面向5G規(guī)模部署的無線網(wǎng)資源儲備策略

陳 君，黃小光，趙品勇，汪 偉（華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州 310014）

0 引言

5G 無線網(wǎng)絡(luò)具備高峰速率、高頻譜效率、高移動性、高密度連接、大容量、低時延、低功耗等關(guān)鍵特性指標。ITU 在其發(fā)布的《5G 白皮書》中定義了5G 的三大應(yīng)用場景：增強移動寬帶（eMBB）、超高可靠低時延通信（uRLLC）、大規(guī)模機器類通信（mMTC）。3 類場景業(yè)務(wù)對帶寬和時延要求不同，對組網(wǎng)覆蓋指標及承載容量也有所差異。為實現(xiàn)以上業(yè)務(wù)的應(yīng)用部署目標，未來2～3 年，5G 無線網(wǎng)絡(luò)將主要采用3.4～3.6 GHz、4.8～5 GHz 頻譜，5G 更高頻段縮短了單站覆蓋范圍，直接導致5G 站址密度較4G 時期大幅增加，更多的站址需求進一步加大了選址難度。此外，5G 配套需求更加苛刻，5G 天線較原有4G 天線重量增加2 倍，基站功耗較4G 設(shè)備增加4～5 倍，對存量站點的機房和動力配套改造帶來巨大壓力［1］。

為了后期更好地開展5G基站規(guī)模部署建設(shè)，需提前積極對5G站址規(guī)劃和配套方案進行探索和實踐，提升5G 基站建設(shè)管理水平［2］。基于以上背景，本文將對5G 組網(wǎng)覆蓋標準進行分析，在此基礎(chǔ)上探討存量站的篩選標準和5G新建站的獲取儲備策略，同時以某試點區(qū)為背景，分析5G 配套方面的規(guī)劃建設(shè)要求，為未來5G大規(guī)模建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

1 5G NR組網(wǎng)技術(shù)介紹

隨著2018 年6 月獨立組網(wǎng)（SA）標準凍結(jié)，加上2017 年12 月率先凍結(jié)的NSA（非獨立組網(wǎng)）標準，5G已經(jīng)完成第1階段全功能標準化工作，兩者區(qū)別如下：

a）NSA需使用現(xiàn)有4G核心網(wǎng)和4G基站，以4G作為控制面錨點，來滿足激進運營商利用現(xiàn)有LTE 網(wǎng)絡(luò)資源實現(xiàn)5G NR 快速部署的需求；NSA 主要以提升熱點區(qū)域網(wǎng)絡(luò)帶寬為主要目標，由于非獨立組網(wǎng)沒有獨立信令面，仍需依托4G 基站和核心網(wǎng)工作，因此NSA無法真正發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)性能和能力，比如只能滿足增強移動寬帶（eMBB）場景中的部分應(yīng)用，無法支持低時延高可靠（uRLLC）場景和海量大連接（mMTC）場景，而且NSA 終端是雙連接，很多對時延敏感的業(yè)務(wù)體驗不佳。

b）SA 是業(yè)界公認的5G 目標方案，能實現(xiàn)所有5G的新特征，有利于充分發(fā)揮5G 全部能力。SA 涵蓋無線接口、核心網(wǎng)、接入網(wǎng)、網(wǎng)管等實現(xiàn)端到端通信系統(tǒng)的所有5G全新標準，采用端到端的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持5G 各類接口，實現(xiàn)5G 各項功能，提供更多5G 服務(wù)。SA 的核心網(wǎng)采用全新架構(gòu)，能夠支持多種場景功能。SA 可以較好滿足網(wǎng)絡(luò)切片的多樣化，終端也比較簡單，但對覆蓋連片的要求比較高，因此初期投資比較大。

