5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與規(guī)劃優(yōu)化探討

韓瑋　江?！±顣酝?/p>

摘要：基于4G時(shí)代豐富的組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)，中興通訊研究適用于5G高性能組網(wǎng)的技術(shù)方案，包括覆蓋容量關(guān)鍵指標(biāo)分析、多場(chǎng)景下波束配置優(yōu)化、精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、智能化網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等，同時(shí)依托全球數(shù)十張規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，使得這些技術(shù)方案不斷演化生長(zhǎng)，進(jìn)一步促進(jìn)5G的商用發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）;網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃;智能網(wǎng)絡(luò)

Abstract： Based on the rich networking experience of the 4G era， ZTE researches the technical solutions applicable to 5G high-performance networking， including analysis of key capacity indicators， beam configuration optimization in multiple scenarios， refined network planning， and intelligent network optimization. Relying on dozens of scale test networks at home and abroad， these technical solutions have been continuously evolved to further promote the commercial development of 5G.

Key words： massive multiple-input multiple-output （MIMO）; network planning; intelligent network

1 5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

1.1 豐富的應(yīng)用場(chǎng)景

4G改變生活，5G改變社會(huì)。5G具有鮮明的場(chǎng)景應(yīng)用特征，它圍繞人們居住、工作、休閑、交通以及垂直行業(yè)的需求展開(kāi)商用部署。這些場(chǎng)景需求分別具有超高速率、超高容量、超高可靠低時(shí)延、超高密度、超高連接數(shù)、超高移動(dòng)性等一系列特點(diǎn)[1-2]。

（1）增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）場(chǎng)景。該場(chǎng)景指面向移動(dòng)通信的基本覆蓋環(huán)境，可為用戶(hù)隨時(shí)隨地提供100 Mbit/s以上的體驗(yàn)速率。在室內(nèi)外、局部熱點(diǎn)區(qū)域的覆蓋環(huán)境，甚至可提供1 Gbit/s的用戶(hù)體驗(yàn)速率和10 Gbit/s以上的網(wǎng)絡(luò)峰值速率，滿足10 Tbit/（s·km2）以上的流量密度需求。

（2）高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）場(chǎng)景。該場(chǎng)景能夠面向車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等物聯(lián)網(wǎng)的特殊應(yīng)用需求，為用戶(hù)提供毫秒級(jí)的端到端時(shí)延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。

（3）海量機(jī)器類(lèi)通信（mMTC）場(chǎng)景。該應(yīng)用場(chǎng)景具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、低成本、海量連接等特點(diǎn)，并要求支持106/km2以上的連接數(shù)密度。

其中，eMBB場(chǎng)景是當(dāng)前商業(yè)模式最清晰的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，也是運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)投入的領(lǐng)域。uRLLC、mMTC類(lèi)業(yè)務(wù)與垂直行業(yè)緊密相關(guān)，隨著5G生態(tài)的演進(jìn)完善，必然將產(chǎn)生大量應(yīng)用，并能改變社會(huì)生活方方面面。本文中，我們將以eMBB場(chǎng)景為核心，論述中興通訊在組網(wǎng)性能、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化等方面的研究成果與技術(shù)觀點(diǎn)。

1.2 鮮明的技術(shù)特點(diǎn)

5G的技術(shù)特點(diǎn)的關(guān)鍵詞是“靈活”和“復(fù)雜”。為了匹配未來(lái)社會(huì)的多變場(chǎng)景，新空口（NR）技術(shù)從協(xié)議設(shè)計(jì)之初就考慮靈活配置，不可避免地帶來(lái)架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上的復(fù)雜性。大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）、豐富參考信號(hào)、靈活多波束、獨(dú)立組網(wǎng)（SA）/非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）架構(gòu)等構(gòu)成了NR最鮮明的技術(shù)特征。這些核心技術(shù)對(duì)NR組網(wǎng)提出了最大的挑戰(zhàn)。

（1）大規(guī)模MIMO技術(shù)。

大規(guī)模MIMO在4G 長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）后期即出現(xiàn)在商用部署中，中興通訊是該技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。在單鏈路香農(nóng)限和噪聲限被高度逼近的情況下，空分復(fù)用是唯一成倍提升頻譜效率的方法。大規(guī)模MIMO就是用更多的空分復(fù)用增強(qiáng)空口流量，這一技術(shù)在NR中繼續(xù)被發(fā)揚(yáng)光大。

