5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃思路及要點(diǎn)研究

1 引言

移動(dòng)通信從滿足人與人之間語音通信開始，歷經(jīng)幾十年、幾代人的努力，到今天拓展為人、機(jī)、物之間語音與數(shù)據(jù)通信互為并行的5G時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了“信息隨心至，萬物觸手及”的時(shí)代愿景，給社會(huì)省會(huì)帶來了深刻變革。基于5G發(fā)展背景，人的生活、工作、學(xué)習(xí)、以及工業(yè)生產(chǎn)等各方面差異化需求挑戰(zhàn)，5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展必須做到更精準(zhǔn)、更細(xì)致、更經(jīng)濟(jì)，合理部署和發(fā)展5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以滿足行業(yè)和個(gè)人用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、業(yè)務(wù)容量、寬帶業(yè)務(wù)、連接數(shù)量、可移動(dòng)性、穩(wěn)定性等各方面的性能要求。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的前提。2019年6月，工信部發(fā)放4張5G牌照，電信運(yùn)營企業(yè)在各自頻譜允許范圍內(nèi)發(fā)展建設(shè)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。不同與以往主要針對(duì)個(gè)人業(yè)務(wù)的移動(dòng)通信，5G網(wǎng)絡(luò)更加注重個(gè)人用戶與行業(yè)客戶并行，向垂直行業(yè)市場拓展。面對(duì)不同的發(fā)展思路、業(yè)務(wù)需求，以及企業(yè)自身數(shù)字化服務(wù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變的現(xiàn)實(shí)，要求基礎(chǔ)電信運(yùn)營企業(yè)必須做好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，明確規(guī)劃重點(diǎn)，以確保工程建設(shè)符合發(fā)展要求。

2 5G應(yīng)用場景

根據(jù)ITU（國際電信聯(lián)盟）建議，5G業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、mMTC（海量機(jī)器連接）和URLLC（低時(shí)延高可靠性）三大應(yīng)用場景。

2.1 eMBB場景

主要指在現(xiàn)有移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)場景基礎(chǔ)上，提供更高速率和更大帶寬接入能力，進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)等性能。其中連續(xù)廣域覆蓋要求達(dá)到100 Mb/s、移動(dòng)性滿足500 km/h，熱點(diǎn)高容量場景用戶體驗(yàn)達(dá)到1 Gb/s、峰值20 Gb/s。典型應(yīng)用為高清視頻、AR/VR等。

2.2 mMTC場景

主要指面向大規(guī)模海量連接數(shù)據(jù)包，多應(yīng)用于連接密度高的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。其萬物互連數(shù)將達(dá)到100萬個(gè)/km2。典型應(yīng)用為智能家居、可移動(dòng)穿戴設(shè)備等。

2.3 URLLC場景

主要指低時(shí)延高可靠性應(yīng)用。典型應(yīng)用為無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等時(shí)延及可靠性要求較高的場合。

3 網(wǎng)路架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前，我國5G組網(wǎng)方式分為SA和NSA兩種。NSA適用于快速部署5G網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實(shí)需求，用4G演進(jìn)空口滿足一般的廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量和低功耗大容量業(yè)務(wù)，5G低頻新空口用于連續(xù)廣域覆蓋和低功耗大連接業(yè)務(wù)，5G高頻新空口用于連接熱點(diǎn)高容量場景。

5G網(wǎng)絡(luò)基站5G RAN架構(gòu)均從4G/LTE的BBU/RRU兩級(jí)結(jié)構(gòu)演進(jìn)為CU/DU/AAU三級(jí)結(jié)構(gòu)?；静渴鹬锌梢詫?G基站劃分為CU-DU合并部署、CU云化-DU分布式部署和CU云化-DU集中部署三種方式。5G網(wǎng)絡(luò)部署過程中，需根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求、環(huán)境條件等，采取多樣化部署方式來保障網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及業(yè)務(wù)需求。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

新的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，無線網(wǎng)中應(yīng)用了超密集組網(wǎng)、大規(guī)模MIMO、全新多址策略、全自由雙工通信、共享頻譜策略等多種新技術(shù)，主要核心技術(shù)上需要新的突破，以滿足5G性能要求。

3.2.1 超密集組網(wǎng)

由于5G網(wǎng)絡(luò)使用的頻譜較高，相應(yīng)的波長較短、穿透力較弱等現(xiàn)實(shí)缺陷，面對(duì)大型寫字樓、大型商場、體育館等人口密集場所，就必須增大組網(wǎng)密度，提升頻譜復(fù)用效率，從而達(dá)到局部熱點(diǎn)系統(tǒng)容量的極大提升。通過接入與回傳整合技術(shù)、區(qū)域虛擬化設(shè)計(jì)，以及抗干擾與抑制技術(shù)相結(jié)合的手段得以實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 全頻譜接入

