陳文

（福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 福建省福州市 350003）

1 引言

近些年隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面發(fā)展和無線應(yīng)用空間的增加，無線通信技術(shù)已經(jīng)與人們的日常生活有了緊密的聯(lián)系，因此在5G 時(shí)代到來的環(huán)境下，移動(dòng)通信基站的建設(shè)也必須要滿足人們的日常需求。為了保證5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋質(zhì)量，城鄉(xiāng)規(guī)劃中為基站配套建設(shè)預(yù)留的站址資源將大幅上升。如何科學(xué)的編制5G 基站專項(xiàng)規(guī)劃，提高規(guī)劃編制質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)5G 基站規(guī)劃與國(guó)土空間規(guī)劃等各類規(guī)劃的有效銜接，已成為擺在面前的一個(gè)重要議題。

2 5G移動(dòng)通信基站的類型及特點(diǎn)

通信基站是一種典型的無線電收發(fā)信電臺(tái)，它是構(gòu)成移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)最基本的單元，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)和移動(dòng)通信用戶之間的全方位管理，是一種綜合性節(jié)點(diǎn)。通信基站按類型劃分，可分為室外基站以及室內(nèi)分布系統(tǒng)；按覆蓋功能劃分，可分為宏基站、微基站及室內(nèi)分布系統(tǒng)。

5G 通信基站采用了一系列關(guān)鍵技術(shù)，例如多通道大功率的64T64R 200W AAU，提供低時(shí)延的CU/DU 分離能力，增強(qiáng)覆蓋的上下行解耦（SUL）和波束賦形（Massive MIMO），從而能夠有效滿足增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，超高可靠超低時(shí)延，海量機(jī)器通信這三種場(chǎng)景的實(shí)際應(yīng)用需求。

但在5G 基站建設(shè)的過程中，還面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如超密集組網(wǎng)對(duì)站址資源的獲取存在困難，高功耗對(duì)基站選址和基礎(chǔ)供電體系提出一定的要求，高頻段以及多天線對(duì)室內(nèi)深度覆蓋也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，諸如此類的挑戰(zhàn)和困難需要通過技術(shù)創(chuàng)新逐一克服。

3 5G移動(dòng)通信基站的組網(wǎng)策略

根據(jù)工信部頒發(fā)的5G 頻率使用許可，我國(guó)的四家5G 基礎(chǔ)電信運(yùn)營(yíng)企業(yè)分別獲頒700MHz、2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz 頻段，同時(shí)工信部也許可部分現(xiàn)有4G 頻率資源重耕后用于5G。未來各運(yùn)營(yíng)商針對(duì)5G 的總體覆蓋基本上采用高中低頻協(xié)同的策略。以電信聯(lián)通為例，未來5G2C 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將在市區(qū)重點(diǎn)區(qū)域采用3.5G 覆蓋，縣鄉(xiāng)重點(diǎn)采用2.1G 覆蓋，農(nóng)村廣覆蓋重點(diǎn)采用低頻覆蓋；5G 2B網(wǎng)絡(luò)將由場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)，按需建設(shè)。

目前5G 網(wǎng)絡(luò)主要采用中高頻段，帶寬大、容量高，但由于傳播損耗大，穿透能力低，因此為了解決5G 容量覆蓋和深度覆蓋，必須要適當(dāng)增加5G 基站的密度，從而打造宏微結(jié)合、頻率協(xié)同以及室內(nèi)外結(jié)合的立體式基站組網(wǎng)。這種組網(wǎng)的策略在實(shí)施時(shí)需要將宏基站作為快速搭建網(wǎng)絡(luò)骨架的核心點(diǎn)，在中后期利用微站以及室內(nèi)分布進(jìn)行深度覆蓋，進(jìn)一步拓展組網(wǎng)的容量。