大規(guī)模MIMO設(shè)計(jì)復(fù)雜精密，其實(shí)質(zhì)是基于探測(cè)參考信號(hào)（SRS）的波束賦形技術(shù)，利用上下行互易性降低資源開(kāi)銷(xiāo)，很好地實(shí)現(xiàn)MIMO的賦形和更高的空分倍數(shù)，還使得單用戶(hù)MIMO、多用戶(hù)MIMO的性能顯著改善。同時(shí)，考慮到部分終端不支持SRS輪發(fā)功能而無(wú)法通過(guò)基于SRS的賦形實(shí)現(xiàn)單用戶(hù)MIMO的情況，需要補(bǔ)充基于預(yù)編碼矩陣指標(biāo)（PMI）反饋方式賦形。2種波束賦型相結(jié)合的方式極具創(chuàng)新性，既能有效提高小區(qū)吞吐量，又能提升單用戶(hù)體驗(yàn)。

（2）豐富的參考信號(hào)設(shè)計(jì)。

NR的參考信號(hào)在LTE基礎(chǔ)上做了大量擴(kuò)展和改進(jìn)，以適應(yīng)于大規(guī)模MIMO的應(yīng)用。小區(qū)參考信號(hào)（CRS）是LTE中最重要的參考信號(hào)，LTE的測(cè)量、數(shù)據(jù)解調(diào)均依賴(lài)于此，同時(shí)它也是LTE組網(wǎng)的重要參考指標(biāo)，廣泛用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中。但CRS占用固定時(shí)頻資源，并且隨著天線端口增加而帶來(lái)更大的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)也會(huì)對(duì)鄰區(qū)產(chǎn)生更強(qiáng)的固定干擾等不利因素。需要在NR系統(tǒng)中刪去CSR的設(shè)計(jì)，代之以更先進(jìn)、更豐富的參考信號(hào)設(shè)計(jì)。LTE與NR參考信號(hào)的作用對(duì)比見(jiàn)表1。

NR在信道狀態(tài)信息參考信號(hào)（CSI-RS）、解調(diào)參考信號(hào)（DMRS）、SRS等方面做了增強(qiáng)設(shè)計(jì)，包括靈活周期配置，減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)等。NR的DMRS等可根據(jù)用戶(hù)的移動(dòng)速度靈活發(fā)送：在低速場(chǎng)景下以固定位置發(fā)送;在高速場(chǎng)景下可隨著移動(dòng)速度靈活地插入1～3個(gè)DMRS，以增強(qiáng)解調(diào)能力。SRS也可配置為更短周期，以適用無(wú)線信道的快速變化。NR協(xié)議對(duì)CSI-RS的設(shè)計(jì)發(fā)揚(yáng)光大，可支持配置多種天線端口數(shù)目，并且還可配置為用戶(hù)級(jí)CSI-RS，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的下行信道估計(jì)。此外，NR協(xié)議還設(shè)計(jì)了一系列測(cè)量參考信號(hào)，如跟蹤參考信號(hào)（TRS）、相位跟蹤參考信號(hào)（PTRS）等，為高質(zhì)量的通信鏈路保駕護(hù)航。

第3代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）協(xié)議設(shè)計(jì)了如此紛繁復(fù)雜的參考信號(hào)，但并未規(guī)定在實(shí)際建網(wǎng)中應(yīng)該如何組合和使用。這顯然對(duì)NR網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出巨大挑戰(zhàn)，需要在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中不斷研究摸索。

（3）靈活多波束設(shè)計(jì)。

NR基于大規(guī)模MIMO技術(shù)，采用多波束進(jìn)行賦型、掃描、跟蹤，提升了網(wǎng)絡(luò)覆蓋，減少干擾。相比LTE技術(shù)，NR在業(yè)務(wù)和控制信道、在水平和垂直維度均能提供動(dòng)態(tài)窄波束，并且數(shù)目更多，配置更靈活。例如，同步/廣播塊（SSB）承載了同步和廣播功能，是NR最重要的公共信道之一，也是網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)的重要參考指標(biāo)。SSB可實(shí)現(xiàn)時(shí)頻域靈活配置，在空域還可采用時(shí)分波束掃描。由于增加了掃描維度，可選廣播權(quán)數(shù)量增多，如何選優(yōu)NR廣播權(quán)成為影響NR網(wǎng)絡(luò)建設(shè)首要解決的問(wèn)題。

1.3 網(wǎng)絡(luò)性能挑戰(zhàn)

