關(guān)于5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用路徑的探究

劉 厚

（江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330002）

0 引 言

隨著5G基站的大規(guī)模部署，面臨的一大難題就是天面資源緊張，諸多熱點(diǎn)站址開始出現(xiàn)多運(yùn)營(yíng)商、多系統(tǒng)等局面，尋求更優(yōu)質(zhì)的頻段及應(yīng)用是各大運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。700 MHz頻段憑借穿透力強(qiáng)、信號(hào)覆蓋范圍廣、損耗低等優(yōu)勢(shì)，在陸地蜂窩無(wú)線網(wǎng)中具有極佳的傳播性能，備受運(yùn)營(yíng)商的青睞，將其應(yīng)用于頻譜利用率更高的通信系統(tǒng)中已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的共識(shí)[2]。截止至2021年底，我國(guó)累計(jì)建成并開通的5G基站多達(dá)142.5萬(wàn)個(gè)，700 MHz頻段在5G通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用則提供了寶貴的頻段資源，可以促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)各頻段的協(xié)同發(fā)展。但700 MHz頻段的加入必然會(huì)進(jìn)一步加劇天面資源的緊張局面。為此，有必要結(jié)合全方面限制條件進(jìn)行綜合考慮，深入探究有關(guān)5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用問題，為快速部署5G 700 MHz網(wǎng)絡(luò)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)網(wǎng)天面現(xiàn)狀分析

在共建、共享、共贏背景的持續(xù)深化下，隨著2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)建設(shè)，天面網(wǎng)絡(luò)基于多運(yùn)營(yíng)商、多系統(tǒng)、多天線共存的環(huán)境，形成復(fù)雜且數(shù)量較多的局面，緊缺的天面資源成為各大運(yùn)營(yíng)商提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵，這無(wú)疑為5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的新增帶來(lái)難題。以中國(guó)移動(dòng)為例，其天線類型可分為單頻900 MHz、單頻1 800 MHz、單頻D、單頻F、雙頻900 MHz+1 800 MHz、大規(guī)模多輸入多輸出（Massive Multiple-Input Multiple-Output，Massive MIMO） 以 及 多 頻2288/4488天線等。從實(shí)際情況來(lái)看，考慮覆蓋區(qū)域和場(chǎng)景不同，一般基站都會(huì)采取多系統(tǒng)共存的模式，不同類型天線存在多種排列組合方式[3]。考慮近年來(lái)分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）、長(zhǎng)期演進(jìn)頻分雙工（Long Term Evolution Frequency Division Duplexing，LTE-FDD）、主設(shè)備替換工程以及5G有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）預(yù)留安裝工程的建設(shè)情況，基站天面的整合工作同樣在持續(xù)進(jìn)行。目前，比較典型的天線系統(tǒng)共分為單天線、兩天線、三天線以及四天線4個(gè)類別。

2 700 MHz頻段的優(yōu)劣勢(shì)

2.1 700 MHz頻段的優(yōu)勢(shì)

2.1.1 廣域連續(xù)覆蓋

700 MHz頻段作為5G網(wǎng)絡(luò)中的低頻段，與3.5 GHz、2.6 GHz相比具有更強(qiáng)的穿透性和覆蓋性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)村、郊區(qū)等大范圍區(qū)域的有效覆蓋。700 MHz、2.6 GHz及3.5 GHz頻段的覆蓋能力對(duì)比如圖1所示[4]。同時(shí)，700 MHz頻段建設(shè)可以參考900 MHz的建設(shè)模式，僅需完成2/3的基站建設(shè)就能獲得與900 MHz相媲美的覆蓋能力。

圖1 不同頻段覆蓋能力對(duì)比

2.1.2 移動(dòng)信號(hào)更具穩(wěn)定性

依照多普勒頻移公式，700 MHz頻段因自身頻率較低，所以引發(fā)的多普勒頻偏現(xiàn)象要遠(yuǎn)小于其他5G頻段。與2.6 GHz和4.9 GHz頻段相比，其波長(zhǎng)更長(zhǎng)，信號(hào)穩(wěn)定性更好，適用于快速移動(dòng)的場(chǎng)景，如高速公路、高鐵等。

2.1.3 繞射能力更強(qiáng)可

無(wú)線信號(hào)作為電磁波的類型之一，依據(jù)電磁波特性，其繞射能力與波長(zhǎng)成正比，也就是信號(hào)頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，繞射能力越強(qiáng)。由此，700 MHz頻段因頻率較低，所以具有更強(qiáng)的繞射能力，穿透性能相應(yīng)更強(qiáng)，能夠有效減少信號(hào)在傳輸過程中的損失衰減。