在5G新型演進(jìn)型空口技術(shù)下，通過3D-MIMO、載波聚合、高階調(diào)制與多用戶干擾消除等技術(shù)提高了頻譜效率和峰值速率，從而達(dá)到建設(shè)以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)模式。頻段接入使用上，區(qū)分低于6 GHz和高于6 GHz兩個(gè)頻譜段，混合利用全頻譜接入。

3.2.3 靈活無線資源管理

在無線資源總量一定的情況下，可通過網(wǎng)絡(luò)切片等虛擬技術(shù)，切除多個(gè)虛擬端到端平面，配置管理切片、轉(zhuǎn)發(fā)切片、控制切片功能，實(shí)現(xiàn)無線資源的靈活管理。同時(shí)，采用授權(quán)和非授權(quán)的頻譜聚合技術(shù)，在全面分析頻譜質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行特征、系統(tǒng)共存等具體情況，實(shí)施不同用戶需求的合理控制，從而達(dá)到提高無線資源靈活合理運(yùn)用的目的。

4 4網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

4.1 規(guī)劃思路

從以上分析可以看出，5G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟需要不斷的完善和優(yōu)化，4G網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)必將長期共存、有效協(xié)同。面對(duì)個(gè)人和行業(yè)用戶的不同需求，特別是垂直行業(yè)融合，規(guī)劃工作必須堅(jiān)持業(yè)務(wù)需求為目標(biāo)，堅(jiān)持結(jié)果導(dǎo)向和問題導(dǎo)向，按業(yè)務(wù)需求、區(qū)域類型進(jìn)行分階段實(shí)施和規(guī)劃。

整體統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)工作?？焖俨渴?G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，形成先期以NSA與SA并存，最終實(shí)現(xiàn)SA單獨(dú)運(yùn)行的目標(biāo)。超高流量、超密集人群等區(qū)域，優(yōu)先解決數(shù)據(jù)需求與網(wǎng)絡(luò)容量瓶頸之間的矛盾；再根據(jù)業(yè)務(wù)量增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)行針對(duì)性網(wǎng)絡(luò)部署，并在推進(jìn)過程中不斷調(diào)整優(yōu)化建設(shè)方案。同時(shí)，面對(duì)5G基站部署密度遠(yuǎn)高于4G基站密度的現(xiàn)實(shí)，要充分調(diào)研掌握網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和可行優(yōu)化方案，以便網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與工程實(shí)施相互銜接推進(jìn)。

創(chuàng)新與綠色發(fā)展并存。以5G網(wǎng)絡(luò)部署為契機(jī)，積極爭取社會(huì)桿塔資源共享的同時(shí)，深入分析資源現(xiàn)狀，對(duì)存量站點(diǎn)進(jìn)行可行性研究，對(duì)內(nèi)部資源挖掘整合，梳理可用存量站點(diǎn)，按照綠色、開放、共享的要求，做到共建共享。嚴(yán)格控制工程造價(jià)總額，精準(zhǔn)編制天面、機(jī)房、電源等擴(kuò)容需求，可適當(dāng)引入多頻天線、梯次電池、拼接機(jī)房等解決方案，確保5G建設(shè)方案落地生根。

4.2 規(guī)劃流程

與以往的通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃類似，規(guī)劃流程大致分為規(guī)劃準(zhǔn)備、預(yù)規(guī)劃和詳細(xì)規(guī)劃三個(gè)階段。結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和定位，要重點(diǎn)關(guān)注其高密度、大容量、快速移動(dòng)接入等性能指標(biāo)要求。

規(guī)劃準(zhǔn)備階段，要對(duì)規(guī)劃工作中需要用到的規(guī)劃手段方法進(jìn)行歸納和總結(jié)，并對(duì)工具、軟件、市場需求進(jìn)行資料準(zhǔn)備。

預(yù)規(guī)劃階段，明確具體規(guī)劃目標(biāo)，對(duì)覆蓋的范圍和容量進(jìn)行預(yù)估，運(yùn)用頭腦風(fēng)暴和規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)，找出方向性指標(biāo)，避免具體規(guī)劃的盲目性。

詳細(xì)規(guī)劃階段，以前兩個(gè)階段的工作數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過軟件模擬、實(shí)地測試等手段，對(duì)站址、參數(shù)等進(jìn)行規(guī)劃，觀測規(guī)劃效果，以期達(dá)到規(guī)劃的技術(shù)上可行性、經(jīng)濟(jì)上合理性目標(biāo)。

4.3 規(guī)劃要點(diǎn)

