引言
2020年3月，日本三大电信运营企业推出了5G网络商用服务，正式进入5G时代。日本在发展5G公众移动通信的同时，还积极推动区域5G专网（Local 5G、L5G）发展。与电信运营企业全国性5G网络不同，区域5G专网允许企业和政府等主体根据区域和行业个性化需求，在自有建筑物或场所灵活部署5G网络，目的是为不同行业和场景提供灵活多样的应用模式，创造新的价值[1]。据不完全统计，截至2021年12月31日，日本监管机构总务省（MIC）已向超过84 家企业发放了区域5G频率许可[2]，并积极推动L5G的行业应用。本文主要分析了日本L5G相关产业、频率、技术、重点示范项目情况，为我国5G专网发展提供参考。
1 日本区域5G专网发展的背景
为了满足未来物联网和泛在通信的需求，日本在2016年启动了5G系统的论证工作。2018年12月，MIC发布了《关于建设第五代移动通信系统特定基站指南的通知草案》，规划了3.6~4.2 GHz、4.4~4.9 GHz、27.5~29.5 GHz频段为5G工作频段，其中提出了区域5G概念，考虑在一些独立环境下预留部分5G频率用于私人使用。MIC认为以物联网为代表的无线通信需求日趋多样化，在部分行业应用场景下，大多业务集中在局部区域。考虑到电信运营企业的全国5G服务无法完全满足局部区域内碎片化、个性化、灵活的行业需求，所以MIC提出基于5G技术的区域网络，铁路、工厂、机场、医院、港口、农业、建筑、物流等多个领域主体可以灵活部署使用区域5G专网。2019年12月24日，MIC发布了28.2~28.3 GHz频段L5G频率许可法令和通知[3]，同时开始接受频率许可申请。为进一步满足专网用户多样化需求，2020年12月18日MIC再次发布了4.6~4.9 GHz和28.3~29.1 GHz频段L5G频率许可法令[4]。
2 日本推动区域5G专网发展
2.1 监管机构出台政策支持区域5G专网发展
MIC出台政策积极推动L5G发展。MIC于2020年针对区域5G专网部署和应用开展技术试验，评估相关频段的传播特性以及应用场景适配性，目前正在开展L5G应用案例的征集和推广，通过分析2020—2021年应用示范，进一步研究电波传播特性，形成区域5G专网解决方案，支持更灵活的L5G应用。
MIC将5G作为解决老龄化问题、增强日本经济国际竞争力的重要手段。2020年，MIC通过了5G投资促进税制，将5G投资作为企业税和所得税一项特别抵扣措施：全国和区域5G网络基站投资可用于15%的税收抵扣或30%的特别折旧；对于部分购买了区域5G设备的企业，购买设备后3年内税基减半[5]。
2.2 相关方积极参与区域5G专网部署应用
早在2018年日本发布5G频率规划时，MIC成立了新一代移动通信系统委员会，由用户企业、运营商、设备商、科研机构和高校等单位组成，针对公网和L5G相关技术问题开展研究。为推动L5G在工厂、农地、交通、医疗、工地、灾害现场等场景的应用，日本于2021年1月成立了“区域5G推进公私联络委员会”，该委员会由各行业组织以及L5G推进组织构成，目的是搭建供需平台，实现用户、政府机构、电信运营商、厂商等多方面对接。该委员会还开展宣传工作，促进区域5G的部署应用。
2.3 区域5G专网工作频段及使用要求
2.3.1 工作频段
日本先后规划了4.6~4.9 GHz中频段300 MHz频率和28.2~29.1 GHz毫米波频段800 MHz频率用于L5G系统，均与公众移动通信5G系统相邻。
2.3.2 许可模式和技术要求
日本区域5G专网频率许可对象主要包括“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权人等。日本区域5G专网频率的使用范围限定在自有建筑物/土地以及租赁的相关建筑物/土地内，获得建筑物/土地所有者授权的申请人也可以在授权区域范围内建设区域5G网络。按照日本《电波法》规定，部署L5G需要申请基站许可，申请时除了需要提交基站相关材料以及建设设计文档等材料之外，对于自建网络的申请人还需要提交L5G覆盖图纸、登记事项证明；如果是委托开展网络建设的，还需要提交委托书等证明文件；如果是自建L5G网络仅为自用，则无需注册或申请电信业务资质。除以上要求外，MIC还提出了技术合格证、无线电业务从业者资格、与其他L5G以及运营商5G网络协调、网络安全、国际移动用户识别码（IMSI）等要求。
2.3.3 共存技术要求
