江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司│聶磊

5G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計工作需滿足四大要求

江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司│聶磊

5G無線網(wǎng)的特點(diǎn)決定了設(shè)計中必然要做出變革，要向著“綜合、靈活”的方向發(fā)展，只有做好準(zhǔn)備工作，設(shè)計才能夠在5G無線網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮更重要的作用。

5G將滲透到未來社會的各個領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。5G支持0.1～1Gbit/s的用戶體驗(yàn)速率，每平方千米100萬的連接數(shù)密度，毫秒級的端到端時延，每平方米10Mbit/s以上的流量密度，每小時500千米的移動性和10Gbit/s以上的峰值速率。5G為虛擬現(xiàn)實(shí)、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等提供了有效的網(wǎng)絡(luò)支持。

目前，ITU、3GPP(國際移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織)均已成立專門的工作組研究和制定5G標(biāo)準(zhǔn)，我國也成立了IMT-2020推進(jìn)組(以下簡稱“5G推進(jìn)組”)，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界對5G需求、頻率、技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行研究。初步預(yù)計2019年5G標(biāo)準(zhǔn)可以確定。

5G關(guān)鍵技術(shù)研究尚在進(jìn)行

由于5G標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟，5G網(wǎng)絡(luò)采用的關(guān)鍵技術(shù)也沒有最終確定，目前各個相關(guān)廠家和運(yùn)營商也都在各自推進(jìn)5G關(guān)鍵技術(shù)的研究。

例如華為在其“新空口和無線接入虛擬化”的白皮書中提出了空口自適應(yīng)和無線虛擬化的概念，包括了濾波OFDM（Filtered OFDM）、稀疏編碼多址（SCMA，Sparse Code Multiple Access）、極化編碼（Polar Codes）、多天線MIMO（Massive MIMO）、全雙工（Full Duplex）等技術(shù)，其中的Polar碼已經(jīng)被3GPP采納為5G eMBB(增強(qiáng)移動寬帶)控制信道標(biāo)準(zhǔn)方案。

再如中國移動的“網(wǎng)絡(luò)2020”技術(shù)愿景中，提出了超大規(guī)模天線、智能頻譜接入、設(shè)備直接通信、超密集組網(wǎng)、超高速光傳輸系統(tǒng)、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、車聯(lián)網(wǎng)通信、業(yè)務(wù)和用戶的智能感知、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義空口、C-RAN、下一代前傳接口、智能節(jié)能網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)安全態(tài)勢感知、特征行為安全鑒權(quán)、網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)開放與定制化、量子保密通信、網(wǎng)絡(luò)自組織與自管理等關(guān)鍵技術(shù)。

總體來看，5G技術(shù)創(chuàng)新主要來源于無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面。在無線技術(shù)領(lǐng)域，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址和全頻譜接入等技術(shù)已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)；在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已取得廣泛共識。此外，基于濾波的正交頻分復(fù)用（F-OFDM）、濾波器組多載波（FBMC）、全雙工、靈活雙工、終端直通（D2D）、多元低密度奇偶檢驗(yàn)（Q-ary LDPC）碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、極化碼等也被認(rèn)為是5G重要的潛在無線關(guān)鍵技術(shù)。

5G無線網(wǎng)建設(shè)具備三大特點(diǎn)

根據(jù)工信部、5G推進(jìn)組的工作部署以及三大運(yùn)營商的5G商用計劃，我國將于2017年展開5G網(wǎng)絡(luò)第二階段測試，2018年進(jìn)行大規(guī)模組網(wǎng)試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上于2019年啟動5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，最快2020年正式商用5G網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢而言，在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面具有如下幾個特點(diǎn)。