2.1.4 單向空口時(shí)延更低

與5G中高頻段所采用的單通道時(shí)分雙工（Time Division Duplex，TDD）模式相比，700 MHz頻段采用的是頻分雙工FDD雙通道模式，具有2個(gè)獨(dú)立且對(duì)稱的頻率信道用以對(duì)上行和下行進(jìn)行區(qū)分，上行數(shù)據(jù)反饋等待時(shí)間更少，具有更低的網(wǎng)絡(luò)延遲。從空口時(shí)延的角度來(lái)看，700 MHz頻段的時(shí)延要小于4 ms，僅為其他高頻段網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的2/3，網(wǎng)絡(luò)延遲更低。

2.2 700 MHz頻段的劣勢(shì)

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)容量和峰值速率有限

700 MHz的平均吞吐量?jī)H能達(dá)到2.6 GHz頻段的10%左右，峰值速率僅為2.6 GHz頻段的20%左右，在網(wǎng)絡(luò)容量和峰值速率上具有明顯的劣勢(shì)。

2.2.2 無(wú)法支持Massive MIMO

700 MHz具有波長(zhǎng)長(zhǎng)、頻點(diǎn)低的特點(diǎn)，僅適用4T4R天線陣列天線，并不支持Massive MIMO多陣列天線，在覆蓋靈活性、頻率效率及高容量等方面的增益較小，需要與其他高頻段聯(lián)合組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力的提升。

3 5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)

3.1 建設(shè)要求及原則

5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)可選用的天線有3個(gè) 4通道（ 即 900 MHz、1 800 MHz、700 MHz）和2個(gè)8通道（FA/D），通過靈活組合得到8個(gè)不同頻段的天線組合模式。但考慮到實(shí)際整合過程中，700 MHz與900 MHz、1 800MHz頻段的整合過程中需具備一定的三頻能力以及在與8通道整合中對(duì)900 MHz和1 800 MHz的儲(chǔ)備需求，在統(tǒng)籌天面規(guī)劃中，要視實(shí)際使用場(chǎng)景對(duì)天線進(jìn)行選型，詳情如表1所示。

表1 700 MHz天線選型

5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)要以區(qū)域內(nèi)連續(xù)覆蓋為目標(biāo)進(jìn)行全面規(guī)劃，持續(xù)強(qiáng)化700 MHz頻段覆蓋廣、穿透強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，逐步構(gòu)建起覆蓋全國(guó)范圍的天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時(shí)，加快2.6 GHz網(wǎng)絡(luò)的部署，盡快形成與700 MHz網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)的雙層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)700 MHz無(wú)法覆蓋室內(nèi)范圍的全面覆蓋。

對(duì)天線類型進(jìn)行統(tǒng)籌，在一般場(chǎng)景下采用700 MHz單頻天線、4+4+4或4+4+4+8多頻天線，特殊區(qū)域采用4+4+4+8+8特型天線。在對(duì)天面規(guī)劃進(jìn)行整合的過程中要考慮到700 MHz網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)情況，以“合理布局、降低成本”為目標(biāo)，避免過度整合造成的資源浪費(fèi)。

3.2 5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)方案

3.2.1 5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)采用SA Option2的組網(wǎng)方式，整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 5G 700 MHz的組網(wǎng)架構(gòu)

該組網(wǎng)架構(gòu)包括無(wú)線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)以及核心網(wǎng)3個(gè)主要部分，其中無(wú)線接入網(wǎng)采用700 MHz+2.6 GHz+4.9 GHz多頻協(xié)同以及FDD+TDD的協(xié)同策略。700 MHz主要采用4T4R組網(wǎng)方案實(shí)現(xiàn)下行寬帶及網(wǎng)絡(luò)容量的提高，從而使700 MHz網(wǎng)絡(luò)得以作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廣泛覆蓋。而4.9 GHz頻段采用的是64T64R的組網(wǎng)方案，以進(jìn)一步增強(qiáng)熱點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋強(qiáng)度。承載網(wǎng)主要通過對(duì)有線電視傳輸網(wǎng)的利用滿足5G環(huán)境下的承載需求。選擇N×100 GHz光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）實(shí)現(xiàn)國(guó)干和省干的承載網(wǎng)絡(luò)，而城域網(wǎng)主要包括核心層、匯聚層以及接入層。同時(shí)，依照組網(wǎng)結(jié)構(gòu)可將承載網(wǎng)劃分為前傳、中傳、后傳，分別負(fù)責(zé)AAU、射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU）、分布單元（Distributed Unit，DU）間流量、DU、集中單元（Centralized Unit，CU）間流量以及CU與核心網(wǎng)間流量的承載。核心網(wǎng)中有序引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）及網(wǎng)元虛擬化技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)用戶面和控制面功能的區(qū)分，兼顧集中式和分布式部署，具有較強(qiáng)的靈活性[5]。此外，通過核心網(wǎng)功能模塊設(shè)計(jì)，能夠依照業(yè)務(wù)實(shí)際需求下沉至核心DC、本地DC及邊緣DC。

