農(nóng)村2.6G NR網(wǎng)絡建設關鍵解決方案研究

魏強 朱海琦

摘要：農(nóng)村NR網(wǎng)絡建設是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略重要環(huán)節(jié)，本文分析了農(nóng)村NR網(wǎng)絡的主流建網(wǎng)方案，并結合農(nóng)村場景的特點，對農(nóng)村的2.6G NR兩扇區(qū)AAU建網(wǎng)方案給出了基站射頻規(guī)劃建議?，F(xiàn)網(wǎng)絡測結果表明，相較于基于8TR設備的NR和LTE建網(wǎng)方案，32TR兩扇區(qū)設備建設2.6G NR并反向開通LTE方案的建網(wǎng)方案，覆蓋提升4dB，上下行體驗速率提升30%以上，能耗節(jié)省30%以上。

關鍵詞：農(nóng)村；5G網(wǎng)絡；鄉(xiāng)村振興

一、引言

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的大力實施，國家大力扶持農(nóng)村基礎設施建設，為了讓廣大農(nóng)民享受5G網(wǎng)絡帶來的基建紅利，普及5G網(wǎng)絡覆蓋，推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，國家提出了“數(shù)字鄉(xiāng)村”概念。中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)的《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》中已將“鄉(xiāng)村4G深化普及、5G創(chuàng)新應用，城鄉(xiāng)數(shù)字鴻溝明顯縮小”作為2025年數(shù)字鄉(xiāng)村的戰(zhàn)略目標，并將加快鄉(xiāng)村信息基礎設施建設作為實施數(shù)字鄉(xiāng)村戰(zhàn)略的10項重點任務之一[1-3]。在2023年，5G設備廠商面向農(nóng)村NR建設推出2.6G兩扇區(qū)低成本建網(wǎng)方案，例如華為技術有限公司的廣角MetaAAU[4]，該產(chǎn)品的核心思想是使用兩個AAU模塊實現(xiàn)兩扇區(qū)組網(wǎng)，替代原有的三扇區(qū)建網(wǎng)方案，通過減少一個AAU投資，降低5G建設成本。

基于此，本文分析了2.6G低成本兩扇區(qū)方案在具體實施上的關鍵問題，包括頻段選擇、站址選擇、天線掛高、基站射頻（RF）規(guī)劃、功率配置等，并經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)實際測試，驗證了5G兩扇區(qū)解決方案的覆蓋、體驗和節(jié)能效果。

二、農(nóng)村場景2.6G NR兩扇區(qū)建網(wǎng)方案分析

農(nóng)村場景5G建網(wǎng)方案分析是指分析目標區(qū)域的建網(wǎng)條件，選取最適合的低成本建網(wǎng)方案，兼顧投資成本和效益建設高質(zhì)量5G網(wǎng)絡，以達成覆蓋和體驗標準。

為農(nóng)村5G場景建網(wǎng)制定針對性的方案，主要需要考慮以下問題：

①結合建網(wǎng)方案完成5G網(wǎng)絡規(guī)劃，包括站址選擇、RF規(guī)劃（掛高、方位角、傾角）等。

②針對天面空間受限場景和極致節(jié)能的場景，通常2.6G 32TR AAU支持在5G的AAU上通過新增基帶板建立D頻段LTE小區(qū)，實現(xiàn)一個模塊同時提供NR和LTE制式的移動通信服務，即5G反向開通LTE 3D-MIMO小區(qū)（簡稱：AAU反開LTE），利用D頻段的LTE小區(qū)替代FA頻段的LTE小區(qū)，節(jié)省天面空間和整站功耗。其中，F(xiàn)A頻段是指中國移動所持有的TDD LTE頻段，F(xiàn)頻段是指從1885MHz～1915MHz的30M帶寬頻段，A頻段指的從2010MHz～2025MHz的15M帶寬頻段。

（一）農(nóng)村典型場景

在基站數(shù)、電源、傳輸和站址配套等方面，5G建網(wǎng)成本相對4G偏高，導致運營商網(wǎng)絡建設投資增長顯著。對于運營商而言，投資的回收期備受關注，需要綜合考慮投資和收益，運營商5G網(wǎng)絡主要聚焦在城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等話務需求大的區(qū)域，以縮短成本投入的回收周期。

