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        5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃思路及要點研究

        2020-03-05 08:01:35
        廣東通信技術(shù) 2020年11期
        關(guān)鍵詞:規(guī)劃區(qū)域

        1 引言

        移動通信從滿足人與人之間語音通信開始,歷經(jīng)幾十年、幾代人的努力,到今天拓展為人、機(jī)、物之間語音與數(shù)據(jù)通信互為并行的5G時代,實現(xiàn)了“信息隨心至,萬物觸手及”的時代愿景,給社會省會帶來了深刻變革?;?G發(fā)展背景,人的生活、工作、學(xué)習(xí)、以及工業(yè)生產(chǎn)等各方面差異化需求挑戰(zhàn),5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展必須做到更精準(zhǔn)、更細(xì)致、更經(jīng)濟(jì),合理部署和發(fā)展5G移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),以滿足行業(yè)和個人用戶對網(wǎng)絡(luò)覆蓋、業(yè)務(wù)容量、寬帶業(yè)務(wù)、連接數(shù)量、可移動性、穩(wěn)定性等各方面的性能要求。

        網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的前提。2019年6月,工信部發(fā)放4張5G牌照,電信運營企業(yè)在各自頻譜允許范圍內(nèi)發(fā)展建設(shè)5G移動通信網(wǎng)絡(luò)。不同與以往主要針對個人業(yè)務(wù)的移動通信,5G網(wǎng)絡(luò)更加注重個人用戶與行業(yè)客戶并行,向垂直行業(yè)市場拓展。面對不同的發(fā)展思路、業(yè)務(wù)需求,以及企業(yè)自身數(shù)字化服務(wù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變的現(xiàn)實,要求基礎(chǔ)電信運營企業(yè)必須做好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,明確規(guī)劃重點,以確保工程建設(shè)符合發(fā)展要求。

        2 5G應(yīng)用場景

        根據(jù)ITU(國際電信聯(lián)盟)建議,5G業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為eMBB(增強(qiáng)移動寬帶)、mMTC(海量機(jī)器連接)和URLLC(低時延高可靠性)三大應(yīng)用場景。

        2.1 eMBB場景

        主要指在現(xiàn)有移動寬帶業(yè)務(wù)場景基礎(chǔ)上,提供更高速率和更大帶寬接入能力,進(jìn)一步提升用戶體驗等性能。其中連續(xù)廣域覆蓋要求達(dá)到100 Mb/s、移動性滿足500 km/h,熱點高容量場景用戶體驗達(dá)到1 Gb/s、峰值20 Gb/s。典型應(yīng)用為高清視頻、AR/VR等。

        2.2 mMTC場景

        主要指面向大規(guī)模海量連接數(shù)據(jù)包,多應(yīng)用于連接密度高的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。其萬物互連數(shù)將達(dá)到100萬個/km2。典型應(yīng)用為智能家居、可移動穿戴設(shè)備等。

        2.3 URLLC場景

        主要指低時延高可靠性應(yīng)用。典型應(yīng)用為無人駕駛、工業(yè)自動化等時延及可靠性要求較高的場合。

        3 網(wǎng)路架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

        目前,我國5G組網(wǎng)方式分為SA和NSA兩種。NSA適用于快速部署5G網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實需求,用4G演進(jìn)空口滿足一般的廣域覆蓋、熱點高容量和低功耗大容量業(yè)務(wù),5G低頻新空口用于連續(xù)廣域覆蓋和低功耗大連接業(yè)務(wù),5G高頻新空口用于連接熱點高容量場景。

        5G網(wǎng)絡(luò)基站5G RAN架構(gòu)均從4G/LTE的BBU/RRU兩級結(jié)構(gòu)演進(jìn)為CU/DU/AAU三級結(jié)構(gòu)?;静渴鹬锌梢詫?G基站劃分為CU-DU合并部署、CU云化-DU分布式部署和CU云化-DU集中部署三種方式。5G網(wǎng)絡(luò)部署過程中,需根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求、環(huán)境條件等,采取多樣化部署方式來保障網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及業(yè)務(wù)需求。

        3.2 關(guān)鍵技術(shù)

        新的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中,無線網(wǎng)中應(yīng)用了超密集組網(wǎng)、大規(guī)模MIMO、全新多址策略、全自由雙工通信、共享頻譜策略等多種新技術(shù),主要核心技術(shù)上需要新的突破,以滿足5G性能要求。

        3.2.1 超密集組網(wǎng)

        由于5G網(wǎng)絡(luò)使用的頻譜較高,相應(yīng)的波長較短、穿透力較弱等現(xiàn)實缺陷,面對大型寫字樓、大型商場、體育館等人口密集場所,就必須增大組網(wǎng)密度,提升頻譜復(fù)用效率,從而達(dá)到局部熱點系統(tǒng)容量的極大提升。通過接入與回傳整合技術(shù)、區(qū)域虛擬化設(shè)計,以及抗干擾與抑制技術(shù)相結(jié)合的手段得以實現(xiàn)。