4 5G移動(dòng)通信基站站址布局規(guī)劃

在城市規(guī)劃的背景下實(shí)現(xiàn)5G移動(dòng)通信基站站址布局的優(yōu)化，其主要內(nèi)容涵蓋了基站規(guī)模預(yù)測(cè)、鏈路預(yù)算、站址密度分區(qū)及站間距的預(yù)測(cè)、站址密度控制、站址規(guī)劃、坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換與站址落圖等。因此，我們著重從這些角度切入進(jìn)行分析。

4.1 基站規(guī)模預(yù)測(cè)

根據(jù)工信部數(shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)5G 流量組成中約80%由2B端組成，20%由2C 端構(gòu)成，和4G 網(wǎng)絡(luò)情況差別較大。當(dāng)前5G 在應(yīng)用場(chǎng)景上仍處于探索階段，使用容量估算的方式對(duì)整個(gè)城市進(jìn)行室外站規(guī)模預(yù)測(cè)實(shí)際意義不大。因此，現(xiàn)階段5G 基站規(guī)模預(yù)測(cè)，通常選擇覆蓋估算的方式。

采用覆蓋估算的方法進(jìn)行基站規(guī)模預(yù)測(cè)，首先應(yīng)通過鏈路預(yù)算得到最大可允許路徑損耗（MAPL），根據(jù)站址密度分區(qū)和傳播模型，遵循遠(yuǎn)近結(jié)合、適度超前的原則，分析基站的覆蓋半徑、站間距以及單個(gè)基站的覆蓋面積。然后將規(guī)劃覆蓋的總面積除以單站覆蓋面積得到模型預(yù)測(cè)規(guī)模，同時(shí)結(jié)合各電信企業(yè)需求規(guī)模，輸出綜合的預(yù)測(cè)規(guī)模。最后統(tǒng)籌優(yōu)化存量站址，得到規(guī)劃期內(nèi)需新增的站址。

4.2 鏈路預(yù)算

鏈路預(yù)算是覆蓋估算中的核心部分，用于計(jì)算每個(gè)方向的最大路徑損耗。在得到了路徑損耗以后，選擇適合的傳播模型，便可得到小區(qū)的覆蓋半徑。5G 的鏈路預(yù)算涉及所有的上下行物理信道。通常需要保證上下行覆蓋平衡即可。

5G 鏈路預(yù)算主要從系統(tǒng)參數(shù)（如：工作頻段、邊緣速率、時(shí)隙配比、子載波帶寬、天線類型）、發(fā)射設(shè)備參數(shù)（如：最大發(fā)射功率、天線增益）、接收設(shè)備參數(shù)（如：接收機(jī)靈敏度、噪聲系數(shù)）、場(chǎng)景參數(shù)（如：各場(chǎng)景的陰影衰落、穿透損耗）、附加損益（如：負(fù)荷因子）等方面入手測(cè)算最大可允許路徑損耗（MAPL）。

傳播模型是鏈路預(yù)算最為重要的幾個(gè)參數(shù)之一。3GPP 組織給通信行業(yè)提供的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議38.901 中描述了5G移動(dòng)通信應(yīng)用環(huán)境下各種場(chǎng)景的適用傳播模型，針對(duì)室外的使用場(chǎng)景包括城市宏蜂窩（Uma）、城市微蜂窩街道（UMi-StreetCanyon）、農(nóng)村宏蜂窩（RMa）3 種場(chǎng)景，每類場(chǎng)景又分非視距（NLOS）和視距（LOS）場(chǎng)景共 6種傳播模型。現(xiàn)階段5G 通信基站專項(xiàng)規(guī)劃以室外宏站為主，可參考Uma-NLOS 傳播模型，路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：

其中所求的d3D為基站天線與移動(dòng)臺(tái)天線直線距離；hUT為移動(dòng)臺(tái)天線有效高度，一般取1.5 米；fc為工作頻段，現(xiàn)階段5G 通信專項(xiàng)規(guī)劃中建議采用3.5GHz；