5G不僅僅是一張傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)演進(jìn)，它帶來(lái)的是信息生態(tài)的改變。從傳統(tǒng)的人與人的鏈接，發(fā)展為人與物、物與物的鏈接。迄今為止，對(duì)于5G應(yīng)用場(chǎng)景，還無(wú)法完全確定未來(lái)的真實(shí)需求到底會(huì)是什么？會(huì)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)形態(tài)帶來(lái)哪些革命性沖擊？

另外一方面，3GPP用極具靈活的協(xié)議設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)未來(lái)組網(wǎng)的不確定。無(wú)論是大規(guī)模MIMO技術(shù)多種傳輸機(jī)制，靈活配置的參考信號(hào)和波束、幀結(jié)構(gòu)，或SA/NSA的架構(gòu)設(shè)計(jì)等，都使得NR網(wǎng)絡(luò)靈活、復(fù)雜而難于駕馭。

中興通訊依托于LTE時(shí)代Pre5G的成熟商用經(jīng)驗(yàn)，在NR項(xiàng)目之初就組建了專(zhuān)注網(wǎng)絡(luò)解決方案的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)，在NR組網(wǎng)技術(shù)研究、精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、智能化網(wǎng)優(yōu)等方面做了充足準(zhǔn)備，形成整套方法論，并輔之以算法分析和外場(chǎng)驗(yàn)證、配套支撐工具等不斷改進(jìn)和優(yōu)化。

2 5G組網(wǎng)技術(shù)

自從3G時(shí)代引入高速共享下行包接入技術(shù)（HSDPA），采用共享信道資源來(lái)提升業(yè)務(wù)信道能力之后，覆蓋、容量、性能就成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中相互制約和轉(zhuǎn)換的鐵三角[3]。在5G NR中，波束選擇方案、參考信號(hào)選擇方案、終端能力等也是影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素，在組網(wǎng)設(shè)計(jì)中都需要重點(diǎn)被分析。

2.1 覆蓋能力

覆蓋能力是組網(wǎng)首先要解決的課題，包含3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：首先找出NR上下行信道受限邏輯關(guān)系，確定網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的依據(jù);其次，分析哪些技術(shù)對(duì)覆蓋能力產(chǎn)生影響，以被列為組網(wǎng)調(diào)優(yōu)儲(chǔ)備手段;最后，確定關(guān)鍵信道配置和指標(biāo)，實(shí)施具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2.1.1 覆蓋受限邏輯

我們將NR的上下行所有鏈路放在一張鏈路預(yù)算圖中，如圖1所示。從圖中的對(duì)比關(guān)系可知，當(dāng)邊緣用戶(hù)目標(biāo)為2 Mbit/s時(shí)，物理上行共享信道（PUSCH）的覆蓋最短;其次是采用單波束的公共物理下行控制信道（PDCCH）和廣播信道（BCH）存在覆蓋受限風(fēng)險(xiǎn)。因此，NR的覆蓋短板是上行方向的PUSCH業(yè)務(wù)信道，該信道應(yīng)成為組網(wǎng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)對(duì)象。

PUSCH成為首要受限目標(biāo)的原因是：NR的上行承載業(yè)務(wù)需求高，通常是邊緣1 Mbit/s或2 Mbit/s，但NR終端的發(fā)送功率有限，無(wú)法在大帶寬上保持高功率譜密度。在NSA鏈路預(yù)算時(shí)還需考慮增加終端能力，因NSA終端的發(fā)送功率削減、預(yù)編碼增益損失等因素都會(huì)對(duì)上行覆蓋能力產(chǎn)生更大壓力。其次，NR在下行可采用多波束方式，增強(qiáng)公共信道覆蓋，緩解下行覆蓋能力的壓力，這使得下行信道不易成為覆蓋受限瓶頸。以圖1為例，如果下行從單波束改為4波束或者8波束，理論上又可增加5～8 dB的覆蓋能力。因此，在通常配置情況下，NR網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)上行業(yè)務(wù)信道覆蓋受限系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃與站點(diǎn)規(guī)模估算;但依然要做完備性分析，例如通過(guò)分析基站下行發(fā)送功率、多波束等系統(tǒng)配置，判斷是否會(huì)改變NR上行受限的邏輯。

2.1.2 SSB波束選擇

在NR系統(tǒng)中，SSB是由主同步信號(hào)（PSS）+輔同步信號(hào)（SSS）+系統(tǒng)信息塊（SIB）3部分組成。用戶(hù)（UE）基于SSB的測(cè)量和解調(diào)，完成網(wǎng)絡(luò)同步和讀取廣播，SSB因而成為NR系統(tǒng)中最基本覆蓋質(zhì)量參考。同步信道參考信號(hào)接收功率（SS-RSRP）、同步信道信干噪比（SS-SINR）是對(duì)SSS的測(cè)量值，該指標(biāo)在衡量網(wǎng)絡(luò)建設(shè)覆蓋質(zhì)量時(shí)具有重要意義，常被用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的關(guān)鍵指標(biāo)。