運營商可采用NSA 和SA 2 種標準開展5G 組網(wǎng)建設(shè)［3］。以典型3.5 GHz 組網(wǎng)為例，相比SA，在NSA 組網(wǎng)下，終端在3.5 GHz上行只有單發(fā)，導致以下不足：

a）上行覆蓋受損3 dB：終端上行只有單發(fā)功能，發(fā)射功率只有23 dBm，導致上行覆蓋受損。

b）單用戶NR 上行速率減少：上行失去SU-MIMO雙流Beam-forming能力。

c）小區(qū)吞吐率損失：下行無法實現(xiàn)MU-MIMO 和SU-MIMO 并行。在覆蓋方面，以2 Mbit/s 邊緣速率標準分析為例，不同組網(wǎng)方案下的上行覆蓋半徑見表1。

表1 NSA、SA組網(wǎng)上行覆蓋半徑對比

從表1 可以看出，SA 組網(wǎng)覆蓋性能全面優(yōu)于NSA，結(jié)合未來5G 業(yè)務(wù)部署的需求來看，NSA 將只作為5G 網(wǎng)絡(luò)的過渡方案，SA 是5G 網(wǎng)絡(luò)的終極方案。因此，5G資源儲備建議按照SA組網(wǎng)需求進行配置。

2 5G站址資源儲備思路

2.1 現(xiàn)有存量站址獲取

存量站址主要來源于現(xiàn)有2G/4G 系統(tǒng)站址資源，由于5G NR 系統(tǒng)與現(xiàn)有4G 系統(tǒng)設(shè)備能力和組網(wǎng)頻段不同，可以通過鏈路預算分析2 種系統(tǒng)的站址需求差異，以3.5 GHz SA組網(wǎng)下的站址需求評估為例，相比現(xiàn)有4G 2.6 GHz 系統(tǒng)，基于Hata 模型的鏈路預算如表2所示。

表2 3.5 GHz與2.6 GHz覆蓋半徑分析

從表2 可以看出，5G 信道上行受限，3.5 GHz 在空間損耗上要差于2.6 GHz，但考慮到SA 模式下上行雙發(fā)等優(yōu)勢，上行2 Mbit/s的邊緣速率時，3.5 GHz室外覆蓋距離為240 m（站間距360 m），與現(xiàn)有2.6 GHz 的8T8R 組網(wǎng)、上行512 kbit/s時小區(qū)覆蓋230 m 相當。由此假設(shè)4G 每平方千米9 個站（512 kbit/s），則5G 站址需求為每平方千米6個站（1 Mbit/s）/9個站（2 Mbit/s）。

利舊存量站址，實際存在部分站點位置合理，但可利舊條件不足，因此，開展站址資源利舊時，可參考圖1 所示流程提前進行可利舊站點梳理，僅將具備改造擴容條件的站址納入5G可利舊站址資源池。

2.2 新增站址儲備策略

5G 將采用超密集組網(wǎng)方案，站點由傳統(tǒng)宏站+室分方式進一步向宏+小微站協(xié)同、室內(nèi)外站點協(xié)同模式的超密集分層立體組網(wǎng)方向改變，此外，引入高頻組網(wǎng)進一步加劇了站點資源的需求，大量基站部署給站址獲取帶來巨大壓力，尤其在當前用戶業(yè)務(wù)需求的不斷提升、物業(yè)及業(yè)務(wù)經(jīng)濟意識的不斷增強、民眾環(huán)保理念的不斷深化、物權(quán)相關(guān)爭奪日趨激烈以及政府對基站等通信設(shè)施相關(guān)法規(guī)尚待完善的大背景下，站址資源有效獲取是5G大規(guī)模建設(shè)面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。

圖1 5G可利舊站址資源分析流程

a）加強與政府及行業(yè)主管部門的溝通協(xié)調(diào)，主動建立良好關(guān)系，依托政府及行業(yè)主管單位的政策支持，積極營造利于5G 規(guī)劃建設(shè)的外部條件。以某省5G 站址儲備為例，各部門及單位達成率先部署推進5G 規(guī)劃建設(shè)共識，包括省級指示要加強規(guī)劃統(tǒng)籌，堅持資源開放，共建共享，由鐵塔公司在5G 基站規(guī)劃的指導下，統(tǒng)一建設(shè)，共享使用；省通管局表態(tài)加快5G規(guī)劃納入城鄉(xiāng)總體規(guī)劃的進程，由鐵塔公司統(tǒng)籌全行業(yè)需求，全量納入平臺管理，提升共建共享水平；省經(jīng)信委、住建廳表態(tài)將積極謀劃5G 應(yīng)用及業(yè)務(wù)試點，推動資源開放，加大宣傳引導，出臺《建筑物移動通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)范》。

b）分階段將目標站址庫全量納入城鄉(xiāng)總體規(guī)劃，由鐵塔公司作為統(tǒng)籌單位，依據(jù)站址資源庫涉及的各類社會公共資源產(chǎn)權(quán)歸屬，與資源管理部門簽署框架協(xié)議。

