智慧城市建設(shè)背景下5G 無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分析

吳敏娜，宣以所

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230041）

1 智慧城市建設(shè)的發(fā)展?fàn)顩r

1.1 欠缺統(tǒng)一計(jì)劃

建設(shè)智慧城市的任務(wù)量和涉及的人員數(shù)量十分龐大，若是想快速達(dá)到智慧城市的建設(shè)目標(biāo)，把必須將整個城市均歸入智慧城市的發(fā)展計(jì)劃中去，而中國現(xiàn)在許多區(qū)域?qū)τ谥腔鄢鞘袥]有統(tǒng)一計(jì)劃，所以，在建設(shè)智慧城市的過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生難以解決的信息數(shù)據(jù)問題。

1.2 發(fā)展模式落后

智慧城市的建設(shè)不能脫離智慧產(chǎn)業(yè)的扶持，不管是智慧技術(shù)、產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)均可以成為智慧城市的輔助力量，但是許多城市的智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度十分緩慢，不能提供較好服務(wù)。政府相關(guān)部門需要設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的規(guī)劃，讓有助于智慧城市發(fā)展的企業(yè)融入城市的建設(shè)中，輔助智慧城市更加穩(wěn)定健康的發(fā)展。

1.3 城市基礎(chǔ)設(shè)施不健全

城市中的基礎(chǔ)設(shè)施不健全，也會阻礙智慧城市的發(fā)展，不管是城市公共服務(wù)系統(tǒng)或是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施不健全，均會影響到智慧城市的發(fā)展。建設(shè)一個可靠的網(wǎng)絡(luò)將城市公共服務(wù)系統(tǒng)的各個部分有效的連接起來，是智慧城市建設(shè)中重要的工作。

2 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特征

5G 即第五代蜂窩移動通信，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP定義的5G 移動網(wǎng)絡(luò)三大應(yīng)用場景：eMBB、mMTC 和uRLLC。eMBB 用于大流量移動寬帶業(yè)務(wù)，如3D/超高清視頻、VR/AR、云辦公等；mMTC 用于大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，如智能路燈、智能水表等；uRLLC 用于低時延、高可靠連接的業(yè)務(wù)，如無人駕駛、工業(yè)自動化等。

5G 網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)切片的方式實(shí)現(xiàn)三大應(yīng)用場景的業(yè)務(wù)。所謂網(wǎng)絡(luò)切片就是通過切片技術(shù)在一個物理網(wǎng)絡(luò)上虛擬出多個端到端的網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)具有不同的功能，適配不同類型的服務(wù)需求。三大應(yīng)用場景對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)切片分別為eMBB 切片、mMTC 切片、uRLLC 切片。網(wǎng)絡(luò)切片能滿足不同行業(yè)用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延、可靠性、連接數(shù)的需求，保證資源的可用性、可靠性和安全隔離，并可提供可定制的增值業(yè)務(wù)，包括計(jì)算、存儲、內(nèi)容、位置等服務(wù)功能。

5G 無線網(wǎng)絡(luò)將基站BBU 重構(gòu)為CU（Central Unit）和DU（Distributed Unit）兩級結(jié)構(gòu)，CU 負(fù)責(zé)處理非實(shí)時的無線高層協(xié)議棧功能，DU 負(fù)責(zé)處理實(shí)時計(jì)算需求和物理層功能。一個CU 可以控制多個DU，有利于站間協(xié)同和基帶資源共享。CU 和DU 的分離，使組網(wǎng)方式更為靈活，也有利于實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)的云化和虛擬化。CU和DU 可以分開也可以合設(shè)。

為提供無線網(wǎng)絡(luò)的容量和頻譜效率，5G 無線網(wǎng)采用Massive MIMO 技術(shù)，在基站側(cè)配置了大規(guī)模天線陣列。Massive MIMO 中的波束賦形技術(shù)可提高信號覆蓋、降低小區(qū)間用戶干擾，其中的SU-MIMO 技術(shù)可提高該用戶的傳輸速率和頻譜效率，MU-MIMO 能顯著提升小區(qū)的吞吐量和容量。

除上述特點(diǎn)外，5G 網(wǎng)絡(luò)無線幀結(jié)構(gòu)相比4G 采用了更短的子幀周期，提供了更豐富的子幀周期配置，5G 網(wǎng)絡(luò)提供了更精細(xì)化的QoS 保障等。

3 5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的分析和研究

3.1 5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃將客戶作為核心

智慧城市背景下的5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要將客戶作為規(guī)劃的核心，按照客戶需求展開科學(xué)的資源配置。智慧城市的建設(shè)內(nèi)容包括與城市服務(wù)相關(guān)的方方面面，如包含政務(wù)、交通、醫(yī)療、教育、智慧農(nóng)業(yè)等惠民服務(wù)，也包含城市管理、公共安全等與城市精準(zhǔn)治理相關(guān)的服務(wù)。除了對網(wǎng)絡(luò)要求良好的覆蓋外，不同的業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求不完全相同。如城市管理的智能化市政基礎(chǔ)設(shè)施，交通服務(wù)需提供及時的道路擁堵情況、公交車來車信息等，對實(shí)時性要求更高；城市的公共安全高清攝像頭的拍照傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，對網(wǎng)絡(luò)容量要求高；一卡通等交互類項(xiàng)目對網(wǎng)絡(luò)安全要求高。在規(guī)劃過程要和城市規(guī)劃相融合，設(shè)計(jì)出相適應(yīng)的規(guī)劃內(nèi)容。

3.2 多頻段混合立體組網(wǎng)