LTE采用CRS信號(hào)的RSRP/SINR作為網(wǎng)絡(luò)評(píng)估參考指標(biāo)，CRS采用寬波束時(shí)頻錯(cuò)開(kāi)的方式發(fā)送;而NR系統(tǒng)中SSB采用多波束技術(shù)，實(shí)現(xiàn)時(shí)、頻、空域的精細(xì)化組網(wǎng)覆蓋，具備更精細(xì)化的組網(wǎng)能力。

以NR系統(tǒng)5 ms幀結(jié)構(gòu)為例，系統(tǒng)可配置1～8個(gè)SSB波束。波束個(gè)數(shù)越多，單個(gè)波束越窄，覆蓋能力越強(qiáng)。通過(guò)廣播權(quán)值設(shè)計(jì)，這1～8個(gè)波束可分別覆蓋小區(qū)內(nèi)不同的方向，包括垂直維度，形成真正的3D網(wǎng)絡(luò)波束掃描，有效地提升了在密集城區(qū)樓宇場(chǎng)景中的廣播覆蓋質(zhì)量。

SSB在時(shí)頻域?qū)R的配置下，對(duì)SS-SINR等同于網(wǎng)絡(luò)在100%負(fù)荷下的干擾測(cè)量，可通過(guò)SS-SINR發(fā)現(xiàn)越區(qū)或重疊覆蓋導(dǎo)致的同頻干擾，適合在工程建設(shè)階段發(fā)現(xiàn)干擾隱患。但是，SSB單波束會(huì)導(dǎo)致邊緣某些位置點(diǎn)的SINR偏低，從而引起同步失敗等問(wèn)題。因此，需要結(jié)合廣播權(quán)設(shè)計(jì)，根據(jù)不同場(chǎng)景設(shè)計(jì)SSB波束以及配置方案。

通過(guò)中興通訊大量的外場(chǎng)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)增加波束數(shù)目能明顯提高弱場(chǎng)的RSRP以及SINR值，進(jìn)而提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率，如圖2所示;因此，在商用階段需要盡量配置更多SSB波束，以實(shí)現(xiàn)廣播信道的精細(xì)化覆蓋。此外，通過(guò)廣播權(quán)設(shè)計(jì)，可發(fā)揮SSB多波束垂直覆蓋能力，尤其對(duì)于密集城區(qū)的高層建筑場(chǎng)景，需要增強(qiáng)UE接入和駐留能力。這些SSB相關(guān)的研究結(jié)論，對(duì)后續(xù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工作方向至關(guān)重要。

2.2 容量能力

2.2.1 參考信號(hào)配置

相比于LTE網(wǎng)絡(luò)，NR網(wǎng)絡(luò)能獲得更多的測(cè)量，并需要對(duì)廣播信道和業(yè)務(wù)信道分別測(cè)量。SSB適合做廣播公共信道覆蓋的預(yù)測(cè)，而對(duì)用戶(hù)容量的預(yù)測(cè)則是需要另外一種重要參考信號(hào)——CSI-RS。CSI-RS主要用于信道質(zhì)量指示（CQI）、PMI、秩指示（RI）等的測(cè)量。相比SSB，CSI-RS與用戶(hù)容量性能有更大的相關(guān)度。在NSA系統(tǒng)中，由于部分終端不支持上行SRS輪發(fā)，因此CSI-RS承擔(dān)著PMI測(cè)量值的重任，更是直接影響用戶(hù)速率體驗(yàn)。

CSI-RS有2個(gè)關(guān)鍵配置：端口與預(yù)置波束。端口相當(dāng)于等效天線，把多個(gè)物理天線映射為一個(gè)等效天線端口;預(yù)置波束則是通過(guò)每個(gè)等效天線端口實(shí)現(xiàn)輪掃波束，用于對(duì)信道進(jìn)行探測(cè)。CSI-RS通過(guò)這2個(gè)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間信道測(cè)量的量化，通過(guò)反饋方式獲取信道信息，為實(shí)現(xiàn)以PMI方式的MIMO傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。

