昌應(yīng)芬

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5G網(wǎng)絡(luò)部署關(guān)鍵問題的思考

昌應(yīng)芬

安徽電信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 230031

我國(guó)2020年5G正式商用，運(yùn)營(yíng)商面臨如何快速建網(wǎng)、如何保護(hù)投資、如何滿足業(yè)務(wù)需求等關(guān)鍵問題。對(duì)這三個(gè)問題進(jìn)行了深入剖析，提出了具體解決思路，針對(duì)重要的技術(shù)問題，深入淺出，不糾纏具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，給出了明確的解決方案，方便理解并可以在實(shí)際工作中直接應(yīng)用。

上下行解耦；桿站；天面整合；承載網(wǎng)

我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)部署提速的趨勢(shì)明顯，三大運(yùn)營(yíng)商試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)如火如荼。2020年我國(guó)5G將正式商用。隨著我國(guó)5G引領(lǐng)戰(zhàn)略的推出，全球5G都在加速部署。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，需要思考的關(guān)鍵問題是：如何在發(fā)令槍響后快速完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，率先放號(hào)；如何在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中最大限度保護(hù)并有效利用以前的投資；如何準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)并快速滿足用戶新的業(yè)務(wù)需求。這些問題解決得好壞，很大程度上將決定三大運(yùn)營(yíng)商在5G市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)地位。

就這些問題，談?wù)劰P者的思考，歡迎業(yè)內(nèi)專家共同探討。

1 快速建網(wǎng)

5G網(wǎng)絡(luò)工作頻段在3.4～3.6?GHz和4.8～5.0?GHz，室內(nèi)3.3～3.4?GHz。不像4G網(wǎng)絡(luò)相對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率有高達(dá)10倍的提升，5G網(wǎng)絡(luò)相對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)在頻譜利用率上沒有任何實(shí)質(zhì)性的突破，幾乎沒有提升，只是因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商都能分到100?MHz以上的頻譜資源，比4G的20?MHz大得多，才能夠支持5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求。5G網(wǎng)絡(luò)在天線技術(shù)上將有較大進(jìn)展。64T64R技術(shù)的應(yīng)用，加上基站發(fā)射功率的提高，基本上能夠彌補(bǔ)與4G網(wǎng)絡(luò)工作頻段1.8?GHz和2.1?GHz的下行覆蓋差距。也就是說(shuō)，5G基站的覆蓋半徑與目前的4G基站基本相當(dāng)。但是所有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都是上行受限系統(tǒng)，手機(jī)的發(fā)射功率受限于電池技術(shù)以及用戶對(duì)輻射問題的擔(dān)憂，不會(huì)有很大的提高。如果手機(jī)的發(fā)射功率不變，3.5?GHz頻段的上下行鏈路預(yù)算的差距13.7?dB，就將嚴(yán)重制約5G基站的實(shí)際覆蓋范圍（見圖1）。在5G網(wǎng)絡(luò)部署的初期，4G和5G網(wǎng)絡(luò)共存為5G網(wǎng)絡(luò)的上下行解耦提供了一個(gè)比較好的解決方案，可以利用4G網(wǎng)絡(luò)1.8?GHz上行，而不是3.5?GHz上行，這樣可以獲得大約11.4?dB的上行增益，基本上能夠解決上行受限問題（見圖2）。3.5?GHz頻段的另一個(gè)致命問題是穿透、繞射的能力太差，在解決室內(nèi)覆蓋、深度覆蓋方面，需要做大量工作，設(shè)備商也在為此不斷推出各種微站、室內(nèi)覆蓋技術(shù)。

運(yùn)營(yíng)商要實(shí)現(xiàn)快速建網(wǎng)，最核心的是要提前做好站址儲(chǔ)備。在鐵塔公司成立之后，三大運(yùn)營(yíng)商在塔類站址的獲取能力方面已幾乎沒有差別，采用1.8?GHz或2.1?GHz上行，在實(shí)現(xiàn)城區(qū)連續(xù)覆蓋方面，相對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)只需要增加10%～20%的基站，宏站站址儲(chǔ)備的壓力不大。在解決室內(nèi)覆蓋、深度覆蓋方面，4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的大量經(jīng)驗(yàn)都是可以借鑒的，不同的是需要儲(chǔ)備大量的桿站資源，適應(yīng)各種微站技術(shù)的使用。運(yùn)營(yíng)商前期承接平安城市建設(shè)的大量監(jiān)控桿是非常好的資源，電源、光纜都已經(jīng)到位，非常適合快速建站；而沒有拿下平安城市項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)商，在這個(gè)城市的發(fā)展就比較困難了。但是只有監(jiān)控桿是不夠的，因?yàn)楸O(jiān)控桿高度通常只有3.5?m，能適用的場(chǎng)景有限，很多區(qū)域還需要高一些的桿站資源，比如路燈桿。這些桿站載荷能力非常有限，通常只能是先到先得，運(yùn)營(yíng)商需要抓緊儲(chǔ)備才能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫覆蓋。