对于4.6~4.9 GHz频段L5G系统，需考虑与同频系统以及邻频5 GHz频段无线接入系统的共存问题，MIC根据兼容分析结果提出4.6~4.8 GHz仅限部分地区和室内使用，4.8~4.9 GHz无使用限制。对于28.3~29.1 GHz频段L5G系统，需考虑与同频卫星系统共存问题，MIC根据兼容分析结果提出28.3~28.45 GHz室内外均可使用，28.45~29.1 GHz限制在室内使用。此外，考虑到对其他邻频系统的集总干扰问题，MIC还对最大天线增益等指标做了限制。对于L5G之间以及L5G与邻频公网5G系统的兼容共存问题，MIC针对时分双工模式（TDD）5G系统提出了3类共存方案，这也是目前业界主要采用的共存方案[6]。MIC在2019年12月发布的28.2~28.3 GHz频段使用指南中，建议采用TDD同步方式实现系统共存，即两系统的上下行时隙配比一致和时钟完全同步。但为了满足L5G多样化业务需求，例如4K/8K视频数据上传等大上行业务，需要使用更加灵活的5G帧结构和上下行时隙配比，MIC提出了TDD准同步方案，在主要时隙上下行相同和时钟同步基础上，调整部分时隙上下行方向。此外，还可以使用异步模式，在限制一定干扰条件下，灵活配置两系统的帧结构和时隙上下行方向。
3 日本区域5G专网应用案例介绍
日本从2020年开始每年向社会征集L5G应用案例，从中评选出示范项目形成解决方案。2021年6月，MIC启动了L5G应用案例征集，共收到74 份申请，经专家评选形成了26 个L5G示范项目，涉及工业、林业、农业、电力、港口、铁路、建筑、交通、文旅、防灾减灾、医疗和智慧城市共12 个领域[7]（见表1）。表1中部分示范项目的具体情况如下。
3.1 熟练焊工技能可视化及5G与数据融合远程指导示范项目
该项目位于日本神奈川县横浜市，由PwC咨询公司、NTT DoCoMo、IHI公司、东京大学等共同参与。该项目针对工业领域熟练焊工短缺、技术传承断档的问题，实现了两个功能，一是将现场焊接视频、声音、电流/电压等数据进行融合，利用5G网络实时传送给远端的熟练焊工，熟练焊工再远程指导现场焊工进行焊接操作；二是焊工作业技能辅助功能，现场焊工佩戴摄像头、运动传感器、麦克风等装备，将采集到的数据发送到云端，云端结合焊接要求等数据，指导现场焊工进行操作。该项目5G网络工作在4.5 GHz频段，带宽100 MHz，采用NSA方式覆盖工厂室内场景。考虑到工厂复杂电磁环境，该项目对网络进行了优化。
3.2 面向中小企业的工业园区区域5G系统AI异常
检测示范项目（Tsutek园区/Yutaka园区）该项目位于日本爱媛县东温市/壱岐市，由爱媛CATV公司、富士通、爱媛大学、日本微软等12家单位参与。该项目针对工厂缺乏熟练工程师导致的生产停滞以及中小企业数字化转型成本较高的问题，在工业园区搭建共享的区域5G专网，提供利用AI技术的设备异常检测和产品检查，基于AR/VR眼镜的远程指导、作业支援等功能。低成本、高质量的共享L5G提升了中小企业的技术能力，提高了生产效率。该项目5G网络工作在4.8~4.9 GHz频段，带宽100 MHz，采用SA方式覆盖园区工厂室内和室外场景，终端采用小型化设备，网络设备园区内多家企业共享。
4 5G专网发展的思考
4.1 日本区域5G专网发展特点
日本为L5G规划了中高频段频率资源，制定了较为完整的频率许可方案和技术要求，出台财税政策鼓励企业利用5G网络实现数字化发展。日本还成立了区域5G推进公私联络委员会，政府机构、行业用户、运营商、设备制造商、系统集成商和科研院所等积极参与推动区域5G专网发展。MIC每年征集L5G应用案例，从中评选出示范项目形成解决方案，复制推广成熟项目。从2021年评选的示范项目看，日本区域5G专网应用已覆盖工业、林业、农业等12 个领域，相关案例为形成成熟的解决方案奠定了基础。日本运营商也积极参与到L5G建设中，发挥其技术优势，参与了超过半数的示范项目。MIC预计日本区域5G系统将在更多行业落地应用。根据日本德勤MIC研究机构发布的报告，2021年日本L5G市场规模为215 亿日元，2021—2026年该市场规模将以年均97%的增速发展，到2026年该市场规模将达到4 169 亿日元[8]。
4.2 我国5G专网发展的思考
公网和专网是发展5G行业应用的两种重要模式，目前我国主要利用公众移动通信频率发展5G行业应用。工业和信息化部通过“绽放杯”5G应用征集大赛方式推进5G应用，2021年全国5G应用创新案例超过1 万个，在工业、医疗、教育、交通等多个行业领域发挥了赋能作用。特别是在工业领域，“5G+工业互联网”融合应用加速进入规模扩张阶段，截至2021年12月全国建设项目超1 800 个，形成20 个典型应用场景和10 个重点行业实践。专网作为5G行业应用的重要补充，一方面具有模式灵活、可控性强等优势，存在一定应用场景和行业需求；另一方面，我国5G专网发展还面临可用频率资源有限、产业不成熟以及5G网络复杂性带来的应用安全风险等问题。我国5G专网发展还需提早谋划，探索5G专网建设及运营模式，适时规划5G专用频率，启动5G专网试点。
5 结束语
日本基于国情将区域5G专网作为发展5G行业应用的重要模式之一，规划了中高段频率资源，出台了相关政策鼓励L5G应用。日本区域5G专网发展可为我国制定5G专用频率规划、探索5G专网建设和运营模式，创新频率管理模式，推动5G行业应用提供参考。