5G 700 MHz無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程方法研究

張朝武，王 樂，施左橋

（中國鐵塔股份有限公司 溫州市分公司，浙江 溫州 325000）

0 引 言

工信部發(fā)布的《關(guān)于調(diào)整700 MHz頻段使用規(guī)劃的通知》將702～798 MHz頻段調(diào)整用于移動通信系統(tǒng)，并將703～743 MHz/758～798 MHz頻段規(guī)劃用于頻分雙工（FDD）工作方式的移動通信系統(tǒng)（2×40 MHz）。2020年5月中國移動與中國廣電訂立700 MHz共建共享有關(guān)協(xié)議，正式將700 MHz優(yōu)質(zhì)頻段作為移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)使用[1]。

隨著我國700 MHz網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的逐步成熟，中國移動2.6 GHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進入后半程，中國移動將借助廣電700 MHz的優(yōu)勢頻段，同廣電共建700 MHz的5G網(wǎng)絡(luò)，以期形成一張多頻協(xié)同的5G NR無線網(wǎng)。我國700 MHz頻譜目前使用情況如圖1所示[2]。

圖1 我國700MHz頻譜目前使用情況

因此有必要對5G 700 MHz無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的工程方法進行深入研究，從而為快速而經(jīng)濟的5G 700M網(wǎng)絡(luò)部署提供方案支持。

1 700 MHz頻段的優(yōu)勢分析

700MHz頻段由于空間傳播損耗低、穿透能力強、覆蓋面積大，因此被稱為發(fā)展移動通信的黃金頻段[3]。

（1）根據(jù)公式C=λf，C是光速，λ是波長，f是頻率，說明頻率與波長成反比。波長越長，頻率越低；反之，波長越短，頻率越高。而無線信號在空間傳播過程中損耗與波長的關(guān)系是波長越短，損耗越大。頻率越高，覆蓋范圍越?。活l率越低，覆蓋越廣。相比移動2.6 GHz 5G網(wǎng)絡(luò)，采用700 MHz頻段，覆蓋方向范圍廣，適合農(nóng)村廣大區(qū)域的覆蓋[4]。就能做到用更少的基站，覆蓋更廣的目標，大大減少5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資。

（2）根據(jù)電磁波的波長與繞射能力的關(guān)系，波長越長，其對障礙物的繞射能力越強。因此，700 MHz又具有繞射能力強的特點，適合人口密度比較大的城市深度覆蓋。

可以說，700 MHz是5G覆蓋的黃金頻段。中國移動為保持網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)先、降低其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，選擇700 MHz網(wǎng)絡(luò)，在2.6 GHz基礎(chǔ)上發(fā)揮700 MHz低頻和制式優(yōu)勢，通過多頻組網(wǎng)，打造有競爭力的5G精品網(wǎng)絡(luò)[5]。

（3）中國移動700 MHz網(wǎng)絡(luò)的部署定位。相比較4G網(wǎng)絡(luò)，若想實現(xiàn)全國覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò)，運營商需要建設(shè)的5G基站數(shù)量和建設(shè)投資大大增加。通過與廣電共建700 MHz網(wǎng)絡(luò)后，中國移動在無線接入網(wǎng)策略上主要采用700 MHz+4.9 GHz多頻協(xié)同、FDD+TDD協(xié)同組網(wǎng)策略，而利用700 MHz適合用來打造一張連續(xù)覆蓋的打底網(wǎng)絡(luò)。其中700 MHz主要采用4T4R組網(wǎng)以提高網(wǎng)絡(luò)容量和下行帶寬作為基礎(chǔ)性網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋，4.9 GHz頻段采用64T64R組網(wǎng)增加業(yè)務(wù)熱點區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度和厚度，作為熱點覆蓋網(wǎng)絡(luò)和盲點補盲[6]。2.6 GHz頻段作為5G基礎(chǔ)網(wǎng)，滿足NR的基本覆蓋和容量要求。中國移動700M部署定位如圖2所示。

圖2 中國移動700 MHz部署定位

2 5G 700 MHz建設(shè)工程方案分析

2.1 700 MHz網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的指標考慮

2.1.1 規(guī)劃指標

以Z省為例，700 MHz無線網(wǎng)絡(luò)計劃實現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上區(qū)域成片連續(xù)覆蓋，地市城區(qū)、縣城按上行邊緣速率5 Mb/s，鄉(xiāng)鎮(zhèn)按上行邊緣速率3 Mb/s規(guī)劃；農(nóng)村區(qū)域按單點覆蓋進行規(guī)劃，行政村覆蓋率達到100%。700 MHz室外連續(xù)覆蓋分場景規(guī)劃指標如表1所示。