首先，頻段更高。2014年9月，國家無線電監(jiān)測中心、國家無線電頻譜管理中心與全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會（GSMA）共同發(fā)布了《關(guān)于未來寬帶移動通信與頻譜高效利用的合作研究報告》。報告顯示，我國下一代移動網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)以6GHz以下相關(guān)頻譜為主，包括現(xiàn)有2G/3G頻譜的重耕、在《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》中通過腳注標(biāo)記給移動通信系統(tǒng)的頻譜，比如3400～3600MHz、以及WRC-15上為移動通信系統(tǒng)新劃分/規(guī)劃的頻譜，目前中國支持的主要有3段：3300～3400 MHz、4400～4500 MHz、4800～4990 MHz。在此基礎(chǔ)上，下一代移動網(wǎng)絡(luò)還將可能使用6GHz以上頻譜資源，目前主要面向6～100GHz。結(jié)合中國的頻率劃分、規(guī)劃、分配和使用情況，報告在6～100GHz提出了十余段值得研究的頻率，如下圖所示：

由此可見，5G網(wǎng)絡(luò)較現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)而言，將采用更高的頻段，無線信號在傳播的衰減將會更大，在組網(wǎng)過程中對于基站的位置要求將會更高。

其次，基站更加密集。更好的頻段和更大的業(yè)務(wù)容量都要求基站的間距進(jìn)一步下降，密度進(jìn)一步增加。在2G、3G移動通信網(wǎng)中，采用的是800MHz和900MHz的頻段，密集城區(qū)站間距保持在1千米、農(nóng)村站間距保持在6～7千米，即可滿足覆蓋要求。4G移動網(wǎng)工作在2GHz頻段附近，密集城區(qū)站間距要小于500米，農(nóng)村要小于3千米才可以基本滿足覆蓋要求。5G移動網(wǎng)的頻段更高，必將導(dǎo)致站間距的縮小和基站密度的增加。同時，5G支持0.1～1Gbit/s的用戶體驗(yàn)速率，每平方千米100萬的連接數(shù)密度，毫秒級的端到端時延，每平方米10Mbit/s以上的流量密度，每小時500km的移動性和10Gbit/s以上的峰值速率，這些要求都較4G有了大幅度的提升，從而要求單個基站服務(wù)的區(qū)域不可能太大，導(dǎo)致基站密度的增加。

最后，基站形態(tài)的變化。在2G時代，基站以“宏基站+天饋線”方式為主，基站建設(shè)中，需要建設(shè)專用機(jī)房和鐵塔，以滿足設(shè)備工作要求和基站覆蓋要求。到了3G時代，逐漸出現(xiàn)了分布式基站，即“BBU+RRU”方式，進(jìn)而在4G時代發(fā)展為“BBU集中設(shè)置”的方式，對于機(jī)房配套資源的需求有所降低。在5G時代，由于頻段的增高和單個基站能力的增加，要求基站密度大幅度增加，單個基站需要覆蓋的面積不會太大，無線網(wǎng)絡(luò)扁平化和網(wǎng)格化將會是演進(jìn)的方向。因此，對于基站設(shè)備而言，小型化、安裝靈活成為必然的方向。5G時代基站將以小、微基站為主，基站天線也將集成于設(shè)備內(nèi)部，以便根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況快速、靈活地進(jìn)行安裝。

5G網(wǎng)建中規(guī)劃設(shè)計的四大要求

鑒于5G無線網(wǎng)建設(shè)的特點(diǎn)，在對無線網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計過程中，與現(xiàn)有模式存在一定的差別。

首先，整體規(guī)劃十分重要。5G網(wǎng)絡(luò)的定位決定了其不會成為一個全覆蓋網(wǎng)絡(luò)，對于高速率、大容量的數(shù)據(jù)僅僅是人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域?qū)τ诰W(wǎng)絡(luò)的需求，如何確定這些業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域，如何確定網(wǎng)絡(luò)范圍和規(guī)模是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中十分重要的任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以結(jié)合業(yè)務(wù)需求定量地對相關(guān)區(qū)域進(jìn)行分析，從而確保網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有的放矢，能夠有效地完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資的回收。同時，由于建設(shè)過程中現(xiàn)場的復(fù)雜性，需要不斷對規(guī)劃方案進(jìn)行調(diào)整以確保規(guī)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，在5G無線網(wǎng)建設(shè)過程中，整體規(guī)劃是十分重要的。