        3.2.2 全頻譜接入

        在5G新型演進(jìn)型空口技術(shù)下,通過3D-MIMO、載波聚合、高階調(diào)制與多用戶干擾消除等技術(shù)提高了頻譜效率和峰值速率,從而達(dá)到建設(shè)以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)模式。頻段接入使用上,區(qū)分低于6 GHz和高于6 GHz兩個頻譜段,混合利用全頻譜接入。

        3.2.3 靈活無線資源管理

        在無線資源總量一定的情況下,可通過網(wǎng)絡(luò)切片等虛擬技術(shù),切除多個虛擬端到端平面,配置管理切片、轉(zhuǎn)發(fā)切片、控制切片功能,實現(xiàn)無線資源的靈活管理。同時,采用授權(quán)和非授權(quán)的頻譜聚合技術(shù),在全面分析頻譜質(zhì)量、系統(tǒng)運行特征、系統(tǒng)共存等具體情況,實施不同用戶需求的合理控制,從而達(dá)到提高無線資源靈活合理運用的目的。

        4 4網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

        4.1 規(guī)劃思路

        從以上分析可以看出,5G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟需要不斷的完善和優(yōu)化,4G網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)必將長期共存、有效協(xié)同。面對個人和行業(yè)用戶的不同需求,特別是垂直行業(yè)融合,規(guī)劃工作必須堅持業(yè)務(wù)需求為目標(biāo),堅持結(jié)果導(dǎo)向和問題導(dǎo)向,按業(yè)務(wù)需求、區(qū)域類型進(jìn)行分階段實施和規(guī)劃。

        整體統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計工作。快速部署5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,形成先期以NSA與SA并存,最終實現(xiàn)SA單獨運行的目標(biāo)。超高流量、超密集人群等區(qū)域,優(yōu)先解決數(shù)據(jù)需求與網(wǎng)絡(luò)容量瓶頸之間的矛盾;再根據(jù)業(yè)務(wù)量增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,進(jìn)行針對性網(wǎng)絡(luò)部署,并在推進(jìn)過程中不斷調(diào)整優(yōu)化建設(shè)方案。同時,面對5G基站部署密度遠(yuǎn)高于4G基站密度的現(xiàn)實,要充分調(diào)研掌握網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和可行優(yōu)化方案,以便網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與工程實施相互銜接推進(jìn)。

        創(chuàng)新與綠色發(fā)展并存。以5G網(wǎng)絡(luò)部署為契機(jī),積極爭取社會桿塔資源共享的同時,深入分析資源現(xiàn)狀,對存量站點進(jìn)行可行性研究,對內(nèi)部資源挖掘整合,梳理可用存量站點,按照綠色、開放、共享的要求,做到共建共享。嚴(yán)格控制工程造價總額,精準(zhǔn)編制天面、機(jī)房、電源等擴(kuò)容需求,可適當(dāng)引入多頻天線、梯次電池、拼接機(jī)房等解決方案,確保5G建設(shè)方案落地生根。

        4.2 規(guī)劃流程

        與以往的通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃類似,規(guī)劃流程大致分為規(guī)劃準(zhǔn)備、預(yù)規(guī)劃和詳細(xì)規(guī)劃三個階段。結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)的特點和定位,要重點關(guān)注其高密度、大容量、快速移動接入等性能指標(biāo)要求。

        規(guī)劃準(zhǔn)備階段,要對規(guī)劃工作中需要用到的規(guī)劃手段方法進(jìn)行歸納和總結(jié),并對工具、軟件、市場需求進(jìn)行資料準(zhǔn)備。

        預(yù)規(guī)劃階段,明確具體規(guī)劃目標(biāo),對覆蓋的范圍和容量進(jìn)行預(yù)估,運用頭腦風(fēng)暴和規(guī)劃經(jīng)驗,找出方向性指標(biāo),避免具體規(guī)劃的盲目性。

        詳細(xì)規(guī)劃階段,以前兩個階段的工作數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過軟件模擬、實地測試等手段,對站址、參數(shù)等進(jìn)行規(guī)劃,觀測規(guī)劃效果,以期達(dá)到規(guī)劃的技術(shù)上可行性、經(jīng)濟(jì)上合理性目標(biāo)。