表1 700MHz室外連續(xù)覆蓋分場景規(guī)劃指標

2.1.2 規(guī)劃目標

省內(nèi)移動700 MHz網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃目標是實現(xiàn)全省各地市鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上區(qū)域連續(xù)覆蓋、農(nóng)村行政村全覆蓋。其中以5G高倒流、弱覆蓋與行政村全覆蓋所需站點為骨架，按照省公司的站間距要求合理選取優(yōu)質(zhì)站點，確保充分發(fā)揮700 MHz覆蓋能力。

2.1.3 商務(wù)指標

商務(wù)指標主要是兩個方面考慮：一是支付給鐵塔公司的租金的增長，二是移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資。根據(jù)移動與鐵塔商務(wù)方面初步達成的共識：（1）對于增加3副天線（1套系統(tǒng)），按增加一個產(chǎn)品單元的30%收費；（2）增加系統(tǒng)不增加天線的，增加設(shè)備占用空間的，按增加一個產(chǎn)品單元的10%收費；（3）增加系統(tǒng)不增加天線且不增加設(shè)備占用空間的，不增加收費。

基于以上原則，本文重點研究700 MHz工程在天面整合方案、機房配套改造兩個方面的工程方法，以求用最低成本、最優(yōu)覆蓋方案來實施5G 700 M網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。初期地市建設(shè)總體要求是：全部共址現(xiàn)網(wǎng)物理宏站站址，不新址新建，采用444或者4448天線整合現(xiàn)有4G天線，CRAN比例70%以上，傳輸方案城區(qū)同2.6 GHz，農(nóng)村區(qū)域在不新增光纜的前提下拉遠建設(shè)。

2.2 天面整合方案

根據(jù)上文對鐵塔商務(wù)的分析，天面建設(shè)原則通過集采700 MHz板狀天線，初期優(yōu)先使用多頻多端口獨立電調(diào)天線整合天面，原則上不新增天面，以減少租金上漲幅度?，F(xiàn)網(wǎng)共址站點的天線整合方案匯總?cè)绫?所示。

表2 現(xiàn)網(wǎng)共址站點的天線整合方案匯總表

天面整合建議：若FDD、TDD各有一套天面，優(yōu)先采用444天線整合FDD系統(tǒng)；原則上只有當FDD、TDD需整合成一套時，才使用4448天線。對于美化體天面，需核實美化體大小能否容納700 MHz天線，以確定更換美化罩、新增天面還是多頻天線整合。

天面整合后對應(yīng)情況如下。

（1）整合后為兩天面的改造方式，兩天面整合如圖3所示。

圖3 兩天面整合

2天面→2天面：更換天線、增加一個RRU。

3天面→2天面：減少1/更換1副天面、增加1個RRU。

4天面→2天面：減少2/更換1副天面、增加1個RRU。

（2）整合后為三天面的改造方式，三天面整合如圖4所示。

圖4 三天面整合

更換1副天線、增加一個RRU。

（3）整合后為單天面改造方案。此種方案現(xiàn)網(wǎng)幾乎無對應(yīng)場景。站點每扇區(qū)只有一副天線，需要整合成4+4+4+8+8端口（700/900/1800/FA/2.6 GHz）。

天面整合需要關(guān)注RRU與天線的安裝空間，安裝于塔桅上的天線、設(shè)備以及塔桅本身的永久荷載和可變荷載產(chǎn)生的效應(yīng)必須滿足既有塔桅結(jié)構(gòu)承載能力要求。天線、設(shè)備以及塔桅本身的永久荷載和可變荷載產(chǎn)生的效應(yīng)超出既有結(jié)構(gòu)的承載力并且具備結(jié)構(gòu)加固施工許可條件時，需對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固處理以滿足承載力要求[7]。

2.3 基站配套改造

根據(jù)移動基站后備電源保障時長要求，基站電池保障時長原則上要求3小時，全部采用磷酸鐵鋰電池作為后備電池。按照700 MHz設(shè)備的典型功耗，單RRU功耗約為700 W，BBU功耗約為500 W。典型700 MHz設(shè)備功耗值如表3所示。