通過鏈路預(yù)算中可以發(fā)現(xiàn)， 5G 基站覆蓋受上行路徑損耗限制[1]。因此在5G 通信專項(xiàng)規(guī)劃中基站覆蓋半徑應(yīng)以上行業(yè)務(wù)信道最大允許路徑損耗為計(jì)算依據(jù)。

4.3 站址密度分區(qū)及站間距預(yù)測(cè)

基站分布密度與人口分布密度呈正相關(guān)的關(guān)系，人口分布密度在很大程度上決定了基站設(shè)置密度，而人口分布密度又與用地布局有很大的關(guān)系。因此通過研究用地布局，可以預(yù)測(cè)基站服務(wù)人口密度（含常住和流動(dòng)人口）。

移動(dòng)通信通常綜合考慮建構(gòu)筑物的高矮和密集程度、樓距的大小、道路的寬窄、人口密度、地形地貌、業(yè)務(wù)分布等因素將基站場(chǎng)景細(xì)分為密集市區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村。而城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)中，將城鄉(xiāng)用地劃分為三大類，一類區(qū)域包括居住用地（R）、公共管理與公共服務(wù)用地（A）、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地（B）、道路與交通設(shè)施用地（S）、公用設(shè)施用地（U）；二類區(qū)域包括工業(yè)用地（M）、物流倉(cāng)儲(chǔ)用地（W）、三類區(qū)域包括綠地與廣場(chǎng)用地（G）及除城市建設(shè)用地以外的其他區(qū)域[2]。

在進(jìn)行站址密度計(jì)算前，宜根據(jù)城市的空間結(jié)構(gòu)結(jié)合區(qū)域的具體需求，建立基站場(chǎng)景與各區(qū)域城鄉(xiāng)規(guī)劃用地屬性之間的模型分區(qū)。再結(jié)合規(guī)劃期的長(zhǎng)短，根據(jù)鏈路預(yù)算得到的站間距，適當(dāng)考慮彈性調(diào)整范圍，得出各區(qū)域的站址密度分區(qū)及站間距，如表1所示。

表1：各區(qū)域站址密度分區(qū)及站間距示意（單位：m）

在5G移動(dòng)通信基站專項(xiàng)規(guī)劃中采用這種區(qū)位劃分的方式能夠快速準(zhǔn)確的定位不同地理環(huán)境下5G 通信的實(shí)際需求，從而合理地調(diào)整通信基站的間距以及密度，不僅能滿足基礎(chǔ)的通信需求，也能實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和合理規(guī)劃。

4.4 站址密度控制

5G 采用的頻段較4G 高，這就直接導(dǎo)致5G 基站的覆蓋范圍遠(yuǎn)不如4G 基站，意味著要全面普及5G 所需的基站數(shù)量要比4G 基站多很多。根據(jù)預(yù)測(cè)想要實(shí)現(xiàn)全國(guó)5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，至少要建設(shè)600 萬(wàn)個(gè)5G 基站。因此做好站址密度控制，盡量提高站址共享率，很有必要。

基站站址密度如圖1所示，假設(shè)六邊形的最長(zhǎng)弦為R，兩個(gè)基站間的站間距為D，基站的站址密度為P，通過計(jì)算可以得到：

圖1：三扇區(qū)定向站站址密度模型

根據(jù)站址密度P 的定義可知：

假設(shè)每平方千米有2 個(gè)基站，即P0=2，代入公式，可以得到：

再用比例法推導(dǎo)出站址密度P 的最終公式：

式中P 為站址密度（座/平方公里），D 為平均站間距[3]。

通過鏈路預(yù)算得到的基站半徑、平均站間距，結(jié)合站址密度公式模擬測(cè)算出各密度分區(qū)的站址密度，在5G 專項(xiàng)規(guī)劃過程中用站址密度控制各個(gè)組團(tuán)或區(qū)域的站點(diǎn)總數(shù)。