第1 階段：積極跟進5G 技術(shù)發(fā)展，提前啟動5G 目標站址規(guī)劃，在滿足5G 網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的同時，需兼顧相關(guān)業(yè)務(wù)容量需求進行的站址級規(guī)劃，輸出機房儲備庫、目標宏站站址庫、微站站址資源庫和5G 室分樓宇庫。

a）對現(xiàn)有存量機房進行全面排查，根據(jù)機房配套標準對存量機房配套情況（承重、面積、動力配套、可新增機架位等）進行可用性評估。在新建區(qū)域需結(jié)合現(xiàn)有機房布局分析，合理開展新機房位置規(guī)劃，形成匯聚機房儲備庫。

b）結(jié)合網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、城市發(fā)展、地形地貌、人口分布等因素，依托城鄉(xiāng)發(fā)展和電信企業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署策略，建立宏站目標站址資源庫。比如建成區(qū)場景內(nèi)可基于當前網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)開展深度覆蓋補點規(guī)劃、新建區(qū)域場景基于站間距及仿真手段開展新增站址規(guī)劃、鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村場景以實現(xiàn)廣覆蓋為目標進行站址規(guī)劃。

c）通過“摸底抽樣分析、政府行業(yè)協(xié)同、批量簽約儲備”3 步法，實現(xiàn)社會資源（路燈桿、監(jiān)控桿、公交站臺、建筑物外立面等）提前獲取、批量獲取、科學獲取，與各行業(yè)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，按照資源產(chǎn)權(quán)屬性形成詳實的微站站址資源庫。

d）通過對室分重點場景樓宇（地鐵、鐵路、高速公路、機場、車站、碼頭、大型場館等）和其他各類樓宇的清查，基于共建共享部署策略，積極與相關(guān)業(yè)主聯(lián)系，提前獲取業(yè)主建設(shè)許可，形成5G室分樓宇庫。

第2 階段：將目標宏站和微站資源全量納入城鄉(xiāng)總體規(guī)劃，由鐵塔公司作為行業(yè)統(tǒng)籌單位，依據(jù)微站站址涉及的各類社會公共資源產(chǎn)權(quán)歸屬，與資源管理部門簽署框架協(xié)議。

a）將目標站址全量納入城鄉(xiāng)總體規(guī)劃，具體包括提前與城鄉(xiāng)規(guī)劃局協(xié)商溝通，擬定規(guī)劃報批具體流程；按照報批流程，與規(guī)劃勘測設(shè)計院溝通確定規(guī)劃方案、制訂細節(jié)和費用合同；安排鐵塔設(shè)計院介入，修訂規(guī)劃方案；修訂方案后，協(xié)助規(guī)劃勘測設(shè)計院報批城鄉(xiāng)規(guī)劃方案；以政府正式批文和專項規(guī)劃圖紙作為完整納入依據(jù)。

b）與資源管理部門簽訂框架協(xié)議，包括屬地分公司鐵塔綜合部門以專項規(guī)劃成果作為依據(jù)，找各行業(yè)社會公共資源產(chǎn)權(quán)單位簽署框架協(xié)議，獲取資源開放支持；以統(tǒng)談統(tǒng)簽或統(tǒng)談分簽方式，建立市場化合作模式；資源獲取以各資源管理部門的正式框架協(xié)議為依據(jù)。