        4.3 規(guī)劃要點

        4.3.1 覆蓋規(guī)劃

        網(wǎng)絡(luò)覆蓋的效果,直接表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)用戶感知。覆蓋效果較好的區(qū)域,能使用戶感知網(wǎng)絡(luò)高速率、低時延和高清晰度。與4G覆蓋規(guī)劃類似,規(guī)劃初期通過已有市場需求、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),配合個人用戶和行業(yè)用戶價值區(qū)域數(shù)據(jù),確定規(guī)劃目標(biāo)區(qū)域范圍。相較于4G,5G高頻段通信易出現(xiàn)傳波損耗大、信號繞射及反射能力差、大尺度衰落明顯、上下行鏈路不平衡和雨衰影響大等缺點,對于一些商場、車站等重點人員密集區(qū)域,要深度考慮廣覆蓋、深覆蓋和干擾抑制問題。對于部分基站存在塔下黑、高層信號弱和污染等問題,要充分利用5G中大規(guī)模天線(Massive MIMO)支持水平和垂直兩個方向波束賦型優(yōu)勢,慎重選擇天線參數(shù),以便解決覆蓋死角問題。

        目標(biāo)區(qū)域范圍的選擇,可采用鏈路預(yù)算的方式基于已有4G相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),測試出業(yè)務(wù)需求速率的5G覆蓋能力預(yù)估值。鏈路預(yù)算過程中,依據(jù)區(qū)域業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)速率目標(biāo),計算出各種業(yè)務(wù)在服務(wù)質(zhì)量要求下能實現(xiàn)的最大路徑耗損,再將數(shù)值代入到區(qū)域傳播模型計算公式,從而獲取該區(qū)域每種業(yè)務(wù)覆蓋半徑。為保證測試的覆蓋范圍的有效性,取計算業(yè)務(wù)覆蓋半徑的最小值最為最終目標(biāo)區(qū)域范圍。

        面對全頻段多接入的5G網(wǎng)絡(luò),要針對不同頻段(高頻度、低頻段)選用不同的計算模型。不同場景不同的判定選擇,要充分發(fā)揮規(guī)劃人員的經(jīng)驗,盡可能的靠近理想數(shù)值,以期達(dá)到理想效果。

        4.3.2 容量規(guī)劃

        由于5G網(wǎng)路基站覆蓋較小,對于容量規(guī)劃工作,需要深入研究每一個待建設(shè)區(qū)域市場和業(yè)務(wù)需求,利用已有頻段、帶寬、時隙配比等參數(shù),參照區(qū)域用戶預(yù)測模型,預(yù)估基站數(shù),進(jìn)而計算得出容量規(guī)劃選擇結(jié)果。

        由于5G尚沒有一個成熟的業(yè)務(wù)模式可以借鑒,規(guī)劃初期,可參照4G個人用戶和行業(yè)用戶的規(guī)模,綜合分析行業(yè)滲透和企業(yè)競爭情況,預(yù)測可能的業(yè)務(wù)量?;跇I(yè)務(wù)預(yù)測總量,同時考慮可能的平均速率需求,在業(yè)務(wù)模型中測算可能的區(qū)域基站數(shù),將各種不同業(yè)務(wù)類型的基站數(shù)求和,即可得出全區(qū)域容量。

        4.3.3 站址規(guī)劃

        由于5G網(wǎng)絡(luò)本身頻譜分布、超密集組網(wǎng)特點,需要大量的基站部署,以滿足三大場景應(yīng)用的需要。同時5G建設(shè)初期NSA方式的大量應(yīng)用,使得5G基站與原有基站的互補(bǔ)共用、不同運營企業(yè)共建共享等將不可避免。

        站址規(guī)劃時,首先要分析現(xiàn)有存量站址、可利舊整合的基站資源,數(shù)據(jù)分析和實地踏勘相結(jié)合,尋求滿足空間、電力、接地、安全防護(hù)、承重以及其他基礎(chǔ)設(shè)施條件要求,盡可能準(zhǔn)確的站址位置。其次要根據(jù)現(xiàn)場條件選擇最佳的射頻天線掛高、水平隔離、垂直隔離、方向角、拉遠(yuǎn)距離等基站參數(shù),以確?;窘ㄔO(shè)與使用維護(hù)相協(xié)調(diào),真正滿足網(wǎng)絡(luò)運行的高速率、廣覆蓋、大容量的5G需求。

        5 結(jié)束語

        5G網(wǎng)絡(luò)已從愿景暢想、場地測試以及相關(guān)宏觀愿景層面真正走向了用戶級應(yīng)用階段。目前,國內(nèi)幾大電信運營企業(yè)正如火如荼的建設(shè)部署5G網(wǎng)絡(luò),要著實加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署工作,首先要從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展大局角度出發(fā),做好整體規(guī)劃;其次從基本理論技術(shù)特征、應(yīng)用場景和現(xiàn)實需求角度,認(rèn)真分析論證、模型測算、實地踏勘,做好微觀層面的規(guī)劃工作,確保網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路、基站部署、設(shè)備選型等,滿足基于5G網(wǎng)絡(luò)承載、面向不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的綠色、開放、共享的新一代移動通信系統(tǒng)。

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