450 MHz——凤凰频段

一个主要的1G（1000G）规模的基础设施，一旦被边缘化，如今对于韧性已不可或缺。 作者 在过去30年间，无线连接逐渐转向更高频段，而450 MHz频段凭借其广泛的、价格实惠的覆盖范围和强大的抗干扰能力，依然保持着独特的优势。450 MHz频段体现了一种明显的悖论：带宽相对较低，但具有高度的战略重要性。与公共移动运营商面向大众市场的高速频段相比，450 MHz频段或许缺乏吸引力，但其覆盖范围和可靠性使其成为广域、任务关键型通信不可或缺的一部分。在本篇观点文章中，我们将探讨450 MHz频段的演变及其充满前景的机遇。 克里斯托夫·乌费勒Matyas·韦伯 阿维恩德·拉杰斯瓦兰 Jatin·贾因 戈斯塔·卡尔纳，450兆赫联盟卡斯滕·乌尔里希，450兆赫联盟 超越频谱限制，450MHz生态系统面临三大挑战：(1) 采用主流技术；(2) 实现足够的设备量；(3) 在公共移动网络扩展时找到能发挥该频段优势的应用场景。随后，支持LTE解决了技术困境，而公用事业成为关键领域，需要为电网运营提供可靠通信，数百万智能电表则驱动了对设备的需求。2015年，荷兰和德国的CDMA450部署开始验证这一模式，仅荷兰就部署了约300万台设备。 450MHz的演进之路 20世纪80年代至90年代初，欧洲和亚洲大多数国家使用450兆赫频段建设第一代移动网络。这些网络主要采用NMT-450标准进行模拟移动通信。450兆赫频段是一个理想的选择，因其波长较长，能够以较低的基础设施成本实现优异的覆盖范围，与较高频段相比，所需基站数量显著减少。 20世纪90年代，由于容量有限且设备生态系统薄弱，450兆赫在GSM（第二代）扩展至900兆赫频段并转向低成本农村覆盖时失去了竞争力。CDMA450于2001年重振了该频段；因此，许多欧洲和亚洲的NMT-450运营商进行了迁移，新网络在非洲和南美洲启动。然而，2x5兆赫的限制和设备支持不足使450兆赫在容量驱动型市场中缺乏竞争力，其可用性主要局限于农村连接和公共保护与灾害救援（PPDR）通信，在这些领域设备数量较少（见图1）。LTE 450兆赫的全球采用进一步削弱了设备商的支持。 LTE 450标准的制定进程加快，因为该频段提供了安全、低成本的连接，而传统专用移动无线电（PMR）系统则进入生命周期末期，物联网（IoT）的数字化又催生了大规模的设备需求。德国和波兰的大型电力设施部署加速了生态系统的成熟。采用范围扩展至全球：到2025年，450/410 MHz频段的LTE服务将在20多个国家开通（见图1），同时正在推进额外的牌照发放，并由380-512 MHz频段的标准化LTE频段提供支持。 国家用于第一代移动网络频段的频谱。 随着450 MHz在关键公用事业、公共安全及其他领域的战略重要性日益凸显（见图2），其发展路径目前面临三大挑战：(1) 技术发展轨迹，(2) 频谱所有权，以及 (3)国家定位。 每个挑战——下文将详细探讨——都反映了该乐队固有能力与市场不断变化预期之间的博弈。尽管商业频段（例如3.7 GHz至4.2 GHz）已被全球移动运营商广泛采用，但450 MHz则处于一个战略性的十字路口，作为带宽限制和监管碎片化所制约的应用的关键使能者。 如今，LTE 450 的持续增长得益于广泛的供应商生态系统。网络供应商包括 Airspan、Ericsson、Huawei、Nokia和 ZTE，而主流的芯片、模块和设备供应商则包括 Cisco、GE、Hitachi、Hytera、Motorola、Qualcomm、Quectel、Simcom 和 Telit。这些实体的支持促成了多样化的应用场景。公共安全机构依赖 450 MHz 实现弹性通信，而公用事业部门仍然是主导领域，使用 450 MHz 进行电网管理和智能计量，驱动了最大的设备量，尤其是在高级计量部署方面。 图2. 