廣電700M 5G網絡組網架構及業(yè)務發(fā)展策略研究

王濤 張健 李承基

摘? 要：本文首先介紹了廣電700M 5G網絡的整體組網架構，然后分別從無線接入網、承載網和核心網三個方面闡述了網絡技術架構。接著對廣電700M頻段的優(yōu)劣勢進行分析，在此基礎上，提出廣電700M 5G的業(yè)務發(fā)展策略。

關鍵詞：700MHz;廣電5G;組網架構;業(yè)務發(fā)展策略? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中圖分類號：TN913.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

本文著錄格式：王濤，張健，李承基.廣電700M 5G網絡組網架構及業(yè)務發(fā)展策略研究[J].中國傳媒科技，2020（8）：11-14.

導語

2019年6月6日，工信部向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通和中國廣電發(fā)放5G商用牌照，意味著我國正式進入5G商用元年。作為移動通信領域的新入局者，5G為整個廣電行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇，同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。700MHz頻段作為傳統(tǒng)的廣播電視系統(tǒng)頻段，具有覆蓋范圍廣、穿透能力強等特點，被認為是5G的黃金頻段。2020年4月1日，工信部印發(fā)《關于調整700MHz頻段頻率使用規(guī)劃的通知》（工信部無〔2020〕50號），明確將703-743/758-798MHz頻段規(guī)劃用于頻分雙工（FDD）工作方式的移動通信系統(tǒng)，將有力推動我國5G高、中、低頻協(xié)同發(fā)展的步伐。

本文首先介紹廣電700M 5G網絡架構，包括無線接入網、承載網和核心網三個方面，然后對700MHz頻段進行優(yōu)劣勢分析。在此基礎上，提出廣電700M 5G的業(yè)務發(fā)展策略建議。

1.廣電700M 5G網絡架構

廣電700M 5G網絡架構采用SA Option2組網方案，如圖1所示，包括無線接入網、承載網和核心網等部分。

無線接入網主要采用700MHz+4.9GHz多頻協(xié)同、FDD+TDD協(xié)同組網策略，其中700MHz采用4T4R組網以提高網絡容量和下行帶寬，作為基礎性網絡廣覆蓋;4.9GHz頻段采用64T64R組網增加業(yè)務熱點區(qū)域網絡覆蓋深度和厚度，作為熱點覆蓋網絡。

承載網可以充分利用有線電視傳輸網（國干、省干、城域）來滿足5G承載網的要求。其中國干和省干主要采用N×100G OTN實現(xiàn);城域網包括核心層、匯聚層和接入層三層架構。按組網結構承載網又可分為前傳、中傳和回傳三部分，前傳主要承載AAU/RRU 和DU之間流量、中傳承載DU和CU之間流量、回傳承載CU和核心網之間流量。

核心網部署引入網絡功能虛擬化（NFV）和軟件定義網絡（SDN）等技術，將用戶平面（UP）功能與控制平面（CP）功能分開，可以實現(xiàn)靈活部署，例如集中部署或分布式部署。核心網采用模塊化功能設計，功能可根據(jù)實際業(yè)務場景下沉至核心DC、本地DC和邊緣DC。

1.1無線接入網（5G NR）

如圖2所示，廣電700M 5G NR由一個或多個gNB組成，gNB通過NG接口連接到5GC，其中NG接口為5G NR和5GC之間的接口，gNB之間可以通過Xn接口連接，gNB通過NR新空口向UE提供NR用戶面和控制面的連接。

5G基站采用CU（Centralized Unit，中央處理單元）/DU（Distributed Unit，分布式接入點）分離的架構設計。如圖3所示，CU和DU可根據(jù)實際業(yè)務場景需求靈活部署，有多種無線網絡組網方式，包括傳統(tǒng)的D-RAN、C-RAN及CU云化部署方式。對于廣電5G，CU和DU雖然可以在邏輯上分離，但物理上是不是要分開部署，還應根據(jù)具體業(yè)務的需求而定。

廣電700M 5G網絡以SA為目標架構，前期聚焦eMBB，先進行CU和DU的邏輯劃分，實際還都是運行在同一個基站上。后續(xù)將結合3GPP標準和整個產業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，將積極引入uRLLC和mMTC技術，才會逐步進行CU和DU的物理分離。對于廣電5G網絡的整個建設階段，CU和DU必然是合設與分離這兩種模式共存的。

