5G網(wǎng)絡部署關鍵問題的思考

昌應芬

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5G網(wǎng)絡部署關鍵問題的思考

昌應芬

安徽電信規(guī)劃設計有限公司，安徽 合肥 230031

我國2020年5G正式商用，運營商面臨如何快速建網(wǎng)、如何保護投資、如何滿足業(yè)務需求等關鍵問題。對這三個問題進行了深入剖析，提出了具體解決思路，針對重要的技術問題，深入淺出，不糾纏具體的技術細節(jié)，給出了明確的解決方案，方便理解并可以在實際工作中直接應用。

上下行解耦；桿站；天面整合；承載網(wǎng)

我國5G網(wǎng)絡部署提速的趨勢明顯，三大運營商試驗網(wǎng)建設如火如荼。2020年我國5G將正式商用。隨著我國5G引領戰(zhàn)略的推出，全球5G都在加速部署。對于運營商來說，需要思考的關鍵問題是：如何在發(fā)令槍響后快速完成網(wǎng)絡建設，率先放號；如何在5G網(wǎng)絡建設過程中最大限度保護并有效利用以前的投資；如何準確地預測并快速滿足用戶新的業(yè)務需求。這些問題解決得好壞，很大程度上將決定三大運營商在5G市場上的競爭地位。

就這些問題，談談筆者的思考，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)絡相對3G網(wǎng)絡的頻譜利用率有高達10倍的提升，5G網(wǎng)絡相對4G網(wǎng)絡在頻譜利用率上沒有任何實質(zhì)性的突破，幾乎沒有提升，只是因為運營商都能分到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)絡的業(yè)務需求。5G網(wǎng)絡在天線技術上將有較大進展。64T64R技術的應用，加上基站發(fā)射功率的提高，基本上能夠彌補與4G網(wǎng)絡工作頻段1.8?GHz和2.1?GHz的下行覆蓋差距。也就是說，5G基站的覆蓋半徑與目前的4G基站基本相當。但是所有的移動網(wǎng)絡都是上行受限系統(tǒng)，手機的發(fā)射功率受限于電池技術以及用戶對輻射問題的擔憂，不會有很大的提高。如果手機的發(fā)射功率不變，3.5?GHz頻段的上下行鏈路預算的差距13.7?dB，就將嚴重制約5G基站的實際覆蓋范圍（見圖1）。在5G網(wǎng)絡部署的初期，4G和5G網(wǎng)絡共存為5G網(wǎng)絡的上下行解耦提供了一個比較好的解決方案，可以利用4G網(wǎng)絡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，設備商也在為此不斷推出各種微站、室內(nèi)覆蓋技術。

運營商要實現(xiàn)快速建網(wǎng)，最核心的是要提前做好站址儲備。在鐵塔公司成立之后，三大運營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，在實現(xiàn)城區(qū)連續(xù)覆蓋方面，相對4G網(wǎng)絡只需要增加10%～20%的基站，宏站站址儲備的壓力不大。在解決室內(nèi)覆蓋、深度覆蓋方面，4G網(wǎng)絡建設的大量經(jīng)驗都是可以借鑒的，不同的是需要儲備大量的桿站資源，適應各種微站技術的使用。運營商前期承接平安城市建設的大量監(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目的運營商，在這個城市的發(fā)展就比較困難了。但是只有監(jiān)控桿是不夠的，因為監(jiān)控桿高度通常只有3.5?m，能適用的場景有限，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，運營商需要抓緊儲備才能實現(xiàn)無縫覆蓋。

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站址考慮好配套問題。電源方面，需要預留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)絡結構做好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)絡就能夠很好地滿足5G初期的業(yè)務需求。

發(fā)令槍一響，運營商的網(wǎng)絡建設競賽將立即展開。此時，運營商在4G時代積累的快速建網(wǎng)經(jīng)驗將發(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。這時候比拼的是各運營商的項目管理綜合能力。

2 投資保護

5G網(wǎng)絡投資巨大，對運營商前期投資特別是4G網(wǎng)絡投資的保護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)獲取的站址進行建設，但是4G站址天面上的天線太多，5G繼續(xù)租用新的天面費用很高并且可能已經(jīng)租不到了，所以需要進行天面整合。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，預留3.4～5?GHz頻段天線的位置，在不增加天面的情況下實現(xiàn)5G網(wǎng)絡的快速部署。

在語音業(yè)務方面，運營商的VoLTE網(wǎng)絡在2017—2018年剛投入使用，在5G時代要繼續(xù)有效利用，而不是新建5G的語音業(yè)務網(wǎng)絡。這兩年需要做的是盡快完善VoLTE的連續(xù)覆蓋，通過有效的業(yè)務和終端策略牽引用戶使用VoLTE業(yè)務，讓已經(jīng)非常老舊的2G網(wǎng)絡盡快實現(xiàn)退網(wǎng)，同時把800?MHz、900?MHz頻段退出來，完善4G網(wǎng)絡的農(nóng)村廣覆蓋和城區(qū)邊緣覆蓋，發(fā)揮4G和5G網(wǎng)絡協(xié)同、不同頻段資源協(xié)同的效果。