市场趋势与应用现状 这些网络优先考虑稳定性和长期可用性，而非采用最新技术，因为更换数百万台设备成本高昂（类似于TETRA或GSM-R系统）。德国450connect承诺将LTE 450运营至2040年，这证明了其可行性，并且通过合同可以实现长期供应商支持。 技术轨迹 lte持续主导着新的450 mhz部署，但在5g成为新的商业参考标准的背景下，转向5g对该频段而言是否相关？ 引导性问题 持续性的问题在于该频段的技术发展路线。它应该转向5G，还是应该继续加大LTE投资？虽然LTE提供了可靠性，但5G——在5G RedCap作用日益扩大的支持下——正逐渐确立其作为关键商业参考点的地位（见图3）。 标准化不应施加负面影响。频谱通常以技术中立的方式分配，因此选择取决于性能需求和生态系统前景。标准化机构并未边缘化LTE；IMT-2020明确将LTE、NB-IoT和LTE-M纳入5G家族，确保通过5G核心持续提供支持，即使传统4G服务被淘汰。 但在我们评估乐队的地位和未来定位之前，我们必须提出一系列指导性问题： 1.随着用例在2030年之后不断发展演变，450兆赫的LTE是否足够具有前瞻性，能够满足工业和数字电网的需求？ - 功能充分性。对于电网应用场景（例如SCADA、停电管理、遥测），LTE已提供成熟的可靠性和覆盖能力。5G是否真正增加了增量价值，必须针对每个应用场景进行评估；只有像5G RedCap这样的高设备密度场景才可能需要未来的支持。 用例需要长期一致性。LTE 450支持NB-IoT和LTE-M，以满足公用事业和PPDR的15至20年技术周期。 设备与模块成熟度带来的生态系统瓶颈仍不均衡。LTE 450在路由器、网关和固定工业设备方面拥有坚实的生态系统，但在对公用事业和公共安全至关重要的坚固便携设备方面仍存在差距。这些差距造成了依赖风险，并限制了创新。 3.是否存在特定的应用场景（例如，国防后勤、铁路通信），其中5G相比LTE 450能带来显著价值；如果是，450 MHz频段是否能够独立创造价值？Release 18引入了一个3 MHz的5G信道，提升了该频段对公用事业、铁路和公共安全的适用性。该信道加强了当前的应用场景，但高级应用（如切片和增强/虚拟现实监控）仍需要完整的5G性能。核心限制是频谱；运营商仅使用2x3-2x5 MHz频段无法高效并行运行LTE和5G，使得5G迁移依赖于淘汰LTE设备或获取更多频谱。网络切片也受限于窄带，仅在450 MHz与额外的低频或中频频段（如700 MHz）聚合时才具有实用性。这通常需要通过与电信运营商建立合作来实现，因为大多数450 MHz牌照持有者是公用事业或公共安全组织。然而，在未来新建的网络部署中，随着5G核心网和无线接入网（RAN）的成熟以及450 MHz 5G设备的出现，运营商将能更有效地实施纯粹的5G应用场景。 2.5G生态系统（尤其是NR RedCap或Release 18）能否在该频段发挥效用？LTE已能满足大多数吞吐量和时延需求，而LTE-M则覆盖低功耗物联网。5G RedCap填补了LTE-M与完整5G NR之间的空白，目前450 MHz版本已标准化，消除了与频谱相关的生态系统发展障碍。同时，设备商的支持也在持续增强，推出了包含LTE回退功能的多频段RedCap芯片组，支持双模设备并实现平滑演进路径。在此模式下，LTE 450基础设施得以保留，但设备可在LTE 450和公共网络上运行。双连接架构已在能源网络中使用（LTE 450 + 公共LTE）。随着公共运营商转向仅提供5G服务，RedCap将确保这一演进过程无缝衔接。 技术发展轨迹——我们的观点 从450 MHz频段的CDMA迁移到LTE是一个自然而然的步骤，使该频段的相关性延续了十多年。LTE仍然能满足公用事业和关键基础设施的长期需求，提供稳定性、覆盖范围和成本效益。运营商可以采用运行LTE基站的5G核心网，同时引入具备LTE回退功能的5G RedCap设备，从而开始其5G转型。