5G發(fā)展對未來塔桅資源建設(shè)的影響

郝奇峰，張豪誠

（1.中國鐵塔股份有限公司延安市分公司，陜西 延安 716000；2.華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

1 5G無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

1.1 高頻通信

目前，中國移動(dòng)、中國電信以及中國聯(lián)通已經(jīng)成功取得5G中低頻段試驗(yàn)頻率使用許可。其中，中國移動(dòng)獲取的頻段為2 515～2 675 MHz、4.8～4.9 GHz，共計(jì)260 MHz。中國電信為3.4～3.5 GHz，共計(jì)100 MHz；中國聯(lián)通為3.5～3.6 GHz，共計(jì)100 MHz。相較于4G，5G速度得到了顯著提升。理論顯示，無線電工作頻率越高，波長就會(huì)越短，衰落也會(huì)更明顯，也就不具備較強(qiáng)穿透性，且傳輸距離不會(huì)太長[1]。

1.2 超密集組網(wǎng)

5G網(wǎng)絡(luò)在峰值速率上要求超過10 Gb/s，需要依靠UDN即超密集網(wǎng)絡(luò)部署實(shí)現(xiàn)。UDN基站間距不大，其中在局域網(wǎng)中站間距將減少到10～20 m。在基站數(shù)量增加后，站點(diǎn)數(shù)量需要隨之增加。預(yù)測顯示，每平方千米增加的站點(diǎn)數(shù)量達(dá)到近百個(gè)。在特定區(qū)域中會(huì)有大量小功率微基站，且微基站的位置要做到方便和合理。

1.3 大規(guī)模天線技術(shù)

大規(guī)模天線（Massive MIMO）技術(shù)是5G至關(guān)重要的候選技術(shù)之一，可以通過增加基站天線數(shù)量來提升頻譜利用率。另外，在未對基站射頻器件產(chǎn)生巨大改變的前提下，大規(guī)模天線技術(shù)可以有效提升小區(qū)吞吐量和用戶峰值速率。當(dāng)前技術(shù)發(fā)展背景下，5G網(wǎng)絡(luò)在大規(guī)模天線技術(shù)的應(yīng)用方面，主要以64T64R、集合無線射頻單元（RRU）以及三維多入多出（3D—MIMO）天線的有源天線單元（AAU）設(shè)備為主[2]。

1.4 CU/DU分離

為了滿足運(yùn)行要求，降低承載網(wǎng)帶寬，需要對CU/DU功能進(jìn)行優(yōu)化。對于基帶處理單元BBU，在功能實(shí)體上主要被重構(gòu)為分布單元和集中單元兩個(gè)單元。具體地，CU處理無線網(wǎng)PDCP層以上為無線協(xié)議棧功能，以下則屬于無線協(xié)議功能。根據(jù)國家規(guī)定，為了縮短周期和降低施工難度，在5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展上一般采用CU/DU合設(shè)的方式[3]。

2 5G網(wǎng)絡(luò)部署中配套設(shè)施迎來的挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡(luò)部署中配套設(shè)施主要有電源配套、天面空間、BBU安裝空間以及前傳資源等。在全面拓展5G網(wǎng)絡(luò)部署覆蓋面的同時(shí)，需深入開展技術(shù)應(yīng)用，重視超密集組網(wǎng)與5G高頻通信的需求，因此上述設(shè)施資源面臨著巨大挑戰(zhàn)。

2.1 電源配套面臨的挑戰(zhàn)

鑒于5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與2G、3G以及4G公用一個(gè)基站部署，應(yīng)當(dāng)在當(dāng)前基站電源基礎(chǔ)上新增用電負(fù)荷。在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展背景下，我國從事5G試驗(yàn)的廠家主要包含中興、愛立信、華為以及大唐等。目前，各家都已經(jīng)建立了大規(guī)模天線基站（Massive MIMO），與在3GPP R15版本下的CU和DU+AAU形態(tài)高度符合。具體而言，華為單站功耗可達(dá)4 850 W，中興單站功耗可達(dá)9 600 W，大唐單站功耗可達(dá)6 950 W，愛立信單站功耗可達(dá)5 300 W。相關(guān)資料顯示，5G設(shè)備相較于4G設(shè)備會(huì)存在更大功耗，通常能夠達(dá)到4G設(shè)備的近3倍。隨著各家廠商的技術(shù)研發(fā)，這一數(shù)據(jù)的數(shù)值會(huì)不斷優(yōu)化。此類功耗過高的設(shè)備，將會(huì)為部署建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)增加難度[4]。

2.2 天面空間面臨的挑戰(zhàn)

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為了加強(qiáng)共建共享的程度，防止建設(shè)過于重復(fù)而導(dǎo)致浪費(fèi)資源，三家供應(yīng)商共同商議建立了鐵塔公司。相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，如果城區(qū)較為密集或者處在一些重要城鎮(zhèn)，一個(gè)天面站點(diǎn)由3家運(yùn)營商共用的情況占比超過了70%，其中超過87%的站點(diǎn)天面空間無法實(shí)現(xiàn)利舊。