圖1 上行受限

圖2 上下行解耦

站址獲取之后，最重要的是要為每個(gè)站址考慮好配套問題。電源方面，需要預(yù)留4G基站3倍的功耗，滿足5G基站的部署要求。光纜方面，最好能夠按照環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做好ODN規(guī)劃部署，方便組網(wǎng)。承載網(wǎng)方面，目前4G采用的IPRAN網(wǎng)絡(luò)就能夠很好地滿足5G初期的業(yè)務(wù)需求。

發(fā)令槍一響，運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)競(jìng)賽將立即展開。此時(shí)，運(yùn)營(yíng)商在4G時(shí)代積累的快速建網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)將發(fā)揮作用，包括貨源組織、施工組織、業(yè)主協(xié)調(diào)等方方面面。這時(shí)候比拼的是各運(yùn)營(yíng)商的項(xiàng)目管理綜合能力。

2 投資保護(hù)

5G網(wǎng)絡(luò)投資巨大，對(duì)運(yùn)營(yíng)商前期投資特別是4G網(wǎng)絡(luò)投資的保護(hù)和有效利用非常重要。

5G站址與4G的重合度很高，可以充分利用4G已經(jīng)獲取的站址進(jìn)行建設(shè)，但是4G站址天面上的天線太多，5G繼續(xù)租用新的天面費(fèi)用很高并且可能已經(jīng)租不到了，所以需要進(jìn)行天面整合。目前的2G/3G/4G共站的天面上，基本上已經(jīng)可以做到800～900?MHz一根天線，1.8～2.6?GHz一根天線。下一步天面整合的方法是把800?MHz～2.6?GHz頻段全部整合到一根天線上，預(yù)留3.4～5?GHz頻段天線的位置，在不增加天面的情況下實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的快速部署。

在語(yǔ)音業(yè)務(wù)方面，運(yùn)營(yíng)商的VoLTE網(wǎng)絡(luò)在2017—2018年剛投入使用，在5G時(shí)代要繼續(xù)有效利用，而不是新建5G的語(yǔ)音業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。這兩年需要做的是盡快完善VoLTE的連續(xù)覆蓋，通過(guò)有效的業(yè)務(wù)和終端策略牽引用戶使用VoLTE業(yè)務(wù)，讓已經(jīng)非常老舊的2G網(wǎng)絡(luò)盡快實(shí)現(xiàn)退網(wǎng)，同時(shí)把800?MHz、900?MHz頻段退出來(lái)，完善4G網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)村廣覆蓋和城區(qū)邊緣覆蓋，發(fā)揮4G和5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、不同頻段資源協(xié)同的效果。

在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面，運(yùn)營(yíng)商的4G業(yè)務(wù)流量已經(jīng)達(dá)到90%以上并繼續(xù)提升，可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)讓3G網(wǎng)絡(luò)退出服務(wù)，當(dāng)然前提是要對(duì)只有3G手機(jī)的那部分用戶做出合理安排。2G、3G網(wǎng)絡(luò)的退出，一方面是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化、對(duì)頻譜資源的有效再利用；另一方面可以簡(jiǎn)化對(duì)終端制式的要求，輕裝上陣。

在承載網(wǎng)方面，4G時(shí)期已經(jīng)建設(shè)的IPRAN網(wǎng)絡(luò)、ODN網(wǎng)絡(luò)都可以得到有效的保護(hù)和再利用。某種意義上看，運(yùn)營(yíng)商4G承載網(wǎng)方面的優(yōu)勢(shì)將可能轉(zhuǎn)化為5G建網(wǎng)速度上的優(yōu)勢(shì)。

3 滿足業(yè)務(wù)需求

從業(yè)務(wù)大類上來(lái)看，一般可以分為eMBB（人與人通信，如移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、VR/AR等）、mMTC（物與物通信，如智能XX）和uRLLC（人與物通信，如工業(yè)制造、自動(dòng)駕駛等）。

首先需要考慮的是對(duì)4G現(xiàn)有業(yè)務(wù)的承接。4G現(xiàn)有業(yè)務(wù)主要包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、VoLTE語(yǔ)音和NB-IoT，基本上都屬于eMBB。語(yǔ)音業(yè)務(wù)可以繼續(xù)由4G VoLTE網(wǎng)絡(luò)承載，NB業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源消耗不大，需重點(diǎn)考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，主要包括網(wǎng)頁(yè)瀏覽、視頻播放等。這類業(yè)務(wù)對(duì)帶寬需求大，對(duì)時(shí)延要求不高。為了滿足大帶寬業(yè)務(wù)的需求，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的改造主要在承載網(wǎng)。