其次，設(shè)計與優(yōu)化結(jié)合更加緊密。與現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)先設(shè)計再優(yōu)化的方式不同，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可能是一個邊設(shè)計邊優(yōu)化的過程。一方面，在規(guī)劃中對于業(yè)務(wù)熱點(diǎn)的預(yù)測不會十分準(zhǔn)確，100～200米的偏差會導(dǎo)致完全不同的效果；另一方面，現(xiàn)在建設(shè)的難度越來越大，不可能所有的基站都能夠在理想的位置按照理想的方式建設(shè)，因此，站址的調(diào)整是建設(shè)過程中的大概率事件。根據(jù)現(xiàn)場的情況進(jìn)行站址的調(diào)整，要充分掌握現(xiàn)場的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，同時也要符合規(guī)劃的整體要求，這就要求設(shè)計與優(yōu)化手段的緊密結(jié)合，在調(diào)整站址的同時，對周邊基站也要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，才能確保網(wǎng)絡(luò)的整體服務(wù)質(zhì)量。

再次，設(shè)計應(yīng)采用更加靈活的手段。正是由于在現(xiàn)場牽涉設(shè)計、規(guī)劃方案調(diào)整及優(yōu)化等各項(xiàng)工作，所以對設(shè)計手段提出更高的要求?，F(xiàn)有的設(shè)計模式是到現(xiàn)場勘察，記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后針對現(xiàn)場情況結(jié)合建設(shè)目標(biāo)形成設(shè)計方案，最后以圖紙和概預(yù)算等形式體現(xiàn)出來。在5G無線網(wǎng)設(shè)計過程中，這樣的過程顯然不足以滿足建設(shè)的需求。5G無線網(wǎng)的設(shè)計，要求在現(xiàn)場能夠把規(guī)劃、優(yōu)化、設(shè)計有機(jī)的進(jìn)行融合，最好能夠使用集規(guī)劃、優(yōu)化、設(shè)計工作為一體地終端，在現(xiàn)場完成站點(diǎn)方案的設(shè)計、規(guī)劃方案的調(diào)整和周邊基站的優(yōu)化工作，這樣才能滿足5G網(wǎng)絡(luò)快速建設(shè)和快速調(diào)整的需求。

最后，設(shè)計與施工的結(jié)合。無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中進(jìn)場難的問題現(xiàn)在越來越突出，選點(diǎn)、設(shè)計、天饋施工、無線設(shè)備施工、傳輸設(shè)備施工等各個工序都需要進(jìn)場，對于業(yè)主而言十分繁瑣。在5G無線網(wǎng)建設(shè)中，基站設(shè)備集成了無線、傳輸以及天饋的功能，完全可以通過一次進(jìn)場完成施工?？紤]到基站小、微設(shè)備安裝的易操作性，設(shè)計和施工也可以進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，在現(xiàn)場確定設(shè)計方案后，立即施工，一方面可以避免施工與設(shè)計的不一致，另一方面又減少了一次進(jìn)場次數(shù)，既可以降低建設(shè)難度又能夠提升施工質(zhì)量。因此，設(shè)計與施工的結(jié)合也是5G無線網(wǎng)建設(shè)中可能的一個發(fā)展方向。

總結(jié)

隨著移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，5G已經(jīng)距離我們越來越近了，在各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)即將成熟之際，根據(jù)5G無線網(wǎng)建設(shè)特點(diǎn)研究建設(shè)中設(shè)計的變化，對于更好地進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)意義重大。5G無線網(wǎng)的特點(diǎn)決定了設(shè)計中必然要做出變革，要向著“綜合、靈活”的方向發(fā)展，只有做好準(zhǔn)備工作，設(shè)計才能夠在5G無線網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮更重要的作用。

編輯｜黃海峰 huanghaifeng@bjxintong.com.cn