動用戶識別碼(IMSI)等要求。

2.3.3 共存技術要求

對于4.6～4.9 GHz頻段L5G系統(tǒng)，需考慮與同頻系統(tǒng)以及鄰頻5 GHz頻段無線接入系統(tǒng)的共存問題，MIC根據(jù)兼容分析結(jié)果提出4.6～4.8 GHz僅限部分地區(qū)和室內(nèi)使用，4.8～4.9 GHz無使用限制。對于28.3～29.1 GHz頻段L5G系統(tǒng)，需考慮與同頻衛(wèi)星系統(tǒng)共存問題，MIC根據(jù)兼容分析結(jié)果提出28.3～28.45 GHz室內(nèi)外均可使用，28.45～29.1 GHz限制在室內(nèi)使用。此外，考慮到對其他鄰頻系統(tǒng)的集總干擾問題，MIC還對最大天線增益等指標做了限制。

對于L5G之間以及L5G與鄰頻公網(wǎng)5G系統(tǒng)的兼容共存問題，MIC針對時分雙工模式(TDD)5G系統(tǒng)提出了3類共存方案，這也是目前業(yè)界主要采用的共存方案[6]。MIC在2019年12月發(fā)布的28.2～28.3 GHz頻段使用指南中，建議采用TDD同步方式實現(xiàn)系統(tǒng)共存，即兩系統(tǒng)的上下行時隙配比一致和時鐘完全同步。但為了滿足L5G多樣化業(yè)務需求，例如4K/8K視頻數(shù)據(jù)上傳等大上行業(yè)務，需要使用更加靈活的5G幀結(jié)構(gòu)和上下行時隙配比，MIC提出了TDD準同步方案，在主要時隙上下行相同和時鐘同步基礎上，調(diào)整部分時隙上下行方向。此外，還可以使用異步模式，在限制一定干擾條件下，靈活配置兩系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)和時隙上下行方向。

3 日本區(qū)域5G專網(wǎng)應用案例介紹

日本從2020年開始每年向社會征集L5G應用案例，從中評選出示范項目形成解決方案。2021年6月，MIC啟動了L5G應用案例征集，共收到74份申請，經(jīng)專家評選形成了26個L5G示范項目，涉及工業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、港口、鐵路、建筑、交通、文旅、防災減災、醫(yī)療和智慧城市共12個領域[7](見表1)。表1中部分示范項目的具體情況如下。

表1 2021年日本26項L5G示范項目

3.1 熟練焊工技能可視化及5G與數(shù)據(jù)融合遠程指導示范項目

該項目位于日本神奈川縣橫浜市，由PwC咨詢公司、NTT DoCoMo、IHI公司、東京大學等共同參與。該項目針對工業(yè)領域熟練焊工短缺、技術傳承斷檔的問題，實現(xiàn)了兩個功能，一是將現(xiàn)場焊接視頻、聲音、電流/電壓等數(shù)據(jù)進行融合，利用5G網(wǎng)絡實時傳送給遠端的熟練焊工，熟練焊工再遠程指導現(xiàn)場焊工進行焊接操作；二是焊工作業(yè)技能輔助功能，現(xiàn)場焊工佩戴攝像頭、運動傳感器、麥克風等裝備，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，云端結(jié)合焊接要求等數(shù)據(jù)，指導現(xiàn)場焊工進行操作。該項目5G網(wǎng)絡工作在4.5 GHz頻段，帶寬100 MHz，采用NSA方式覆蓋工廠室內(nèi)場景?？紤]到工廠復雜電磁環(huán)境，該項目對網(wǎng)絡進行了優(yōu)化。

3.2 面向中小企業(yè)的工業(yè)園區(qū)區(qū)域5G系統(tǒng)AI異常檢測示范項目(Tsutek園區(qū)/ Yutaka園區(qū))