按照100?MHz頻寬，上下行配比0.75，開銷占比10%，Xn占比5%，峰值頻譜效率40?bit/Hz，均值頻譜效率7.8?bit/Hz，基站小區(qū)數(shù)3個(gè)計(jì)算，峰值小區(qū)=40?bit/Hz×100?MHz×1.1×0.75=3.3?G，均值小區(qū)=7.8?bit/Hz×100?MHz×1.1×1.05×0.75=676?M。從而，單站峰值=3.3+2×0.676=4.65?G，均值=3×0.676=2.03?G。每個(gè)接入環(huán)按10個(gè)基站（1個(gè)峰值站、9個(gè)均值站）計(jì)算，接入環(huán)帶寬需求=1×4.65+9×2.03=23?G。每個(gè)匯聚環(huán)按6個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)帶4個(gè)接入環(huán)，接入?yún)R聚收斂比=4計(jì)算，匯聚環(huán)帶寬需求=23×6×4/4=138?G。

以上算法中的參數(shù)取值，實(shí)際組網(wǎng)中可能略有不同，但不影響對(duì)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，建議按接入環(huán)10?G、匯聚環(huán)100?G組網(wǎng)，基本能夠滿足需求。隨著業(yè)務(wù)量的增加，可以參考接入環(huán)10～50?G（根據(jù)基站數(shù)量、業(yè)務(wù)量不同）、匯聚環(huán)200?G逐步擴(kuò)容。

其次需要考慮對(duì)5G新業(yè)務(wù)的承接。5G新業(yè)務(wù)主要包括VR/AR類、mMTC類和uRLLC類。這些業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求都不會(huì)超過(guò)視頻類業(yè)務(wù)，但是部分業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求非常高，特別是uRLLC類業(yè)務(wù)中的自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)等，業(yè)務(wù)時(shí)延要求1～3?ms，對(duì)承載網(wǎng)單向時(shí)延的要求一般需控制在0.5?ms。我們知道，光速是30 km/s，每公里的時(shí)延約3.4ms，工程上通常按5ms計(jì)算，不考慮設(shè)備帶來(lái)的時(shí)延，0.5?ms的傳輸距離也需要控制在100?km以內(nèi)。所以，我們最主要的措施是要將業(yè)務(wù)控制設(shè)備部署到盡可能離用戶近的地方，專業(yè)上叫作CU分離，U的層面盡可能下沉。此外，需要盡可能地減少設(shè)備帶來(lái)的時(shí)延。幸好設(shè)備商的芯片技術(shù)在不斷進(jìn)步，目前已經(jīng)能夠制造時(shí)延不超過(guò)10ms的設(shè)備。如果我們能夠控制好傳輸距離和跳數(shù)，0.5?ms的預(yù)算是可以達(dá)到的（見表1）。

最后是對(duì)業(yè)務(wù)品質(zhì)的保障。4G網(wǎng)絡(luò)主要通過(guò)QoS進(jìn)行保障，并通過(guò)軟件的方式實(shí)現(xiàn)。5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)品質(zhì)保障的要求更高，不同類型的業(yè)務(wù)的要求不同，mMTC要求廣覆蓋、多連接，垂直行業(yè)要求獨(dú)立管控，uRLLC要求超可靠、低時(shí)延。為了滿足各類業(yè)務(wù)的不同需求，5G網(wǎng)絡(luò)需支持軟硬化的不同管道，采用基于FlexE標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)分片技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的MAC層和PCS層之間插入Flex層，類似SDH的基于時(shí)隙調(diào)度技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分片進(jìn)行業(yè)務(wù)隔離，為eMBB、mMTC和uRLLC業(yè)務(wù)分配不同的管道，進(jìn)而提供不同的業(yè)務(wù)品質(zhì)保障，最后進(jìn)行帶寬捆綁，完成傳輸承載。

表1 業(yè)務(wù)時(shí)延標(biāo)準(zhǔn)

5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)時(shí)期即將來(lái)臨，讓我們共同研究5G網(wǎng)絡(luò)部署的幾個(gè)關(guān)鍵問題，深入思考、精心準(zhǔn)備，形成完善的解決方案。5G的發(fā)令槍一響，立即快速完成網(wǎng)絡(luò)部署、業(yè)務(wù)投放，為用戶提供優(yōu)質(zhì)高效的5G業(yè)務(wù)服務(wù)。

[1]Afif Osseiran，Jose F. Monserrat，Patrick Marsch. 5G移動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2017.

[2]陳鵬. 5G：關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)演進(jìn)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[3]3GPP技術(shù)報(bào)告：TR 22.861：FS_SMARTER：Massive Internet of Things，TR 22.863：FS_SMARTER：Enhanced Mobile Broadband[R].

[4]3GPP技術(shù)規(guī)范：TS22.261：Service requirements for the 5G system[S].

Thought about the Key Issues of 5G Network Deployment

Chang Yingfen

Anhui Telecom Planning and Designing Co., Ltd., Anhui Hefei 230031

China’s 5G commercial use will begin in 2020, and operators face key issues such as how to quickly build networks, how to protect investments, and how to meet business needs. The paper has carried on the thorough analysis to these three questions and proposed the concrete solution thought, aiming at the important technical question. The paper explains the profound things in a simple way without entangling the concrete technical details and gives the clear solution,which is easy to understand and can directly apply in the actual work.

upstream and downbound decoupling; pole station; astronomical integration; bearer network

TN929.5

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