農(nóng)村區(qū)域站點間站間距大，單站覆蓋范圍廣，鐵塔的天面空間有限，對基站節(jié)能要求高。具體來講，農(nóng)村場景有以下特點：地形平坦空曠，樹木和農(nóng)田多，信號遮擋小，住房多為低層和多層，基本沒有高于6層的高層樓房，傳播損耗低，人口密度低，居住分散，村落間間隔大片土地，平原地區(qū)以平層土地為主；部分農(nóng)村地形復雜，山脈起伏連綿，溝壑崎嶇[2-3]。此外，農(nóng)村用戶消費水平相對城區(qū)低，需求以語音業(yè)務為主，數(shù)據(jù)業(yè)務量相對城區(qū)較少。

（二）農(nóng)村2.6G頻段規(guī)劃

2.6G頻段共160MHz帶寬，同時可供LTE和NR使用，為避免2.6G LTE和NR使用相同頻段互相造成干擾，2.6G頻段通常使用連續(xù)的100MHz帶寬（2515MHz～2615MHz）建網(wǎng)，若目標區(qū)域存在應2575MHz～2635MHz頻段的LTE小區(qū)，應提前將該小區(qū)遷移至2615MHz～2675MHz[5]。

（三）32TR兩扇區(qū) RF參數(shù)規(guī)劃

針對農(nóng)村場景5G網(wǎng)絡建設，通用建網(wǎng)原則與城區(qū)相同，例如：天面建設原則、配套改造原則、回傳改造原則[6-7]，由于2.6G的32TR設備存在兩扇區(qū)的特殊組網(wǎng)場景，在RF規(guī)劃方面，三扇區(qū)和兩扇區(qū)有較大的不同，本節(jié)將重點闡述農(nóng)村5G場景RF參數(shù)規(guī)劃。

1.方位角規(guī)劃

方位角規(guī)劃分為初始方位角規(guī)劃和方位角調(diào)優(yōu)兩個階段。

初始方位角規(guī)劃階段：對于三扇區(qū)組網(wǎng)，若在已有的4G站址新建5G站點，則可繼承4G網(wǎng)絡拓撲，5G NR的初始方位角可以參考現(xiàn)有4G天線的方位角；若規(guī)劃的5G站址上沒有4G小區(qū)可供參考，建議初始方位角使用標準指向，即每小區(qū)間隔120度；對于兩扇區(qū)組網(wǎng)，若在已有的4G站址新建5G站點，兩扇區(qū)的第一小區(qū)方位角建議與原4G小區(qū)話務最高的方向相同，第二小區(qū)方位角與第一小區(qū)相差180°。

方位角調(diào)優(yōu)階段：無論是兩扇區(qū)還是三扇區(qū)，方位角調(diào)優(yōu)的原則均是將用戶分布較為集中的區(qū)域作為目標覆蓋區(qū)域，同時避免相鄰站點的小區(qū)交叉覆蓋深度過深，即相鄰扇區(qū)對打，避免鄰區(qū)干擾過高。需要注意的是，兩扇區(qū)組網(wǎng)在第一小區(qū)和第二小區(qū)的方位角夾角不建議小于150°，避免兩扇區(qū)交疊區(qū)出現(xiàn)明顯的覆蓋空洞。

2.下傾角規(guī)劃

用戶體驗取決于業(yè)務信道的質(zhì)量，因此，農(nóng)村場景的下傾角規(guī)劃以業(yè)務信道覆蓋最優(yōu)原則，將垂直波束的法線指向小區(qū)邊緣低層，以確定5G NR小區(qū)的總傾角。

5G NR的總傾角基于下式計算：

（1）

其中，h為基站高度，通過現(xiàn)網(wǎng)工參獲??；d為小區(qū)覆蓋半徑，與各小區(qū)的目標覆蓋區(qū)域有關，工程師需要通過經(jīng)驗確定或基于整網(wǎng)的平均站間距初步估計。

3.掛高規(guī)劃

對于新建5G網(wǎng)絡與4G共站址場景，若天面空間允許，建議2.6G頻段的5G AAU安裝在4G天線上層，改善5G覆蓋，提高單站5G分流比。

（四）32TR兩扇區(qū) 反向建立LTE 3D-MIMO小區(qū)

站點的天面租金由運營商承擔，新增天面將增加站點租金，且站點天面空間有限，不具備新增抱桿的條件。為了進一步降低運營商的運營成本，5G建設以不新增抱桿為原則。

針對新建2.6G且站點上已有LTE D頻段小區(qū)獨立天面的場景，則可將5G AAU同時開通5G和4G 3D MIMO小區(qū)，將5G AAU替換原有LTE D頻段的天面位置，進而新建5G不新增天面。