該項目位于日本愛媛縣東溫市/壱岐市，由愛媛CATV公司、富士通、愛媛大學、日本微軟等12家單位參與。該項目針對工廠缺乏熟練工程師導致的生產(chǎn)停滯以及中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成本較高的問題，在工業(yè)園區(qū)搭建共享的區(qū)域5G專網(wǎng)，提供利用AI技術的設備異常檢測和產(chǎn)品檢查，基于AR/VR眼鏡的遠程指導、作業(yè)支援等功能。低成本、高質(zhì)量的共享L5G提升了中小企業(yè)的技術能力，提高了生產(chǎn)效率。該項目5G網(wǎng)絡工作在4.8～4.9 GHz頻段，帶寬100 MHz，采用SA方式覆蓋園區(qū)工廠室內(nèi)和室外場景，終端采用小型化設備，網(wǎng)絡設備園區(qū)內(nèi)多家企業(yè)共享。

4 5G專網(wǎng)發(fā)展的思考

4.1 日本區(qū)域5G專網(wǎng)發(fā)展特點

日本為L5G規(guī)劃了中高頻段頻率資源，制定了較為完整的頻率許可方案和技術要求，出臺財稅政策鼓勵企業(yè)利用5G網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展。日本還成立了區(qū)域5G推進公私聯(lián)絡委員會，政府機構(gòu)、行業(yè)用戶、運營商、設備制造商、系統(tǒng)集成商和科研院所等積極參與推動區(qū)域5G專網(wǎng)發(fā)展。MIC每年征集L5G應用案例，從中評選出示范項目形成解決方案，復制推廣成熟項目。從2021年評選的示范項目看，日本區(qū)域5G專網(wǎng)應用已覆蓋工業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等12個領域，相關案例為形成成熟的解決方案奠定了基礎。日本運營商也積極參與到L5G建設中，發(fā)揮其技術優(yōu)勢，參與了超過半數(shù)的示范項目。MIC預計日本區(qū)域5G系統(tǒng)將在更多行業(yè)落地應用。根據(jù)日本德勤MIC研究機構(gòu)發(fā)布的報告，2021年日本L5G市場規(guī)模為215億日元，2021—2026年該市場規(guī)模將以年均97%的增速發(fā)展，到2026年該市場規(guī)模將達到4 169億日元[8]。

4.2 我國5G專網(wǎng)發(fā)展的思考

公網(wǎng)和專網(wǎng)是發(fā)展5G行業(yè)應用的兩種重要模式，目前我國主要利用公眾移動通信頻率發(fā)展5G行業(yè)應用。工業(yè)和信息化部通過“綻放杯”5G應用征集大賽方式推進5G應用，2021年全國5G應用創(chuàng)新案例超過1萬個，在工業(yè)、醫(yī)療、教育、交通等多個行業(yè)領域發(fā)揮了賦能作用。特別是在工業(yè)領域，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合應用加速進入規(guī)模擴張階段，截至2021年12月全國建設項目超1 800個，形成20個典型應用場景和10個重點行業(yè)實踐。

專網(wǎng)作為5G行業(yè)應用的重要補充，一方面具有模式靈活、可控性強等優(yōu)勢，存在一定應用場景和行業(yè)需求；另一方面，我國5G專網(wǎng)發(fā)展還面臨可用頻率資源有限、產(chǎn)業(yè)不成熟以及5G網(wǎng)絡復雜性帶來的應用安全風險等問題。我國5G專網(wǎng)發(fā)展還需提早謀劃，探索5G專網(wǎng)建設及運營模式，適時規(guī)劃5G專用頻率，啟動5G專網(wǎng)試點。

5 結(jié)束語

日本基于國情將區(qū)域5G專網(wǎng)作為發(fā)展5G行業(yè)應用的重要模式之一，規(guī)劃了中高段頻率資源，出臺了相關政策鼓勵L5G應用。日本區(qū)域5G專網(wǎng)發(fā)展可為我國制定5G專用頻率規(guī)劃、探索5G專網(wǎng)建設和運營模式，創(chuàng)新頻率管理模式，推動5G行業(yè)應用提供參考。