國內(nèi)5G 網(wǎng)絡(luò)分配頻率如下圖，主要在700M、2.6G、3.5G 和4.9G 頻段上。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營，運(yùn)營商將會加快2G 用戶、4G 用戶向5G 轉(zhuǎn)網(wǎng)，屆時釋放出的頻段較低的2G 和4G 網(wǎng)絡(luò)頻段，也將可能會被用于5G 網(wǎng)絡(luò)。

眾所周知，相同條件下，頻段越低覆蓋距離越遠(yuǎn)、穿透能力更強(qiáng)?；诶碚摲治?，城區(qū)上行邊緣速率相同時，700M 站間距約為NR2.1G 的2 倍，NR3.5G 的3.1倍。700M 穿透損耗余量和一堵墻體穿損與900MHz 相當(dāng)，比F 頻段高13～16dB，比2.6GHz 高19～22dB。因此低頻段室外宏基站用于室外連續(xù)覆蓋和室內(nèi)淺層覆蓋，可作為打底網(wǎng)絡(luò)。高頻段室外宏基站可作為室外容量站。微基站用于滿足室外宏站的小面積弱覆蓋區(qū)域和高容量區(qū)域的補(bǔ)充需求。室分站點(diǎn)用于高容量、高樓層、隔斷多的室內(nèi)覆蓋需求[1]。

3.3 站址規(guī)劃和 4G/5G 協(xié)同組網(wǎng)

5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)盡量使用現(xiàn)網(wǎng)的站址，不新建站址，從而達(dá)到降低建設(shè)成本，提高投資收益的目的。但5G 網(wǎng)絡(luò)不能簡單繼承現(xiàn)有頻段相近的基站站址，應(yīng)根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力合理規(guī)劃站址，站址選擇要求：①規(guī)劃站址盡量形成理想的蜂窩結(jié)構(gòu)，選址的位置盡量在理想站點(diǎn)的站間距/4的范圍內(nèi)，盡量不要出現(xiàn)超近、超遠(yuǎn)的站點(diǎn)。②規(guī)劃站址的天線高度在覆蓋范圍內(nèi)盡量保持一致，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)高于周邊建筑物平均高度15米以上或者站高超過50米的站點(diǎn)，若需采用，應(yīng)合理設(shè)置，避免出現(xiàn)越區(qū)覆蓋。同時城區(qū)站高低于20米的宏站應(yīng)分析周圍建筑物高度和是否有其他可選擇站點(diǎn)。③規(guī)劃站址選擇要考慮施工和維護(hù)條件，盡量避免物業(yè)協(xié)調(diào)困難、天面條件不滿足且難以改造的站點(diǎn)，確保規(guī)劃方案可以落地實(shí)施。

5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要做好與4G 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，要考慮對4G網(wǎng)絡(luò)容量的補(bǔ)充。目前4G 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量大，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重，5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，優(yōu)先考慮在4G 網(wǎng)絡(luò)容量高的區(qū)域建設(shè)5G 基站。同時隨著5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的完善，5G 終端的普及，4G 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量將會出現(xiàn)拐點(diǎn)，然后逐步下降，5G 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量將會超過4G 業(yè)務(wù)量，屆時可考慮釋放部分4G 頻段資源用于5G 網(wǎng)絡(luò)。另外，在條件具備的情況下，通過與4G 網(wǎng)絡(luò)共BBU、共天線等建設(shè)方式也可以有效降低5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。

3.4 5G 設(shè)備形態(tài)的分析

5G 網(wǎng)絡(luò)無線側(cè)將BBU 分離成CU 和DU。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，業(yè)務(wù)對CU 和DU 分離需求不大，可選擇產(chǎn)品成熟度更高的CU/DU 合設(shè)方案，部署快捷且投資低。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和5G 應(yīng)用的不斷豐富，根據(jù)新應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)性能的需求，引入CU 和DU 分離方案，實(shí)現(xiàn)CU云化。

5G 天饋側(cè)可采用AAU 形式，也可以采用RRU 外接天線的方式。室外宏站AAU 有64通道、32通道和8通道的產(chǎn)品。在覆蓋上，64通道產(chǎn)品和32通道產(chǎn)品在水平方向上的覆蓋能力相當(dāng)，在垂直面64通道產(chǎn)品的垂直半功率角大于32通道的產(chǎn)品，因此64通道產(chǎn)品更適用于高樓的覆蓋。8通道產(chǎn)品通道數(shù)少，賦形增益低，垂直面上覆蓋能力弱。容量上，理論上通道數(shù)越多支持更多的傳輸流數(shù)。總之，從覆蓋能力和小區(qū)容量上，64通道優(yōu)于32通道，32通道優(yōu)于8通道。價格上，64通道最高，8通道最低，考慮投資收益，64通道的產(chǎn)品用于高容量需求區(qū)域如高校、繁華商業(yè)街區(qū)、CBD 等和用于樓高超過30米的場景覆蓋，32通道產(chǎn)品用于容量需求不高的區(qū)域和樓高低于30米的場景，8通道產(chǎn)品用于64、32通道產(chǎn)品工程實(shí)施確有困難的站址。RRU 外接天線有8通道和2通道的產(chǎn)品，采用8通道產(chǎn)品時可以與其他制式共用天線，節(jié)約現(xiàn)網(wǎng)天面資源，可用于天面緊張的站點(diǎn)，2通道產(chǎn)品可用于高鐵的覆蓋。

4 結(jié)束語

綜上所述，智慧城市深層次發(fā)展是城市化未來建設(shè)的大方向，5G 網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)決定5G 將在智慧城市建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，隨著5G 標(biāo)準(zhǔn)版本的持續(xù)演進(jìn)，5G 將提供更豐富的功能和應(yīng)用，進(jìn)一步推進(jìn)智慧城市的建設(shè)。