針對新建2.6G小區(qū)且站點上僅有LTE FA頻段小區(qū)的場景，則可將5G AAU同時開通5G和4G 3D-MIMO小區(qū)，通過導頻功率匯聚、提高模塊發(fā)射功率等方法，將AAU反開LTE的覆蓋與FA頻段拉齊，從而新建5G不新增天面，

在AAU反開LTE D頻段覆蓋可收編現(xiàn)網(wǎng)LTE FA的前提下，可以利用32TR AAU為農(nóng)村區(qū)域同時提供4G和5G覆蓋，從而拆除8T FA天線和RRU設備，用于城區(qū)4G補盲。相比8TR NR+8T LTE建網(wǎng)方案，32TR兩扇區(qū)5G建網(wǎng)方案將原先的3個天線+6個RRU模塊替換為2個AAU模塊。該方案不僅節(jié)省了站點空間，還大幅降低通道靜態(tài)功耗，達到節(jié)能的效果。

三、現(xiàn)場測試驗證

為了驗證2.6G頻段各類設備在農(nóng)村場景下的覆蓋和體驗能力以及本論文提出的兩扇區(qū)規(guī)劃方案有效性，選取某農(nóng)村地區(qū)，通過拉網(wǎng)測試的方式測試5G實際覆蓋和上下行體驗。農(nóng)村場景通常使用8TR RRU用于建設5G和4G網(wǎng)絡，因此，本次測試選取農(nóng)網(wǎng)常用的8TR建設的5G和4G網(wǎng)絡作為覆蓋和體驗基線，從覆蓋和體驗的維度驗證32TR兩扇區(qū)農(nóng)村5G建網(wǎng)方案以及32TR兩扇區(qū)反開LTE建網(wǎng)方案的性能。測試區(qū)域為東部省份的典型農(nóng)村，建筑物多為1-2層自建平房，無大型建筑，共劃分4個測試站點。

（一）NR拉網(wǎng)測試結果

NR路測結果如表1所示，32TR兩扇區(qū)方案的覆蓋優(yōu)于8TR約4.4dB，下行體驗優(yōu)于8T 34.5%，32TR的上行體驗優(yōu)于8T 38.2%。32TR兩扇區(qū)體驗提升主要由頻譜效率（MCS）和空分復用性能提升帶來。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實測結果可以得知，相較于傳統(tǒng)的8TR，32T作為MM模塊，具備波束賦型優(yōu)勢，即使是兩扇區(qū)覆蓋和體驗也遠優(yōu)于8T，兩扇區(qū)相比三扇區(qū)大幅降低了建站成本，其覆蓋優(yōu)勢可以相比8T NR減少站點建設數(shù)量，節(jié)省建站成本，因此，根據(jù)綜合覆蓋、成本和性能可知，兩扇區(qū)是最適合農(nóng)村建網(wǎng)的方案。

（二）LTE拉網(wǎng)測試結果

LTE路測結果如表2所示，32TR的LTE小區(qū)覆蓋優(yōu)于8T FA頻段約4dB， 32TR AAU反開LTE小區(qū)的體驗優(yōu)于8T FA頻段26.1%。上行體驗優(yōu)于8T FA頻段17.2%。與NR類似，32TR AAU反開LTE 3D-MIMO小區(qū)相比8T FA設備明顯地提升了頻譜效率（MCS），進而提升了用戶體驗。

（三）能耗效果對比

設備廠商已在對應AAU的網(wǎng)管平臺內(nèi)置了能耗統(tǒng)計指標，可用于測量RRU、AAU設備以及基帶板的能耗情況。測試結果顯示，6個8T RRU設備建立的LTE和NR小區(qū)單日耗電約37.86千瓦時，而32TR兩扇區(qū)AAU同時開通LNR小區(qū)的單日耗電僅23.6千瓦時。因此，方案2相比方案1單日節(jié)電14.26千瓦時，全年節(jié)電5000千瓦時以上，節(jié)能效果約為36%。

四、結束語

本文針對農(nóng)村場景的32TR兩扇區(qū)設備，給出了適配兩扇區(qū)的RF規(guī)劃方案。經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)測試，32TR兩扇區(qū)的覆蓋和體驗性能均優(yōu)于8TR，同時32TR兩扇區(qū)設備反開3D-MIMO小區(qū)與LTE 8T FA覆蓋拉齊，可以實現(xiàn)收編現(xiàn)網(wǎng)FA小區(qū)，顯著降低基站能耗。

作者單位：魏強 朱海琦 中國移動通信集團浙江有限責任公司

參? 考? 文? 獻

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