理論上，CSI-RS端口越多，信道的量化精度越高，預(yù)編碼增益越大，賦形性能越好;但隨著CSI-RS端口數(shù)增加，需要的下行CSI-RS資源將更多，對(duì)UE測(cè)量能力的要求更高，上行反饋的開(kāi)銷(xiāo)更大。在確定的CSI-RS端口數(shù)下，預(yù)置波束越多，信道的量化精度通常越高，波束掃描增益越大，賦形性能越好;但隨著波束數(shù)增加，需要的下行CSI-RS資源更多且波束掃描周期更長(zhǎng)。另外，波束數(shù)增加還意味著波束變窄。由于窄波束內(nèi)的多徑數(shù)量變少，將會(huì)導(dǎo)致信道表現(xiàn)為缺秩，從而不利于多流傳輸。

如圖3所示，可以看出對(duì)于相同預(yù)置波束數(shù)目，8端口明顯優(yōu)于4端口。

如圖4所示，可以看出對(duì)于相同端口數(shù)目，2波束相對(duì)1波束提升約10%。

通過(guò)研究表明，CSI-RS與系統(tǒng)容量具備高相關(guān)性，適合在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和優(yōu)化階段作為預(yù)測(cè)容量性能的參考信號(hào)。此外，SRS、DMRS等參考信號(hào)也會(huì)不同程度上影響容量能力。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和后續(xù)優(yōu)化中，需詳細(xì)分析、優(yōu)化配置系統(tǒng)側(cè)與終端側(cè)各類(lèi)參數(shù)，提升網(wǎng)絡(luò)容量能力。

2.2.2 設(shè)備能力

同LTE等通信系統(tǒng)一樣，NR也會(huì)推出系列化設(shè)備，以適應(yīng)不同場(chǎng)景和建網(wǎng)成本、體積、功耗等需求。在高層樓宇覆蓋需求的密集城區(qū)，推薦采用64收發(fā)通道（TR）規(guī)格設(shè)備，在郊區(qū)或農(nóng)村推薦采用低配置規(guī)格設(shè)備。

在密集城區(qū)，復(fù)雜的無(wú)線環(huán)境導(dǎo)致干擾惡化，高樓林立導(dǎo)致垂直覆蓋要求高、用戶(hù)容量需求大。64 TR設(shè)備能提供更優(yōu)的大規(guī)模MIMO的波束賦形，實(shí)現(xiàn)高流量的多用戶(hù)MIMO傳輸，同時(shí)可顯著提高垂直維度的覆蓋。在郊區(qū)和農(nóng)村，MU-MIMO配對(duì)成功率降低，64 TR設(shè)備不能充分發(fā)揮其容量?jī)?yōu)勢(shì)，因此可采用低配置規(guī)格設(shè)備。

除了宏站產(chǎn)品之外，室內(nèi)分布系統(tǒng)、微基站等不同產(chǎn)品規(guī)格對(duì)應(yīng)不同的覆蓋和容量能力，每種產(chǎn)品規(guī)格也都有各自適用的建網(wǎng)場(chǎng)景。在NR網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)需要進(jìn)行綜合考慮，選擇對(duì)客戶(hù)最優(yōu)的配置和組網(wǎng)方案。

3 精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

相比LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，NR網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有3個(gè)方面的特點(diǎn)：首先其網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)設(shè)定到較高性能水準(zhǔn)，需要精密細(xì)致建模的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具;其次是能洞察LTE現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，有的放矢地進(jìn)行NR網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化設(shè)計(jì);最后是場(chǎng)景化組網(wǎng)解決方案。對(duì)于NR技術(shù)特征與組網(wǎng)特性，無(wú)一例外地需要在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中被研究和分析，并最終體現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。

3.1 NR網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具

NR網(wǎng)絡(luò)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)是LTE的數(shù)倍，并通過(guò)采用更復(fù)雜的空分傳輸、多波束、參考信號(hào)配置等技術(shù)來(lái)確保實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)高性能。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具提出前所未有的高要求。

在通常情況下，NR網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃邊緣速率城區(qū)以上行（UL）2 Mbit/s、下行（DL）50 Mbit/s為基準(zhǔn)，高熱區(qū)域則以UL 5 Mbit/s、DL 100 Mbit/s為主要目標(biāo)，郊區(qū)以UL 1 Mbit/s、DL 20 Mbit/s為基準(zhǔn)。以上標(biāo)準(zhǔn)是基于對(duì)5G關(guān)鍵業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)而推算得到，例如未來(lái)大視頻業(yè)務(wù)會(huì)比4G更普遍，在城區(qū)場(chǎng)景下，上行2 Mbit/s可以支持720 P直播;下行50 Mbit/s可以支持2 K/4 K高清視頻。為了確保對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的準(zhǔn)確規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具在無(wú)線環(huán)境、用戶(hù)業(yè)務(wù)以及無(wú)線技術(shù)等方面的仿真建模的復(fù)雜度都會(huì)非常高。