2.3 BBU空間面臨的挑戰(zhàn)

目前，各大運(yùn)營商開始部署超密集組網(wǎng)。與以往的4G相比，BBU規(guī)模更大，且重要節(jié)點(diǎn)需要將BBU機(jī)房數(shù)量設(shè)置在50以上。因此，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)在部署5G網(wǎng)絡(luò)前排查機(jī)房情況，結(jié)合具體業(yè)務(wù)密度、傳輸網(wǎng)絡(luò)需求以及機(jī)房情況等科學(xué)規(guī)劃BBU機(jī)房，盡可能靠近業(yè)務(wù)區(qū)域。調(diào)查顯示，對于BBU機(jī)房綜合機(jī)柜，可利用部分僅20%，80%利用空間不足[5]。

2.4 前傳資源面臨的挑戰(zhàn)

在5G接入承載架構(gòu)時(shí)，典型5G BBU在建設(shè)方式上主要以集中式無線接入網(wǎng)（C-RAN）和分布式無線接入網(wǎng)（D-RAN）為主。在承載方式上，5G網(wǎng)絡(luò)可分成前傳、中傳以及回傳。具體而言，前傳為AAU到DU，中傳為DU到CU，回傳為CU到CN（核心網(wǎng)）。

對5G無線網(wǎng)絡(luò)而言，鑒于站點(diǎn)密度和數(shù)量較大，最開始在3G/4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，即使利用宏站覆蓋的區(qū)域，也需要通過微站完成覆蓋任務(wù)。此類站點(diǎn)中的大多數(shù)，在位置上都處在原先傳輸光纜無法到達(dá)的地帶，因此為了實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)全面部署，針對前傳所需光纖資源，能否達(dá)到建站位置的標(biāo)準(zhǔn)，是運(yùn)營商值得深入考慮的問題[6]。

3 5G建設(shè)對配套設(shè)施的影響

5G運(yùn)行將會(huì)在技術(shù)上為通信系統(tǒng)運(yùn)營穩(wěn)定性帶來更大挑戰(zhàn)。如果異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件為超密集型，則應(yīng)當(dāng)在建設(shè)基站階段充分考慮區(qū)域低功率節(jié)點(diǎn)數(shù)量，從而縮小區(qū)域信號傳輸半徑。在5G投入運(yùn)營后，需致力于縮短移動(dòng)終端設(shè)備和信號節(jié)點(diǎn)之間的距離，以提升通信信號質(zhì)量和傳輸功率。

5G網(wǎng)絡(luò)可以在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的支持下，需實(shí)現(xiàn)對區(qū)域的深度覆蓋，從而達(dá)到吸收區(qū)域熱點(diǎn)的目的。具體而言，Small Cell在功率、體積以及部署方面的重要優(yōu)勢，普遍得到了通信運(yùn)營企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。在5G技術(shù)飛速發(fā)展的社會(huì)背景下，塔桅與機(jī)房配套設(shè)施會(huì)傾向從傳統(tǒng)的“機(jī)房+大塔桅”逐漸向“室外一體化機(jī)柜+小塔桅”轉(zhuǎn)變[7]。

與此同時(shí)，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的微型化也是未來技術(shù)發(fā)展的大勢所趨。尤其基于5G技術(shù)，未來基站也很可能發(fā)展成隱形基站。相較4G時(shí)代，5G在運(yùn)行基站總數(shù)上也會(huì)有巨大提升。在5G技術(shù)建設(shè)階段，應(yīng)當(dāng)整合行業(yè)優(yōu)勢資源，從而為以后5G技術(shù)的建設(shè)、運(yùn)營、檢修以及維護(hù)提供便利。

4 5G基站規(guī)劃建設(shè)難點(diǎn)

4.1 5G基站規(guī)劃難點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)在很長一段時(shí)間和2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)以及4G網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出多網(wǎng)共存的局面。相較于現(xiàn)階段3G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)會(huì)在網(wǎng)絡(luò)天線需求量、基站能耗負(fù)荷以及基站面臨處理增益方面提出更高的要求，無線端口接入段基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也會(huì)更難。同時(shí)，在提升網(wǎng)絡(luò)頻率方面，高速無線傳輸技術(shù)多樣并存的要求導(dǎo)致了基站覆蓋范圍弱化，使得原有4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面臨的選址困難問題更加突出。

5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃在技術(shù)上可以以分布式基站（DU+AAU）為主，使網(wǎng)絡(luò)不會(huì)受制于機(jī)房數(shù)量。與此同時(shí)，集中放置DU，AAU遠(yuǎn)端放置在支撐桿與天面處，可降低物業(yè)協(xié)調(diào)難度。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)資源共享。實(shí)踐中，很多運(yùn)營商未能統(tǒng)一覆蓋目標(biāo)，因此在站址規(guī)劃上造成了巨大的資源浪費(fèi)。這就要求運(yùn)營商在規(guī)劃基站的同時(shí)，重視基站共建共享水平[8]。

4.2 5G基站建設(shè)站址難點(diǎn)

