趙 娟（北京信通傳媒有限責(zé)任公司，北京 100061）

0 引言

2019 年6 月6 日，中國工業(yè)和信息化部發(fā)放了5G商用牌照，標(biāo)志著我國5G 時代正式到來。與4G LTE系統(tǒng)相比，5G 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)速率、時延以及支持設(shè)備接入數(shù)量等方面具有很大的優(yōu)勢，為下一代業(yè)務(wù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。5G 在建設(shè)及商用過程中可能面臨哪些挑戰(zhàn)，運(yùn)營商將采取何種策略實(shí)現(xiàn)5G 系統(tǒng)的平穩(wěn)落地，在當(dāng)前階段應(yīng)將哪些區(qū)域作為重點(diǎn)建設(shè)目標(biāo)，以及各種典型場景的部署方案逐漸成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。本文將對5G 商用初期的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析與研究。

1 覆蓋性能挑戰(zhàn)

提起5G，大眾往往被其超高的數(shù)據(jù)通信速率所吸引。事實(shí)上，除去5G 空口所使用的調(diào)制技術(shù)、新型系統(tǒng)架構(gòu)以及簡化的信令流程等因素外，高速率本質(zhì)上是通過使用比現(xiàn)網(wǎng)更寬的頻率來實(shí)現(xiàn)的。目前，3GPP將5G 頻率主要分為2 個部分：450～6 000 MHz 以及24 250～52 600 MHz；其中低于6 GHz 的頻段為我國運(yùn)營商在5G初期主要使用的頻段，而較高頻段為部分毫米波頻段，由于頻帶資源豐富，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

與前幾代無線通信系統(tǒng)相比，5G 可使用的頻段十分豐富，但其頻譜資源大多分布在中高頻區(qū)域。由于中頻段路徑損耗比LTE 系統(tǒng)頻段高出2～3 倍，而在毫米波頻段下二者路徑損耗值最高可能相差6倍。簡而言之，在同樣的通信距離下，中高頻段的信號強(qiáng)度只能達(dá)到以往通信系統(tǒng)的若干分之一；隨著信號頻率升高，電磁波繞射性能也變差，即便在當(dāng)前運(yùn)營商所使用的3.5 GHz 中頻段，信號穿透損耗的典型值也高達(dá)26 dB（約衰減到室外信號的1/8）。室外宏站信號在室內(nèi)幾乎無法保證接收質(zhì)量。覆蓋問題已經(jīng)成為5G 初期亟待解決的痛點(diǎn)之一。

從最早商用5G 的韓國及美國所收集的用戶反饋信息也印證了這一問題的存在。韓國作為首個5G 商用國，其5G用戶已突破百萬。但其網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和數(shù)據(jù)速率卻飽受爭議。截至2019 年6 月，韓國全境內(nèi)共建成約60 000 個5G 基站，且絕大多數(shù)都部署在大城市中。但即便如此，用戶反饋其城市中5G網(wǎng)絡(luò)信號非常不穩(wěn)定。一方面下行速率與其宣傳的20 Gbit/s相距甚遠(yuǎn)，另一方面5G網(wǎng)絡(luò)連接成功率也較低。這一問題在室內(nèi)愈加嚴(yán)重，業(yè)務(wù)中斷的情況屢有發(fā)生。在美國，5G網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性也難以保證，部分場景下數(shù)據(jù)速率僅與LTE相近，甚至個別城市中用戶很難連接到5G信號?？梢姼采w能力差可能成為我國5G 商用初期困擾運(yùn)營商和用戶的最主要問題之一。

2 運(yùn)營商策略

我國移動通信系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)營主要依靠三大運(yùn)營商，雖然在5G FR1 中也包含較低頻段，但在當(dāng)前階段，運(yùn)營商可使用的低頻資源大都已被LTE 以及2G/3G 系統(tǒng)所占用，覆蓋問題難以通過使用低頻段來解決。

根據(jù)某運(yùn)營商的一組數(shù)據(jù)，截至2019 年8 月底，其全國2G/3G 基站仍有約58 萬個。盡管運(yùn)營商總體策略是逐步減少2G/3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，直至最終完成退網(wǎng)，但由于存在部分業(yè)務(wù)速率方面需求不高的企業(yè)及公眾客戶，2G/3G 等業(yè)務(wù)仍有較大存量，運(yùn)營商退網(wǎng)計劃完成尚需時日。另外全國LTE 基站數(shù)量仍在不斷上升，LTE 基站的新增及擴(kuò)容建設(shè)需求將繼續(xù)保持一段時間，以滿足現(xiàn)網(wǎng)用戶業(yè)務(wù)需求的增長。