NR的大規(guī)模MIMO在垂直維度最大有4層波束實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物等做垂直覆蓋，能夠大幅地提升通過(guò)室外宏站對(duì)高層樓宇的室內(nèi)覆蓋性能。這就需要網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具能引入高精度3D電子地圖，并具備行射線追蹤仿真能力。NR的核心之一——多天線技術(shù)的性能表現(xiàn)極度依賴(lài)于無(wú)線環(huán)境，只有基于準(zhǔn)確的無(wú)線環(huán)境建模，才能最大限度模擬NR的網(wǎng)絡(luò)性能，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)。

除了3D電子地圖、射線追蹤建模之外，多天線技術(shù)建模是NR網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心發(fā)動(dòng)機(jī)。各設(shè)備廠家的多天線算法不同，需抽象為指標(biāo)列表與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具相接口，才能在把貼近真實(shí)的性能體現(xiàn)在規(guī)劃結(jié)果中。這些重要的抽象指標(biāo)有多天線的天線模型、最優(yōu)權(quán)值、鏈路解調(diào)性能等。例如，對(duì)于SSB多波束輪掃，CSI-RS、DMRS、SRS等參考信號(hào)配置等需在工具中預(yù)計(jì)抽象建模，這些重要配置是影響網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃結(jié)果的重要因素。另外，由于NR系統(tǒng)過(guò)于龐大復(fù)雜，即使對(duì)核心算法指標(biāo)做了抽象，其參數(shù)規(guī)劃工作量依然巨大，需要諸如自動(dòng)選站、射頻參數(shù)自動(dòng)尋優(yōu)、弱覆蓋區(qū)自動(dòng)識(shí)別與加站等工作。并行計(jì)算、遠(yuǎn)程仿真等信息技術(shù)（IT）也被大量引入到NR網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具中，以提升網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃運(yùn)行效率。

中興通訊在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具方面已有數(shù)年準(zhǔn)備，在其全球共享網(wǎng)絡(luò)仿真中心已實(shí)現(xiàn)NR網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具的規(guī)模部署，并在核心算法、復(fù)雜建模、云仿真等方面走在業(yè)界前列。

3.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法論

“基于4G live data的5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃”是中興通訊的NR規(guī)劃方法論。LTE與NR在技術(shù)體系、應(yīng)用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)行為等有很多相似之處，用現(xiàn)網(wǎng)LTE數(shù)據(jù)分析來(lái)指導(dǎo)NR網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是最直接有效的方式。NR獨(dú)有的技術(shù)特點(diǎn)，如多天線、多波束、靈活參考信號(hào)配置等也會(huì)融合考慮到規(guī)劃過(guò)程中，影響最終分析結(jié)論。

LTE數(shù)據(jù)可直接幫助識(shí)別和鎖定NR時(shí)代的價(jià)值區(qū)域，包括話務(wù)預(yù)測(cè)、熱點(diǎn)評(píng)估、重點(diǎn)場(chǎng)景識(shí)別。采用人工智能（AI）技術(shù)，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的用戶(hù)數(shù)、流量等多維數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)價(jià)值聚類(lèi)，快速抓住NR網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃重點(diǎn)，可以更有針對(duì)性地做精細(xì)化設(shè)計(jì)。源源不斷的LTE海量活躍數(shù)據(jù)，是無(wú)線大數(shù)據(jù)分析的天然養(yǎng)料，能夠幫助NR運(yùn)營(yíng)者在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、性能優(yōu)化到日常運(yùn)維的各階段都能站在用戶(hù)視角進(jìn)行預(yù)測(cè)和決策。

基于LTE網(wǎng)絡(luò)洞察的NR網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化規(guī)劃分為2個(gè)階段：預(yù)規(guī)劃階段、工程執(zhí)行階段。

在預(yù)規(guī)劃階段，需要基于LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋/容量/價(jià)值/站點(diǎn)拓?fù)涞榷嗑S綜合分析，確定NR網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的區(qū)域以及站點(diǎn)預(yù)規(guī)劃方案，并進(jìn)行初步仿真驗(yàn)證，輸出初始規(guī)劃結(jié)果及廣播權(quán)值配置建議。在此階段，LTE與NR的系統(tǒng)差異，如功率、頻段、路損模型等都會(huì)融入進(jìn)基于LTE現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，進(jìn)而獲得準(zhǔn)確的NR性能指標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果。