1.2承載網

如圖4所示，承載網分為前傳、中傳和回傳三部分。5G前傳技術方案包括光纖直連、無源WDM和有源WDM/OTN等。[1]考慮到基站密度的增加和潛在的多頻點組網方案，光纖直驅需要消耗大量光纖，某些光纖資源緊張的地區(qū)難以滿足光纖需求，需要波分設備承載作為補充。[2]D-RAN組網模式下，組網模式簡單，需要的光纖資源少，前傳網絡一般采用光纖直驅方式。C-RAN組網模式，需要的光纖資源較多，前傳網絡一般采用以WDM技術為主的波分復用方案，以節(jié)省光纖資源，也可采用光纖直驅方式。

中/回傳承載技術方案根據(jù)承載技術劃分，可以分為SPN、IPRAN和M-OTN。在進行方案選擇時應充分考慮廣電現(xiàn)網設備，結合廣電700M 5G網絡規(guī)模、網絡投資等綜合比選。

1.3核心網（5GC）

廣電700M 5GC摒棄傳統(tǒng)核心網軟硬件結合的緊耦合設計模式，采用了SBA（Service Based Architecture，基于服務的架構）架構，各NF（Network Function，網絡功能）通過服務化接口對外提供服務，并允許其他NF訪問或調用自身的服務。5GC總體采用虛擬化、服務化架構部署，根據(jù)用戶規(guī)模、傳輸條件、網絡演進等因素進行大區(qū)集中設置，采用大容量、少局所、集中化原則部署NF。

廣電700M 5GC應遵照先局部后整體、先控制面后用戶面的逐步演進、迭代升級思路，根據(jù)業(yè)務驅動力、產品成熟度，有序引入部署網元虛擬化。

2. 700M優(yōu)劣勢分析

2.1 700M優(yōu)勢

700MHz頻段的優(yōu)勢歸納起來主要有四個方面，包括覆蓋范圍廣、多普勒頻偏小、繞射能力強和單向空口時延小等。

2.1.1 700MHz覆蓋范圍廣，可大幅降低廣電700M 5G網絡建網成本

電磁波在自由空間中的傳播模型可由弗里斯傳輸方程推導。弗里斯傳輸方程如下：

其中接收功率，為發(fā)射功率，和分別代表接收端天線增益和發(fā)射端天線增益，為工作載波波長，為收發(fā)天線之間的距離。

由公式（1）可以推導出電磁波空間損耗如下：

其中：為自由空間傳播損耗，為電磁波工作頻率。

由公式（2）可知，電磁波信號頻率越低，空間損耗越小。和其他電信運營商相比，廣電700MHz頻段由于頻率較低，覆蓋范圍廣，適合全國大范圍組網，可大幅降低廣電5G的建網和運營成本。

2.1.2 700MHz多普勒頻偏小，有利于接收信號解調

移動用戶在高速運行環(huán)境下會引起多普勒頻偏現(xiàn)象，多普勒頻偏導致用戶接收到的頻率發(fā)生偏移，這會影響接收機解調性能。我國高鐵運行速度普遍在300km/h以上，速度越快，造成的頻偏也越大，嚴重時接收機甚至無法解調出發(fā)射機的信號。

假設高鐵的運行速度為，為列車運行方向和信號傳播方向的角度。經過時間后，用戶設備接收到時所走的路徑差為：[3]

接收信號相位變化可表示為：

由此得出多普勒頻移的計算公式如下：

由表1可知，廣電5G的700M頻段的多普勒頻偏遠小于其他運營商的5G頻段，有利于高鐵等場景的基站部署。

2.1.3 700MHz繞射能力強，信號損失衰減小

無線信號的繞射能力和信號波長成正比。信號頻率越低，波長越長，繞射能力越強，穿透能力越差，信號損失衰減越小;頻率越高，波長越短，繞射能力越弱，穿透能力越強，信號損失衰減越大。

和其他電信運營商的5G頻段相比，廣電700MHz頻段擁有很強的繞射能力，更容易繞過障礙物，實現(xiàn)非視距傳輸。

2.1.4 700MHz FDD單向空口時延小

5G NR的雙工模式包括FDD（頻分雙工）和TDD（時分雙工），其中FDD的上行和下行鏈路采用兩個獨立的、對稱的頻率信道，TDD的上行和下行鏈路采用同一頻率信道的不同時隙。在TDD模式下，一些上行數(shù)據(jù)的反饋需要等待相應的上行時隙，同時一般TDD系統(tǒng)分配給上行的時隙較少，所以TDD的反饋等待時間大于FDD。

廣電700MHz頻段采用FDD制式，而其他典型5G頻段（如2.6G/3.5G/4.9G）均采用TDD制式。理論上如果只考慮空口時延，700MHz的空口時延小于其他5G頻段。