3.2.2 5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)方案的應(yīng)用實(shí)施

結(jié)合不同場(chǎng)景對(duì)5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)方案進(jìn)行劃分。

（1）700 MHz覆蓋型場(chǎng)景。在此場(chǎng)景中又可細(xì)分為FDD系統(tǒng)、TDD系統(tǒng)以及FDD/TDD雙天面系統(tǒng)。針對(duì)FDD系統(tǒng)或TDD系統(tǒng)而言，可以選擇新增獨(dú)立4通道天面系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)方向角等參數(shù)進(jìn)行靈活設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)性能較好，但鐵塔租金相對(duì)較高。而針對(duì)FDD/TDD雙天面系統(tǒng)而言，既可以采用上述建設(shè)方案，又可以采用4+4+4天線進(jìn)行等位替換，從而在一定程度上節(jié)約鐵塔租金，但天線的購(gòu)置費(fèi)用會(huì)有所上升，且存在天線方位角調(diào)節(jié)靈活性不夠的問題。

（2）700 MHz+2.6 GHz低容量覆蓋場(chǎng)景。針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)具有D頻段天線的情況，維持D頻段天線原狀，在現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)上新增4通道獨(dú)立天饋，倘若新增空間不足，可選擇4+4+4天線或4+4+4+8天線進(jìn)行整合。而針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)不具有D頻段天線的情況，直接考慮新增4通道獨(dú)立天饋，在缺少新增空間的條件下，結(jié)合實(shí)際情況選擇新增相應(yīng)的天線進(jìn)行整合。

（3）700 MHz+2.6 GHz高容量覆蓋場(chǎng)景。基于現(xiàn)網(wǎng)具有2.6 GHz AAU網(wǎng)絡(luò)的情況，維持2.6 GHz AAU網(wǎng)絡(luò)原狀，考慮增加一整套的天饋空間。同樣先考慮增加4通道獨(dú)立天饋，之后結(jié)合實(shí)際情況選擇4+4+4天線或4+4+4+8天線整合。而針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)不具有2.6 GHz AAU網(wǎng)絡(luò)的情況，則應(yīng)新增2套天饋，先新增4通道獨(dú)立天饋，之后再考慮采用新增天線的方式進(jìn)行整合，以確保天面在整合后具備完整的一套2.6 GHz AAU天饋空間。

（4）700 MHz+2.6 GHz+4.9 GHz超容量覆蓋場(chǎng)景?；诂F(xiàn)網(wǎng)具有2.6 GHz AAU網(wǎng)絡(luò)的情況，原有網(wǎng)絡(luò)保持不變，在此基礎(chǔ)上新增2套天饋，同樣可先考慮新增4通道獨(dú)立天饋，之后考慮實(shí)際情況利用4+4+4天線或4+4+4+8天線整合，確保天面在整合后具備完整的1套2.6 GHz AAU天饋空間。而針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)不具有2.6 GHz AAU網(wǎng)絡(luò)的情況，應(yīng)基于原有網(wǎng)絡(luò)新增3套天饋，建設(shè)方案與上述類似。

在5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)方案的實(shí)施過程中，必須充分結(jié)合方案的改造成本、鐵塔租金、天線購(gòu)置成本及建安成本進(jìn)行綜合考慮，避免過度整合造成網(wǎng)絡(luò)靈活度不足。同時(shí)，要細(xì)致考慮到天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的后續(xù)預(yù)留及運(yùn)維便利性等問題，保證建設(shè)方案科學(xué)合理。

4 結(jié) 論

隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的持續(xù)深化，700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)備受關(guān)注。在分析現(xiàn)網(wǎng)天面現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合700 MHz頻段應(yīng)用的優(yōu)劣勢(shì)，提出5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)要求及原則，對(duì)系統(tǒng)的組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)不同場(chǎng)景下建設(shè)方案的應(yīng)用實(shí)施進(jìn)行探究，充分考慮天面系統(tǒng)的承載性、網(wǎng)絡(luò)性能、建設(shè)投資等多方面因素，做到靈活、合理地選擇建設(shè)方案，從而促進(jìn)我國(guó)5G 700 MHz天面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的快速搭建，全面助力5G網(wǎng)絡(luò)體系的可持續(xù)健康發(fā)展。