3 5G配套需求應(yīng)對方案

5G 引入新型Massive MIMO 多天線技術(shù)，天線數(shù)增至64 根或更多，用多個小功率的功放連接各個天線端口，功率轉(zhuǎn)化效率較低，而自適應(yīng)的波束調(diào)整也帶來了額外的功率消耗，目前Massive MIMO 設(shè)備的能化效率僅15%左右，一臺射頻設(shè)備功耗最高可達到1 500～2 000 W；此外，多天線應(yīng)用使得對基站基帶處理能力和功耗要求也倍增，5G 單BBU 設(shè)備功耗是當前4G 的2～3 倍，S111 配置下單站最高功耗可達到6 000～7 000 W。基站處理能力倍增，對應(yīng)設(shè)備能耗增大，對基站機房的要求將進一步提高［4］。

此外，天線數(shù)目的增多將使用大量的饋線，傳統(tǒng)“RRU+天線”的線性天線陣列不適合5G 系統(tǒng)，因此，5G 采用射頻模塊與天線系統(tǒng)相結(jié)合的有源天線系統(tǒng)（AAS），將傳統(tǒng)的RRU 和天線合并為一體化AAU 設(shè)備，相比傳統(tǒng)4G 設(shè)備，5G AAU 體積也有所增加，對天面安裝條件要求更高。當前階段，應(yīng)借鑒5G試驗網(wǎng)組網(wǎng)建設(shè)經(jīng)驗，提前建立5G 配套改造標準，包括塔桅/天面、電源配套、外電等方案體系。下面以某地區(qū)利用某廠商設(shè)備開展5G 試點為例，組網(wǎng)AAU 設(shè)備功耗1 700 W，尺寸890 mm×490 mm×142 mm，傳輸設(shè)備功耗800 W，BBU 設(shè)備功耗1 800 W，總結(jié)5G 配套改造方案。

3.1 5G塔桅及天面方案

從該試驗網(wǎng)建設(shè)情況來看，5G 需重點關(guān)注共享站點的AAU掛高和美化外罩尺寸大小問題。

3.1.1 改造需求分析

美化外罩尺寸需求：下傾角需求±20°、方位角滿足360°時，美化罩規(guī)格（長×寬）為1 300 mm×1 300 mm；下傾角需求±30°、方位角滿足360°時，美化罩規(guī)格（長×寬）為1 600 mm×1 600 mm；同時要求美化罩前后的通透率應(yīng)大于60%且上下通透無遮擋。

天線掛高需求：根據(jù)鏈路測算，為保證測試效果最優(yōu)化，5G AAU 掛高不應(yīng)低于20 m。如采用NSA 組網(wǎng)時，4G與5G系統(tǒng)垂直距離不超過5 m。

3.1.2 塔桅改造應(yīng)對

美化外罩應(yīng)對措施：對于地面美化塔站點，需統(tǒng)一拆除美化外罩，確保AAU 的安裝以及后期方位角和下傾角的調(diào)整；對于樓面美化方柱站點，由于1 300 mm×1 300 mm 美化外罩過大，對施工和物業(yè)協(xié)調(diào)帶來較大困難，因此建議選用800 mm×800 mm外罩。

天線桂高應(yīng)對措施：對于樓面站，為5G 基站獨立新建配重支架或美化外罩，以保證5G AAU 的掛高和安裝空間要求；對于地面站，若平臺已占滿或空余平臺掛高不足，則通過合路改造，將運營商原有天饋系統(tǒng)合路，騰出空余天線支架，將最優(yōu)位置用于5G AAU的安裝。

3.2 電源及配套方案

3.2.1 電源設(shè)備方案

3.2.1.1 改造需求分析

按照3+4 h（無線+傳輸）的備電要求，SA 站點（含傳輸）配置600 Ah 鋰電池，NSA 站點（含傳輸）配置800 Ah鋰電池。

根據(jù)設(shè)備功耗測算結(jié)果，SA 站點（含傳輸）配置250 A 開關(guān)電源模塊，NSA 站點（含傳輸）配置300 A 開關(guān)電源模塊。

3.2.1.2 應(yīng)對解決方案

對于機房空間充裕站點，建議直接新增梯次電池；同時開關(guān)電源為300 A 以下時，新增一套開關(guān)電源系統(tǒng)單獨給5G 設(shè)備使用（機房站點建議配置600 A 型號組合開關(guān)電源，迷你機房配置300A型號嵌入式開關(guān)電源），滿足5G配套電源需求。