在數(shù)據(jù)業(yè)務方面，運營商的4G業(yè)務流量已經(jīng)達到90%以上并繼續(xù)提升，可以在適當?shù)臅r機讓3G網(wǎng)絡退出服務，當然前提是要對只有3G手機的那部分用戶做出合理安排。2G、3G網(wǎng)絡的退出，一方面是對網(wǎng)絡的簡化、對頻譜資源的有效再利用；另一方面可以簡化對終端制式的要求，輕裝上陣。

在承載網(wǎng)方面，4G時期已經(jīng)建設的IPRAN網(wǎng)絡、ODN網(wǎng)絡都可以得到有效的保護和再利用。某種意義上看，運營商4G承載網(wǎng)方面的優(yōu)勢將可能轉(zhuǎn)化為5G建網(wǎng)速度上的優(yōu)勢。

3 滿足業(yè)務需求

從業(yè)務大類上來看，一般可以分為eMBB（人與人通信，如移動互聯(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、自動駕駛等）。

首先需要考慮的是對4G現(xiàn)有業(yè)務的承接。4G現(xiàn)有業(yè)務主要包括數(shù)據(jù)業(yè)務、VoLTE語音和NB-IoT，基本上都屬于eMBB。語音業(yè)務可以繼續(xù)由4G VoLTE網(wǎng)絡承載，NB業(yè)務對網(wǎng)絡資源消耗不大，需重點考慮數(shù)據(jù)業(yè)務需求，主要包括網(wǎng)頁瀏覽、視頻播放等。這類業(yè)務對帶寬需求大，對時延要求不高。為了滿足大帶寬業(yè)務的需求，對現(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個計算，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。每個接入環(huán)按10個基站（1個峰值站、9個均值站）計算，接入環(huán)帶寬需求=1×4.65+9×2.03=23?G。每個匯聚環(huán)按6個站點，每個站點帶4個接入環(huán)，接入?yún)R聚收斂比=4計算，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，實際組網(wǎng)中可能略有不同，但不影響對網(wǎng)絡的規(guī)劃。5G網(wǎng)絡建設初期，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)務量不同）、匯聚環(huán)200?G逐步擴容。

其次需要考慮對5G新業(yè)務的承接。5G新業(yè)務主要包括VR/AR類、mMTC類和uRLLC類。這些業(yè)務對帶寬的需求都不會超過視頻類業(yè)務，但是部分業(yè)務對時延的要求非常高，特別是uRLLC類業(yè)務中的自動駕駛、無人機等，業(yè)務時延要求1～3?ms，對承載網(wǎng)單向時延的要求一般需控制在0.5?ms。我們知道，光速是30 km/s，每公里的時延約3.4ms，工程上通常按5ms計算，不考慮設備帶來的時延，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)務控制設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備帶來的時延。幸好設備商的芯片技術在不斷進步，目前已經(jīng)能夠制造時延不超過10ms的設備。如果我們能夠控制好傳輸距離和跳數(shù)，0.5?ms的預算是可以達到的（見表1）。

最后是對業(yè)務品質(zhì)的保障。4G網(wǎng)絡主要通過QoS進行保障，并通過軟件的方式實現(xiàn)。5G網(wǎng)絡對業(yè)務品質(zhì)保障的要求更高，不同類型的業(yè)務的要求不同，mMTC要求廣覆蓋、多連接，垂直行業(yè)要求獨立管控，uRLLC要求超可靠、低時延。為了滿足各類業(yè)務的不同需求，5G網(wǎng)絡需支持軟硬化的不同管道，采用基于FlexE標準的網(wǎng)絡分片技術，在標準以太網(wǎng)的MAC層和PCS層之間插入Flex層，類似SDH的基于時隙調(diào)度技術，通過網(wǎng)絡分片進行業(yè)務隔離，為eMBB、mMTC和uRLLC業(yè)務分配不同的管道，進而提供不同的業(yè)務品質(zhì)保障，最后進行帶寬捆綁，完成傳輸承載。

表1 業(yè)務時延標準

5G網(wǎng)絡大規(guī)模建設時期即將來臨，讓我們共同研究5G網(wǎng)絡部署的幾個關鍵問題，深入思考、精心準備，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)絡部署、業(yè)務投放，為用戶提供優(yōu)質(zhì)高效的5G業(yè)務服務。

[1]Afif Osseiran，Jose F. Monserrat，Patrick Marsch. 5G移動無線通信技術[M]. 北京：人民郵電出版社，2017.

[2]陳鵬. 5G：關鍵技術與系統(tǒng)演進[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[3]3GPP技術報告：TR 22.861：FS_SMARTER：Massive Internet of Things，TR 22.863：FS_SMARTER：Enhanced Mobile Broadband[R].

[4]3GPP技術規(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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