我國移動(dòng)、聯(lián)通以及電信三大運(yùn)營商與鐵塔公司應(yīng)當(dāng)充分利舊存量站址資源。對新建站址來說，應(yīng)當(dāng)做好通信基礎(chǔ)設(shè)施與5G站址的規(guī)劃統(tǒng)籌工作，最大程度地爭取政府力量，高度融合城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃目標(biāo)。尤其是在會(huì)展中心、高鐵、火車站、機(jī)場以及城市地鐵的大型公共設(shè)施建設(shè)中，政府有關(guān)建設(shè)單位一定要和通信設(shè)施整體規(guī)劃高度結(jié)合，為5G基站與機(jī)房等設(shè)施預(yù)留出足夠的空間。

5G建設(shè)具有投資大和回報(bào)周期長的特征，鐵塔公司與三家運(yùn)營商統(tǒng)一聯(lián)合，統(tǒng)一對站址進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)，可有效提升共享共建水平。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)資源的共享性，加強(qiáng)社會(huì)資源的優(yōu)化配置，在監(jiān)控、路燈以及交通指示塔桅上實(shí)現(xiàn)共建共享，促進(jìn)5G通信微站建設(shè)，達(dá)到資源利用的多桿合一。此外，由政府引導(dǎo)，加強(qiáng)輻射的無害宣傳，完善標(biāo)準(zhǔn)制度。在此基礎(chǔ)上，政府應(yīng)當(dāng)重視出臺(tái)政策文件，落實(shí)監(jiān)督檢查工作，保障通信基礎(chǔ)設(shè)施的落地[9]。

4.3 5G基站DU集中機(jī)房難點(diǎn)

DU設(shè)備具有較大功耗，最大可以達(dá)到1 000 W。在考慮典型功耗時(shí)，可以按照500 W為標(biāo)準(zhǔn)。AAU典型功耗應(yīng)當(dāng)按800 W考慮。集中放置5G DU的位置是匯聚機(jī)房，在電源配套、機(jī)房空間、機(jī)位以及電池續(xù)航能力等問題的規(guī)劃上，將會(huì)迎來巨大挑戰(zhàn)。接入機(jī)房規(guī)劃應(yīng)當(dāng)至少考慮20～30個(gè)5G邏輯站，需要匹配2～3個(gè)對應(yīng)機(jī)柜。在傳輸需求上，5G的傳輸速率可達(dá)到100 Gb/s，如果一個(gè)區(qū)域接入了較多綜合業(yè)務(wù)，則該區(qū)域應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增設(shè)波分與IPRANX8設(shè)備。在此情況下，大型綜合接入機(jī)房應(yīng)當(dāng)至少留出3個(gè)機(jī)位空間，小型綜合接入機(jī)房為2個(gè)機(jī)位空間。通常情況下，DU集中機(jī)房應(yīng)當(dāng)至少留出1個(gè)機(jī)位空間[10]。

4.4 5G基站光纜資源需求難點(diǎn)

AAU上聯(lián)纖芯6芯，無法達(dá)到級聯(lián)模式單站6芯的要求。但是，站址規(guī)模問題上，5G可達(dá)到4G的1.5倍。按照20～30個(gè)邏輯站的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)估，在消耗資源上，預(yù)計(jì)會(huì)消耗120～180芯，且主干光纜資源也有巨大消耗量。5G網(wǎng)絡(luò)布局的影響因素，還包含桿路、容量、管道以及光纜布局等。

4.5 5G基站傳輸容量需求難點(diǎn)

5G基站DU接口帶寬10GE，傳統(tǒng)10GE環(huán)無法達(dá)到5G在通信傳輸方面的要求。在規(guī)劃初期，單邏輯站需要10GE接口，后期需要提供25GE和50GE的接口。因此，中興、華為等廠商的設(shè)備也需要進(jìn)行替換和升級，所以無論在設(shè)計(jì)和投資規(guī)模上都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面考慮。

5 未來塔桅資源建設(shè)的發(fā)展趨勢

移動(dòng)通信塔桅從最初的落地角鋼塔、樓頂角鋼塔到向樓頂拉線塔、單管塔，發(fā)展到如今路燈塔、景觀塔以及三管塔等。塔桅建設(shè)逐步實(shí)現(xiàn)了實(shí)效化，在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用性更強(qiáng)。很多通信公司受到啟發(fā)，也在建設(shè)通信塔桅階段實(shí)現(xiàn)了路燈桿和監(jiān)控桿的搭建。伴隨著市政建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，很多城市中的標(biāo)志性建筑都在不斷拔地而起，景觀塔就是其中較為常見的塔桅建筑。相關(guān)資料顯示，2015年后，很多公司在塔桅開發(fā)上都以共享共建模式為主，平臺(tái)層數(shù)都是三層或三層以上，實(shí)現(xiàn)了通信企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的共贏[11-12]。

6 結(jié) 論

5G技術(shù)未來將會(huì)為塔桅建設(shè)帶來較大挑戰(zhàn)，因此項(xiàng)目建設(shè)部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的共享性，擴(kuò)大無線通信的覆蓋范圍，提升塔桅建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。