借助Release 18和RedCap技术的进步，全面部署5GRAN能够支持选择性部署高价值、低延迟敏感或集成工业用例。 因此，大多数运营商必须决定5G是否适用。LTE仍然是实际的基础标准，支持关键任务和物联网工作负载，尤其考虑到大量LTE设备将使用数年。 然而，运营商必须通过构建符合5G标准和生态系统的中立、互操作平台来为演进做好准备——从迁移到5G核心网和尽快引入可行的5G RedCap设备开始。这一策略将450 MHz保留为关键通信的坚实基础，同时支持逐步演进至LTE作为主力网络，在合理的情况下部署目标5G，并通往6G能力（如集成传感、原生IP和无需SIM的物联网连接）的路径。 与此同时，在无线接入网中部署5G也受限于频谱：LTE和5G可以共享基站（前提是5G设备就绪且软件可升级），但无法高效共享450 MHz的小带宽。 450兆赫频段正越来越多地向工业领域（主要是公用事业）发放许可证。 频谱所有权 450兆赫频谱是否应向电信运营商或工业相关方发放许可？ 总体趋势 全球范围内，450MHz频谱正越来越多地向工业领域发放许可，主要面向公用事业公司，它们将其用于部署专用私有网络。这些网络能满足关键任务需求：覆盖范围、弹性和确定性性能，而公共移动网络无法保证这些性能。激励措施和部署优先级自然地保持一致，因为频谱持有者同时也是最终用户（例如，电网自动化、现场作业、管道监测、工业物联网）。这种一致性为德国的450connect项目和沙特阿拉伯王国的Aramco Digital 450MHz网络等成功项目奠定了基础，在这些项目中，所有权和运营管理直接由工业受益者负责。 对此协同，监管机构BNetzA优先考虑关键基础设施的使用，于2020年启动一项流程，并在2021年将频段授予450connect。德国移动网络运营商未参与竞标，他们认为该市场过于细分、政治敏感、频谱受限，且对它们而言商业上不可行。 巴西也出现了类似情况。移动运营商持有但未使用450 MHz牌照，由于长期未使用且需要支持关键任务和公用事业应用，监管机构Anatel迫使其撤销或重新分配这些牌照。诉讼曾短暂延缓了进程，但到2023-2024年，市场形成了一种新模式：为公用事业提供专用网络授权，包括Neoenergia于2024年4月获得的授权，以及CEMIG及其他公司的新的站点牌照发放和试点项目。 相比之下，授予的450 MHz许可证 电信运营商由于缺乏固有客户群而面临困境。即便是成功的电信运营商主导的部署，也更像公用事业级的并行网络，而非消费者移动服务的延伸。450 MHz频段遵循不同的商业逻辑：全国深度覆盖、低设备密度和高可靠性，这些都不符合传统的移动零售或批发模式。因此，在该频段内，电信运营商主导的消费者业务提议鲜有成功。 这些案例清晰地表明了一种明确的监管趋势：当450MHz不与承诺的工业应用场景挂钩时，监管机构倾向于将其重新分配给能够部署关键任务网络的市场参与者。 然而，一旦应用场景和战略合作伙伴关系从一开始就建立起来，电信运营商就能成为450 MHz频段的非常有效的管理者。荷兰的KPN-Alliander模式就是一个强有力的例子：KPN部署了一个专门的450 MHz网络，专门用于满足Alliander的工业级需求，将电信运营商的运营专长与工业参与者的明确用例领导力结合起来。类似地，我们也看到其他案例，电信运营商在450 MHz部署方面始终保持着领先地位。 电信运营商主导的许可先例 在德国，450 MHz频段从2004年起由Inquam和德国电信划分使用，但由于频谱资源有限，双方均未能建立可行的商业模式。直到2016年Inquam（后更名为450connect）开始与公用事业公司合作，共同建设区域性的CDMA450网络，旨在为满足公用事业需求的全国性LTE 450平台奠定发展基础，可持续性才得以实现。 当用例和战略合作伙伴从一开始就到位时，电信运营商可以高效地成为450 MHz频段的监管者。 在产业