表3 典型700 MHz設(shè)備功耗值

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)勘察情況，700 MHz改造絕大部分站點僅需要增加改造“三件套”（蓄電池、智能配電單元和模塊）即可，改造費用較低。同時，因700 MHz全部為更換天線建設(shè)方案，如全部采用免設(shè)計、代維施工，動力改造費用可再降低。個別站點700 MHz RRU拉遠站點需要增加功耗為2.1 kW，如果開關(guān)電源容量不足或者模塊停產(chǎn)，則需要更換開關(guān)電源。若一體機柜需要增加蓄電池而無安裝空間，則需要新增一體化機柜，相應(yīng)地也增加改造費用。

隨著設(shè)備的擴容及功耗的增加，還需要考慮空調(diào)、外市電的擴容，典型場景擴容或改造方案如表4所示。

表4 典型場景擴容或改造方案表

2.4 面臨的挑戰(zhàn)及解決建議

在5G 700 MHz建設(shè)過程中，往往遇到頻率干擾、天面無法改造、塔桅荷載不滿足等問題，需要梳理解決。典型頻率干擾如圖5所示。

圖5 典型頻率干擾

2.4.1 700MHz干擾問題突出，存在用戶體驗差的風(fēng)險

（1）全頻段分析：接收信號強度大于-105 dBm的占比為35.38%，大于-110 dBm的占比為61.66%，總體底噪較高。

（2）以20 MHz帶寬切割分析：底噪小于-112 dBm的連續(xù)20 MHz以上行帶寬樣本占比，一類區(qū)域67%，二類區(qū)域23%，三類區(qū)域25%，四類區(qū)域10%；

（3）以8 MHz帶寬切割分析：上行702～710 MHz、710～ 718 MHz、718～ 726 MHz頻段存在強干擾；下行758～766 MHz、774～782 MHz、790～798 MHz頻段存在強干擾。

由于在現(xiàn)網(wǎng)中存在公交車車載視頻業(yè)務(wù)、出租車電視業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)電視業(yè)務(wù)、廣播業(yè)務(wù)等廣電頻段的業(yè)務(wù)，對5G 700 MHz干擾突出，目前此類問題的解決方案基本上是尋求對方整改或者調(diào)整。對于因清頻滯后原因受干擾影響較大的700 MHz待驗收站點，可根據(jù)受擾帶寬情況，開啟5/10/15/20 MHz帶寬進行性能單驗，速率驗收標準等比例劃定。

2.4.2 天面改造存在的困難

天面改造采用二天面整合或者三天面整合后，分析情況如下。

（1）55%站點迎風(fēng)面積增加，其中地面站（占比約30%）部分需加固改造。樓面站（占比約25%）的美化天線寬度和高度不足，無法滿足合路天線安裝和調(diào)測，需要更換美化體。

（2）45%站點迎風(fēng)面積減少，這部分主要原因為采用兩天面整合方案。地面站（占比約25%）個別抱桿長度不足需要改造。樓面站（占比約20%）的美化天線寬度和高度不足，無法滿足合路天線安裝和調(diào)測，需要更換美化體。

（3）在主城區(qū)，近幾年大量的站點是通過獲取政府資源在綠化帶、人行道等位置立塔建站的，政府部門往往要求采用與路燈桿多桿合一的形式，在塔上方的美化外罩不允許拆除。其中有一部分是在5G時代之前建設(shè)的，美化外罩設(shè)計直徑小、塔桅荷載不足。不同于樓面美化，可以通過增加美化外罩的方式，地面美化塔需通過荷載計算擴大外罩、拆除部分外罩的構(gòu)件甚至重新建塔的方式才能滿足天面的需求，大大增加了工程難度及建設(shè)成本。

典型地面景觀塔如圖6所示。

圖6 典型地面景觀塔

3 結(jié) 論

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資巨大，700 MHz因期得天獨厚的低頻優(yōu)勢，是中國移動能夠以較為經(jīng)濟的方式做廣做深5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不二選擇。從長期看，廣電將聯(lián)合移動、電聯(lián)、聯(lián)通，在700 MHz網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中有更深度的合作，通過不斷挖掘700 MHz資源的優(yōu)勢和優(yōu)化建設(shè)方案，促進5G 700 MHz網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展。