在工程執(zhí)行階段，需要輸出工勘確定站點(diǎn)規(guī)劃落地方案，提供天面整合方案，并進(jìn)行精細(xì)化仿真，以確定多天線廣播權(quán)值規(guī)劃、射頻（RF）參數(shù)規(guī)劃等無(wú)線參數(shù)規(guī)劃。

特別需要指出的是：在NR網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃以及后續(xù)優(yōu)化階段，AI算法引入到傳統(tǒng)規(guī)劃流程之后，大幅提升了工作效率和規(guī)劃效果。例如，熱點(diǎn)站聚類(lèi)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)價(jià)值區(qū)域的甄別選取，機(jī)器學(xué)習(xí)方法提取相同環(huán)境指標(biāo)預(yù)測(cè)覆蓋效果，利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)工具對(duì)廣播權(quán)進(jìn)行優(yōu)化等。AI算法必將與無(wú)線通信算法一樣，在網(wǎng)絡(luò)性能規(guī)劃與優(yōu)化中持續(xù)占據(jù)重要地位。

3.3 場(chǎng)景化解決方案

中興通訊在系列化宏站、室內(nèi)分布系統(tǒng)、微站等方面進(jìn)行組合，形成場(chǎng)景化解決方案（如圖5所示），解決不同場(chǎng)景下的NR組網(wǎng)難題。宏站是最重要的產(chǎn)品形態(tài)，64 TR產(chǎn)品解決4G/5G階段持續(xù)高容量需求，用低配置規(guī)格產(chǎn)品解決4G/5G低流量區(qū)域、低成本建網(wǎng)需求。針對(duì)NR的大帶寬使用策略以及4G/5G網(wǎng)絡(luò)共享需求，宏站設(shè)備支持混模配置功能，能夠支持在運(yùn)營(yíng)商在當(dāng)期和未來(lái)的經(jīng)營(yíng)抉擇。室內(nèi)分布系統(tǒng)產(chǎn)品有2 TR和4 TR設(shè)備，利用現(xiàn)網(wǎng)無(wú)源室分系統(tǒng)或者新建等方式，解決高價(jià)值、高流量的室內(nèi)場(chǎng)景。此外，微站也是必不可少的產(chǎn)品形態(tài)，4 TR平板（PAD）射頻單元（RRU）產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于居民區(qū)、步行街等補(bǔ)忙補(bǔ)熱場(chǎng)景。

隨著市場(chǎng)需求和技術(shù)的不斷發(fā)展，更多新設(shè)備會(huì)走向小型化、低功耗、高性能，共同組成隨需而動(dòng)的NR網(wǎng)絡(luò)。

4 智能網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

NR時(shí)代，大規(guī)模 MIMO等革命性技術(shù)不僅帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)性能的提升，同時(shí)使得網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的難度有所提升。另外uRLLC、mMTC的特性也與傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)大相徑庭，這些都使得NR網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的難度大幅增加。中興通訊提出了網(wǎng)優(yōu)“三化”思路以應(yīng)對(duì)NR時(shí)代新課題，即網(wǎng)優(yōu)工具的遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化、智能化，其中遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化是基礎(chǔ)，智能化是核心。

云技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得網(wǎng)優(yōu)工具遠(yuǎn)程化成為可能，無(wú)論是海量測(cè)量數(shù)據(jù)的收集篩選，還是網(wǎng)絡(luò)性能仿真預(yù)測(cè)，都可在云端進(jìn)行。同時(shí)，各種路測(cè)和分析軟件日臻完善，可實(shí)時(shí)收集、上報(bào)分析數(shù)據(jù)，減輕了網(wǎng)優(yōu)工程師日常工作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化問(wèn)題定位與解決實(shí)施，提升工作效率與質(zhì)量。5G時(shí)代的參數(shù)組合高達(dá)上萬(wàn)種，如要匹配到最優(yōu)參數(shù)組合，傳統(tǒng)的網(wǎng)優(yōu)專(zhuān)家系統(tǒng)分析已經(jīng)無(wú)能為力。NR迫切需要實(shí)現(xiàn)更高層次智能化，AI必然在網(wǎng)優(yōu)系統(tǒng)中扮演重要角色。