4.5 站址規(guī)劃

5G 基站站址規(guī)劃總體上應(yīng)堅(jiān)持合理布局，資源共享，既能滿足需求，又能節(jié)約投資的原則。要加強(qiáng)基站規(guī)劃與工程建設(shè)的銜接，與市政工程建設(shè)的同步，科學(xué)合理的進(jìn)行用電需求測(cè)算，以解決后期用電問題。

規(guī)劃選址應(yīng)根據(jù)覆蓋估算的初步成果，參考現(xiàn)網(wǎng)站址拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)塔桅和電源配套等資源進(jìn)行分析，篩選出可利舊的站址，再根據(jù)站址偏離度分析結(jié)果對(duì)多家運(yùn)營(yíng)商的公共需求進(jìn)行站址合并，確定獨(dú)立新建或共址建設(shè)，最終得到規(guī)劃站點(diǎn)的分布，詳細(xì)規(guī)劃流程見圖2。

圖2：站址規(guī)劃流程圖

4.6 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換與站址落圖

5G 基站專項(xiàng)規(guī)劃的站址最終需要落實(shí)到城市總體規(guī)劃和控制性規(guī)劃中，形成整體布局。然而，目前通信運(yùn)營(yíng)商5G 基站的站址規(guī)劃通常采用1984年世界大地坐標(biāo)系(Word Geodetic System 1984 即WGS-84)的坐標(biāo)表示，而城市規(guī)劃成果圖集中大多采用2000 平面坐標(biāo)系（China Geodetic Coordinate System 2000 即CGCS2000）。因此，在將站址批量準(zhǔn)確的落實(shí)到總規(guī)、控規(guī)的圖紙過程中，就涉及到兩種不同坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

WGS-84 大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成CGCS2000 平面坐標(biāo)系，需要先確定三個(gè)重要的轉(zhuǎn)換參數(shù)，分別是地球橢球的幾何參數(shù)、分帶方法和中央子午線經(jīng)度。地球橢球的五個(gè)基本幾何參數(shù)包括橢圓的長(zhǎng)半軸、短半軸、扁率、第一偏心率、第二偏心率。WGS84 橢球與CGCS2000 橢球都來自1980 大地測(cè)量參考系統(tǒng)GRS80 橢球，兩個(gè)橢球僅扁率有微小差異，引起同一點(diǎn)的坐標(biāo)差異小于0.105mm。因此在各類坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件中如果沒有CGCS2000 坐標(biāo)系選項(xiàng)，完全可用WGS84 坐標(biāo)系代替CGCS2000 坐標(biāo)系。分帶方法的選擇要以城市規(guī)劃圖紙中使用投影分帶的參數(shù)為準(zhǔn)，一般多采用3 度分帶或6 度分帶進(jìn)行投影。對(duì)于中央子午線的確定可以根據(jù)大地坐標(biāo)經(jīng)度，如：某個(gè)城市的經(jīng)度是119.28 度，則對(duì)應(yīng)的中央子午線經(jīng)度=3×ROUND（119.28/3）=120 度，其他情況可以類推。

再根據(jù)確定的轉(zhuǎn)換參數(shù)對(duì)預(yù)規(guī)劃的5G 基站的經(jīng)緯度進(jìn)行批量轉(zhuǎn)換，得到CGSC2000 的平面坐標(biāo)。最后可以借助AutoCAD Map 3D 軟件的GIS 和3D 映射行業(yè)專業(yè)化工具，將5G 站點(diǎn)批量導(dǎo)入城市規(guī)劃地圖中，進(jìn)行進(jìn)一步的校核和糾偏。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了5G 網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及組網(wǎng)策略，并從5G移動(dòng)通信基站專項(xiàng)規(guī)劃銜接運(yùn)營(yíng)商滾動(dòng)規(guī)劃、城市總體規(guī)劃和控制性規(guī)劃的角度出發(fā)，對(duì)規(guī)劃過程中的關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用、關(guān)鍵參數(shù)的選擇和規(guī)劃流程展開論述，為編制5G移動(dòng)通信基站專項(xiàng)規(guī)劃提供參考。