前幾代通信系統(tǒng)所占用的無線頻率資源短時間內(nèi)無法完成騰退計劃，5G的發(fā)展將依賴中高頻以及毫米波頻段，相關(guān)生態(tài)的發(fā)展也將逐步成熟，最終5G 系統(tǒng)必將定型為高頻通信系統(tǒng)。

在建設(shè)投資方面，當(dāng)前階段5G 基站部署成本較高，此外還需要配套采購建設(shè)相關(guān)的傳輸及交換系統(tǒng)?？紤]到5G信號覆蓋范圍減小，完成現(xiàn)網(wǎng)同樣區(qū)域覆蓋的基站數(shù)量可能超過4G 基站的2倍，為了減輕巨大的資金壓力，共建共享將成為5G建設(shè)的主旋律。

最后從市場驅(qū)動方面來看，目前的5G工業(yè)應(yīng)用主要集中在生產(chǎn)自動化、服務(wù)可視化等方面，但現(xiàn)有業(yè)務(wù)往往對數(shù)據(jù)速率、連接數(shù)規(guī)模等要求不高，相關(guān)需求也可以通過LTE實(shí)現(xiàn)，未來真正的工業(yè)級5G應(yīng)用仍在醞釀中；公眾用戶對5G 的使用也僅局限在高速下載、VR/AR 觀影、視頻游戲等娛樂活動，配套產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，公眾消費(fèi)欲望有待進(jìn)一步激發(fā)。在這樣新興但尚未成熟的5G 市場環(huán)境下，運(yùn)營商投資建設(shè)5G 網(wǎng)絡(luò)的動力不足，其建設(shè)和推廣的目的更多在于推動技術(shù)發(fā)展與搶占未來市場。

3 規(guī)劃與部署策略

3.1 重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域與頻率使用策略

綜合考慮運(yùn)營商市場戰(zhàn)略以及當(dāng)前實(shí)際情況，運(yùn)營商應(yīng)首先聚焦高價值區(qū)域，以4G用戶分布作為規(guī)劃依據(jù)，例如將4G高流量（TOP15%～30%）地區(qū)作為建設(shè)的重點(diǎn)目標(biāo)，利用手中的高頻資源實(shí)現(xiàn)核心建設(shè)區(qū)域的連續(xù)覆蓋，如中國移動的4.9 GHz 頻段，中國聯(lián)通與中國電信共建共享的3.5 GHz 頻段，用高用戶體驗(yàn)搶占公眾客戶市場。高流量的典型區(qū)域包括高密度辦公樓、住宅小區(qū)、高校、車站、機(jī)場、地鐵等。

由于5G 投資巨大，短期各大運(yùn)營商用于5G 建設(shè)的資源相對有限，在高頻覆蓋空缺的地區(qū)，可以使用5G低頻段資源作為補(bǔ)充，盡早實(shí)現(xiàn)5G信號全網(wǎng)覆蓋。

3.2 典型場景建設(shè)方案

3.2.1 高密度商區(qū)與住宅區(qū)

5G流量最高的區(qū)域?qū)⑹歉呙芏壬虆^(qū)與住宅區(qū)，實(shí)現(xiàn)這些區(qū)域的覆蓋主要面臨如下難點(diǎn)。

a）樓宇密集，信號遮擋嚴(yán)重。

b）宏站信號無法深入大樓或小區(qū)內(nèi)部，存在大量弱覆蓋區(qū)。

c）可能存在與物業(yè)及居民協(xié)調(diào)的困難。

針對這些區(qū)域，可以利舊周邊宏站站址，使用Massive MIMO 宏站遠(yuǎn)距離定向覆蓋；同時利用路燈桿、物業(yè)設(shè)施等進(jìn)行近距離精準(zhǔn)覆蓋。對于建筑內(nèi)部穿透損耗高的場景，增加有源室分設(shè)備，完成室內(nèi)信號覆蓋。在實(shí)際建設(shè)的過程中，應(yīng)關(guān)注室內(nèi)外協(xié)同規(guī)劃，避免室外干擾室內(nèi)；在室分設(shè)計時，要做好精確覆蓋設(shè)計，控制室內(nèi)信號外泄。根據(jù)不同功能區(qū)業(yè)務(wù)需求，做好容量規(guī)劃，提高資源利用率；做好參數(shù)規(guī)劃，確保室內(nèi)話務(wù)吸收。