對于機房空間緊張站點，將現(xiàn)有鉛酸電池替換為梯次電池；同時開關(guān)電源為300 A 以下時，將原300 A開關(guān)電源替換為600 A 開關(guān)電源，滿足5G 配套電源需求。

3.2.2 機房空間改造方案

3.2.2.1 改造需求分析

每增加1套5G 系統(tǒng)，按照3+4 h的備電需求，電池倉需要增加600～800 Ah的梯級電池安裝位置。

每增加1 套5G 系統(tǒng)，設(shè)備倉需要10 U 的安裝空間，其中BBU占用3 U空間，傳輸設(shè)備占用5 U空間，散熱預留2 U空間。

3.2.2.2 應(yīng)對解決方案

對于有機房站址，判斷其具有空余10 U 的機柜位（含壁掛），如空余機柜位滿足安裝需求則直接利舊，如不滿足則通過合理調(diào)整機房空間（拆除停用設(shè)備，設(shè)備整合等），騰出空余空間新增綜合柜用于安裝5G設(shè)備。

對于一體化機柜及無機房站址，通過新增或原址更換4倉迷你機房的方式進行共享改造。

3.2.3 通風散熱系統(tǒng)方案

3.2.3.1 改造需求分析

根據(jù)基站空調(diào)熱負荷計算公式Q12=K×（Q1×1.06+Q2）得出：每新增1 套5G 系統(tǒng)，需新配置1.5P 的空調(diào)來滿足散熱需求。

3.2.3.2 應(yīng)對解決方案

普通宏站根據(jù)熱負荷計算公式測算增加5G 系統(tǒng)后的熱負荷情況，根據(jù)實際測算結(jié)果加裝或更換制冷量更大的空調(diào)。

由于室外機柜的門板式空調(diào)制冷量只有1～1.5 kW，且室外機柜空間小無法加裝或更換空調(diào)，所以對于一體化機柜及無機房站址，優(yōu)先通過新增或原址更換迷你機房的方式，新增1.5P 的民用空調(diào)，解決室外機柜散熱問題。

3.3 外電需求分析

機房市電容量需求主要受設(shè)備功耗、電池充電功耗、空調(diào)功耗影響。從前文主設(shè)備功耗來看，5G 每系統(tǒng)所需容量為5.4 kW（SA）～7 kW（NSA），按照3+4 h備電要求考慮，充電功率為2.8～3.8 kW；5G 基站空調(diào)總熱負荷約3.25 kW，需要配置制冷量3.75 kW（1.5P）空調(diào)，制冷功率約為1.125 kW，由此，每套5G 系統(tǒng)需要6.5～7.5 kW，考慮電池充電功率和空調(diào)照明功耗，建議配置12～15 kVA市電容量。

4 結(jié)束語

本文對未來5G 站址資源儲備策略和無線配套方案標準進行研究。關(guān)于5G站址儲備，建議獲取政策及社會資源支持，一方面加強與政府及行業(yè)主管部門的溝通協(xié)調(diào)，主動建立良好關(guān)系，依托政府及行業(yè)主管單位的政策支持，積極營造利于5G規(guī)劃建設(shè)的外部條件；另一方面積極跟進5G 技術(shù)發(fā)展，開展目標網(wǎng)站址資源規(guī)劃，形成完整的規(guī)劃資源儲備“四庫”，同時將站址庫全量納入城鄉(xiāng)總體規(guī)劃，由鐵塔公司作為行業(yè)統(tǒng)籌單位，依據(jù)站址資源庫涉及的各類社會公共資源產(chǎn)權(quán)歸屬，與資源管理部門簽署框架協(xié)議。提前形成5G 配套方案標準，通過參與運營商5G 試驗網(wǎng)建設(shè)，總結(jié)5G 組網(wǎng)中包括塔桅天面、電源及配套、外電引入等方面方案要求，依托建設(shè)實施中深入挖掘存量資源的能力，積極推進新技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，形成5G 建設(shè)配套方案標準體系，為5G大規(guī)模商用建設(shè)提供參考價值。