4.3.1 覆蓋規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)覆蓋的效果，直接表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)用戶感知。覆蓋效果較好的區(qū)域，能使用戶感知網(wǎng)絡(luò)高速率、低時(shí)延和高清晰度。與4G覆蓋規(guī)劃類似，規(guī)劃初期通過已有市場需求、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，配合個(gè)人用戶和行業(yè)用戶價(jià)值區(qū)域數(shù)據(jù)，確定規(guī)劃目標(biāo)區(qū)域范圍。相較于4G，5G高頻段通信易出現(xiàn)傳波損耗大、信號(hào)繞射及反射能力差、大尺度衰落明顯、上下行鏈路不平衡和雨衰影響大等缺點(diǎn)，對(duì)于一些商場、車站等重點(diǎn)人員密集區(qū)域，要深度考慮廣覆蓋、深覆蓋和干擾抑制問題。對(duì)于部分基站存在塔下黑、高層信號(hào)弱和污染等問題，要充分利用5G中大規(guī)模天線（Massive MIMO）支持水平和垂直兩個(gè)方向波束賦型優(yōu)勢，慎重選擇天線參數(shù)，以便解決覆蓋死角問題。

目標(biāo)區(qū)域范圍的選擇，可采用鏈路預(yù)算的方式基于已有4G相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，測試出業(yè)務(wù)需求速率的5G覆蓋能力預(yù)估值。鏈路預(yù)算過程中，依據(jù)區(qū)域業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)速率目標(biāo)，計(jì)算出各種業(yè)務(wù)在服務(wù)質(zhì)量要求下能實(shí)現(xiàn)的最大路徑耗損，再將數(shù)值代入到區(qū)域傳播模型計(jì)算公式，從而獲取該區(qū)域每種業(yè)務(wù)覆蓋半徑。為保證測試的覆蓋范圍的有效性，取計(jì)算業(yè)務(wù)覆蓋半徑的最小值最為最終目標(biāo)區(qū)域范圍。

面對(duì)全頻段多接入的5G網(wǎng)絡(luò)，要針對(duì)不同頻段（高頻度、低頻段）選用不同的計(jì)算模型。不同場景不同的判定選擇，要充分發(fā)揮規(guī)劃人員的經(jīng)驗(yàn)，盡可能的靠近理想數(shù)值，以期達(dá)到理想效果。

4.3.2 容量規(guī)劃

由于5G網(wǎng)路基站覆蓋較小，對(duì)于容量規(guī)劃工作，需要深入研究每一個(gè)待建設(shè)區(qū)域市場和業(yè)務(wù)需求，利用已有頻段、帶寬、時(shí)隙配比等參數(shù)，參照區(qū)域用戶預(yù)測模型，預(yù)估基站數(shù)，進(jìn)而計(jì)算得出容量規(guī)劃選擇結(jié)果。

由于5G尚沒有一個(gè)成熟的業(yè)務(wù)模式可以借鑒，規(guī)劃初期，可參照4G個(gè)人用戶和行業(yè)用戶的規(guī)模，綜合分析行業(yè)滲透和企業(yè)競爭情況，預(yù)測可能的業(yè)務(wù)量?；跇I(yè)務(wù)預(yù)測總量，同時(shí)考慮可能的平均速率需求，在業(yè)務(wù)模型中測算可能的區(qū)域基站數(shù)，將各種不同業(yè)務(wù)類型的基站數(shù)求和，即可得出全區(qū)域容量。

4.3.3 站址規(guī)劃

由于5G網(wǎng)絡(luò)本身頻譜分布、超密集組網(wǎng)特點(diǎn)，需要大量的基站部署，以滿足三大場景應(yīng)用的需要。同時(shí)5G建設(shè)初期NSA方式的大量應(yīng)用，使得5G基站與原有基站的互補(bǔ)共用、不同運(yùn)營企業(yè)共建共享等將不可避免。

站址規(guī)劃時(shí)，首先要分析現(xiàn)有存量站址、可利舊整合的基站資源，數(shù)據(jù)分析和實(shí)地踏勘相結(jié)合，尋求滿足空間、電力、接地、安全防護(hù)、承重以及其他基礎(chǔ)設(shè)施條件要求，盡可能準(zhǔn)確的站址位置。其次要根據(jù)現(xiàn)場條件選擇最佳的射頻天線掛高、水平隔離、垂直隔離、方向角、拉遠(yuǎn)距離等基站參數(shù)，以確?；窘ㄔO(shè)與使用維護(hù)相協(xié)調(diào)，真正滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的高速率、廣覆蓋、大容量的5G需求。

5 結(jié)束語

5G網(wǎng)絡(luò)已從愿景暢想、場地測試以及相關(guān)宏觀愿景層面真正走向了用戶級(jí)應(yīng)用階段。目前，國內(nèi)幾大電信運(yùn)營企業(yè)正如火如荼的建設(shè)部署5G網(wǎng)絡(luò)，要著實(shí)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署工作，首先要從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展大局角度出發(fā)，做好整體規(guī)劃；其次從基本理論技術(shù)特征、應(yīng)用場景和現(xiàn)實(shí)需求角度，認(rèn)真分析論證、模型測算、實(shí)地踏勘，做好微觀層面的規(guī)劃工作，確保網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路、基站部署、設(shè)備選型等，滿足基于5G網(wǎng)絡(luò)承載、面向不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的綠色、開放、共享的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。