在網(wǎng)絡(luò)層中，處于上層的網(wǎng)元更容易集中化，跨領(lǐng)域分析能力更強(qiáng)，適合對(duì)全局性的策略集中進(jìn)行訓(xùn)練及推理，例如跨域調(diào)度、端到端編排等。通常對(duì)計(jì)算能力要求很高、需要跨領(lǐng)域的海量數(shù)據(jù)支撐，對(duì)實(shí)時(shí)性要求一般敏感度較低。越下層的網(wǎng)元，越接近端側(cè)，專(zhuān)項(xiàng)分析能力越強(qiáng)，對(duì)實(shí)時(shí)性往往有較高要求，比如NR新空口的移動(dòng)性策略移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）的實(shí)時(shí)控制等[4]?；谶@些分層智能化理念，中興通訊設(shè)計(jì)推出了5G網(wǎng)優(yōu)工具集，如價(jià)值專(zhuān)家分析系統(tǒng)（VMAX）、集中式自由化網(wǎng)絡(luò)（C-SON）等工具，形成自環(huán)、小環(huán)、大環(huán)組合，引入AI算法，能夠全方位對(duì)NR網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高效運(yùn)維和性能優(yōu)化。不同類(lèi)型的AI算法被部署到不同的“環(huán)”中，以解決不同層面的優(yōu)化難題[5]。

基于上述理論和工具，中興通訊已在NR預(yù)商用外場(chǎng)成功驗(yàn)證了AI對(duì)天線權(quán)值的優(yōu)化能力。利用大規(guī)模MIMO波束調(diào)整原理，部署在各“環(huán)”中的AI算法組合協(xié)同工作，可針對(duì)高樓的垂直面、場(chǎng)館、具備潮汐效應(yīng)的區(qū)域等場(chǎng)景，分析用戶(hù)的分布規(guī)律，靈活調(diào)整廣播和控制信道的波束分布，達(dá)到覆蓋和容量的最優(yōu)，減少干擾。如圖6所示的案例，針對(duì)固定場(chǎng)館類(lèi)的場(chǎng)景，由于人員分布在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)相對(duì)固定，可根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)廣播權(quán)值自適應(yīng)來(lái)達(dá)到最優(yōu)覆蓋?；诰W(wǎng)管、測(cè)量報(bào)告等數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)AI算法，進(jìn)行場(chǎng)景識(shí)別，可判斷是體育賽事場(chǎng)景還是演唱會(huì)場(chǎng)景，并計(jì)算出基于此場(chǎng)景和當(dāng)前用戶(hù)分布下的最優(yōu)權(quán)值，以提升場(chǎng)館區(qū)域內(nèi)的CQI、SINR等指標(biāo)。將權(quán)值組合與關(guān)鍵性能指標(biāo)、用戶(hù)分布等信息建立關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于后期同類(lèi)場(chǎng)景快速匹配獲取優(yōu)化權(quán)值，指導(dǎo)前瞻性運(yùn)維策略。

每個(gè)網(wǎng)元在機(jī)器學(xué)習(xí)、推理自治路上不斷進(jìn)化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的智預(yù)測(cè)、智能優(yōu)化、智能決策，其基礎(chǔ)是強(qiáng)大的AI算法研究和應(yīng)用能力。AI算法與通信算法是2個(gè)截然不同的技術(shù)概念，前者推崇邏輯相關(guān)，讓數(shù)據(jù)說(shuō)話;后者則較為注重理論推導(dǎo)，要自證嚴(yán)謹(jǐn)。這兩者在5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中是必不可少，相輔相成，共同守護(hù)著一張高性能的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)束語(yǔ)

5G帶來(lái)的是通信系統(tǒng)建設(shè)的全方位改變，無(wú)論是對(duì)3GPP協(xié)議的細(xì)節(jié)理解，還是組網(wǎng)技術(shù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)以及網(wǎng)規(guī)、網(wǎng)優(yōu)的指標(biāo)體系和工具平臺(tái)，處處體現(xiàn)出靈活與變革。同時(shí)5G也是包容性很強(qiáng)的技術(shù)體系，融入IT云化、AI等技術(shù)，構(gòu)建高效系統(tǒng)。5G也在不斷加速發(fā)展，“無(wú)處不在，隨需而動(dòng)”的高性能無(wú)線通信網(wǎng)必然會(huì)給人們帶來(lái)驚喜體驗(yàn)。

致謝

在文章的撰寫(xiě)過(guò)程中，中興通訊5G產(chǎn)品專(zhuān)家李玉潔、原均和、束裕、張文娟對(duì)提出很多卓有見(jiàn)地的修正建議，蔣新建、吳明皓等產(chǎn)品總工為提出大量而翔實(shí)的論證數(shù)據(jù)，在此對(duì)他們的專(zhuān)業(yè)精神和無(wú)私分享謹(jǐn)致謝意！

參考文獻(xiàn)

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