3.2.2 交通樞紐及沿線

交通樞紐主要分為站廳和交通沿線兩大場景。其中站廳部分可利用室分系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，重點(diǎn)要做好容量規(guī)劃，合理部署微站位置，以滿足密集人流條件下的用戶需求；交通沿線又分為地面沿線如高速公路、高鐵線路以及隧道部分。高速公路及高速鐵路涉及區(qū)域廣、線路長，并且大部分處于用戶稀少地區(qū)，在5G 建設(shè)初期市場意義不高，因此可暫緩建設(shè)；而隧道尤其地鐵沿線用戶量大，業(yè)務(wù)需求較高。據(jù)現(xiàn)有規(guī)劃數(shù)據(jù)顯示，至2023年地鐵規(guī)劃里程將達(dá)到現(xiàn)有里程的1.4倍，全國平均載客流量將達(dá)到1.18萬人/km，地鐵沿線應(yīng)作為重點(diǎn)區(qū)域盡快實(shí)現(xiàn)覆蓋。

地鐵隧道的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)遵循如下原則。

a）進(jìn)場一步到位原則。因政策原因，地鐵內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)階段1 般由鐵塔公司統(tǒng)一完成，且已建成地鐵進(jìn)場難度大，施工窗口期短，因此在新建地鐵線路中應(yīng)一次性建設(shè)到位，避免二次進(jìn)場。

b）保證專網(wǎng)安全原則。地鐵隧道內(nèi)除公網(wǎng)移動通信系統(tǒng)外，還存在警用、政務(wù)等數(shù)字集群通信系統(tǒng)和地鐵專用通信系統(tǒng)等。因此地鐵5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要考慮與專網(wǎng)的隔離，避免系統(tǒng)間干擾。

c）在建設(shè)過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注小區(qū)切換問題，合理設(shè)置隧道內(nèi)的切換區(qū)域。切換區(qū)應(yīng)規(guī)劃在隧道內(nèi)，一般長度在500 m 以下的隧道，可將切換區(qū)設(shè)置在距離站臺100 m左右的隧道內(nèi)；距離超過1 km的隧道，切換區(qū)設(shè)置在隧道中間；同時采用RRU 小區(qū)合并技術(shù)，盡量減少切換發(fā)生次數(shù)，提升用戶感知。

3.3 無線設(shè)備選型

5G 在天線技術(shù)方面相比4G 有顯著進(jìn)步，表現(xiàn)在Massive MIMO 天線的出現(xiàn)及應(yīng)用，已有最高64T64R的天線陣列投入現(xiàn)網(wǎng)使用。Massive MIMO 天線能夠增強(qiáng)室外無線信號覆蓋范圍及質(zhì)量，測試結(jié)果顯示（見表1和表2），64T/32T天線可以較好地滿足5G業(yè)務(wù)需求，并且64T天線邊緣速率為32T的1.3倍，并且64T在垂直方向上的覆蓋能力更強(qiáng)。

表1 不同高度建筑物下邊緣實(shí)測速率（單位：Mbit/s）

表2 不同高度建筑物邊緣實(shí)測覆蓋RSRP（單位：dBm）

3.4 仿真結(jié)果

以5G 下行100 Mbit/s 邊緣速率為例，對64T 設(shè)備進(jìn)行了城區(qū)覆蓋仿真，仿真區(qū)域面積約為20.6 km2，宏站210個，平均站距350 m，結(jié)果如表3所示。

表3 不同功率的覆蓋率（下行邊緣速率100 Mbit/s）

4 結(jié)束語

不難想象，5G 網(wǎng)絡(luò)將深刻地改變社會生產(chǎn)與生活方式，但這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)仍然需要經(jīng)過長時間的建設(shè)與各行業(yè)的不懈努力。中國將成為5G 時代真正的領(lǐng)跑者，有理由相信5G網(wǎng)絡(luò)將在我國以前所未有的速度建設(shè)與發(fā)展，其將在不久的未來真正落實(shí)到生活中，帶給人們?nèi)碌捏w驗(yàn)。