2.2 700M劣勢

700MHz頻段的劣勢主要包括下行帶寬不足和不支持Massive MIMO兩方面。

2.2.1 700MHz下行帶寬不足

由香農公式可知，信道帶寬的大小決定了通信數(shù)據(jù)傳輸速率的上限。中國廣電積極推動的全球首個5G低頻段（Sub-1GHz）大帶寬5G國際標準（編號為TR38.888）中700MHz下行帶寬最多只有40M。如表2所示，中國移動、中國電信和中國聯(lián)通獲得的5G頻率資源遠大于廣電700M頻段，同時5G可以根據(jù)實際需求靈活配置上下行時隙數(shù)量，這使得廣電700M FDD的下行速率遠小于其他運營商頻段。

2.2.2 700MHz不支持Massive MIMO

Massive MIMO作為5G系統(tǒng)的關鍵技術，通過增加天線數(shù)和信號覆蓋維度來提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率。如表3所示，天線尺寸和頻率成反比，700MHz頻段由于頻段較低，天線尺寸遠大于其他5G頻段，使得700MHz無法支持Massive MIMO天線。

3 廣電700M 5G業(yè)務發(fā)展策略

3.1 700MHz+基礎覆蓋網絡

和4G時代相比，三大電信運營商獲得的5G頻段較高，若想實現(xiàn)全國5G網絡覆蓋，三大電信運營商所需的5G基站數(shù)量和建設成本將大大增加。

與其他5G頻段相比，廣電700M信號覆蓋廣、穿透能力強，適合打造一張全國范圍內的打底基礎連續(xù)覆蓋網絡，可大幅降低廣電700M 5G的建網和運營成本，尤其是覆蓋人口密度較低的廣大農村和城鄉(xiāng)結合部（農村業(yè)務量較少，可以一定程度彌補700M容量低的短板）。

3.2 700MHz+物聯(lián)網

3GPP定義了5G的三大應用場景，分別為eMBB（增強型移動寬帶）、uRLLC（超可靠、低時延通信）、mMTC（海量機器類通信）。廣電700MHz由于下行帶寬不足，不適合做eMBB類的高速數(shù)據(jù)類業(yè)務，但是對于mMTC和uRLLC業(yè)務，尤其是mMTC業(yè)務（物聯(lián)網業(yè)務），700MHz廣覆蓋和低功耗的特點是完全可以支撐的。

自2016年3GPP NB-IoT標準凍結后，為搶占物聯(lián)網市場，三大電信運營商均積極部署NB-IoT。700M由于頻段較低，其廣覆蓋的特性使其成為NB-IoT最理想的承載頻率。廣電應該把握住物聯(lián)網發(fā)展的新機遇，利用700MHz快速建成適合NB-IoT的網絡，專為各類垂直行業(yè)應用服務，包括智慧城市、智慧消防等。

3.3 700MHz+高鐵等應用場景

在高鐵等高速移動場景下，頻段越低，產生的多普勒頻偏越小，接收機信號譯碼更可靠。利用700MHz進行高鐵等高速移動場景的覆蓋，可以有效降低基站切換和高速移動帶來的網絡波動;另一方面，5G支持的子載波帶寬包括15KHz、30KHz、60KHz、120KHz和240KHz。對于eMBB場景，目前在子載波帶寬一般采用30KHz，而對于uRLLC場景，為了降低時延，會采用更高的子載波帶寬，700MHz的頻段優(yōu)勢會更明顯。

結語

5G時代已經來臨，廣電應該采用不同于電信運營商的差異化策略，充分挖掘700M頻譜資源商業(yè)潛力，強化自身服務能力，培育業(yè)務新增長點，主動對5G垂直行業(yè)等應用場景進行開發(fā)。廣電應聚焦“0→1”的突破，在建立新業(yè)務應用標準和標桿的同時，實現(xiàn)產業(yè)化、規(guī)?；箯V電700M在5G+新業(yè)務的推廣中實現(xiàn)突破。

參考文獻

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[3]陳序建.高速移動通信系統(tǒng)中基站切換的有關研究[D].上海：上海交通大學，2015.

作者簡介：王濤（1987-），男，山西運城，工程師，信息網絡設計研究所（廣電5G研究中心）主任助理，研究方向：無線接入網、廣播電視工程;張?。?982-），男，江蘇鹽城，高級工程師，信息網絡設計研究所（廣電5G研究中心）副所長、副主任，研究方向：移動通信系統(tǒng)、廣播電視工程;李承基（1990-），男，山西孝義，工程師，研究方向：核心網、數(shù)據(jù)網。