面向5G 移動(dòng)通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

葉 劍，張 鵬

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)重慶有限公司 永川分公司，重慶 402160）

0 引 言

4G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展奠定了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，快速、便捷的移動(dòng)通信逐漸成為人們生產(chǎn)生活的一種基本資源。5G 移動(dòng)通信技術(shù)的興起將移動(dòng)通信的發(fā)展帶入新紀(jì)元，5G不再僅僅追求超快的通信速度，它擁有強(qiáng)大的速率優(yōu)勢(shì)和廣袤的組網(wǎng)鏈接，在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、行業(yè)應(yīng)用等場(chǎng)景有著更多、更復(fù)雜的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)讓生活和生產(chǎn)更智能[1]。

目前，5G 網(wǎng)絡(luò)正處于大規(guī)模建設(shè)，各大運(yùn)營(yíng)商都各自制定了5G 的發(fā)展策略。中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司以快速實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋為主要目標(biāo)，近年來其5G 基站建設(shè)的數(shù)量最多，規(guī)模最大，用戶數(shù)量也遠(yuǎn)高于其他運(yùn)營(yíng)商[2]。而隨著大量5G 網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)被投入使用，越來越多的問題也逐漸暴露出來，大量針對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的策略被提出。雖然許多優(yōu)化方案還需要進(jìn)行探索與嘗試，整體的推廣建設(shè)還有很長(zhǎng)的路要走，但是5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的整體發(fā)展還是非常有前景的[3]。從中國(guó)移動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)的推廣建設(shè)出發(fā)，針對(duì)其2.6 GHz 頻譜的優(yōu)勢(shì)，對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化進(jìn)行了分析研究。

1 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)及方案

1.1 超密集組網(wǎng)技術(shù)

由于網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量和終端設(shè)備數(shù)量不斷增長(zhǎng)，單位區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)流量需求也隨之快速增加。為了提高系統(tǒng)的整體容量，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商通常運(yùn)用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部署信號(hào)基站，在原有的高功率（5 ～40 W）宏基站覆蓋范圍內(nèi)，按異構(gòu)拓?fù)涞姆绞讲渴鹑舾蓚€(gè)低功率（100 mW ～2 W）傳輸節(jié)點(diǎn)，在相同的覆蓋范圍內(nèi)形成由不同類型節(jié)點(diǎn)組成的異構(gòu)系統(tǒng)。這種異構(gòu)的部署方式減小了小區(qū)半徑，提高了無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的密度和低功率節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，增大了單位區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)容量，在一些場(chǎng)所甚至可以提升幾十上百倍數(shù)量級(jí)的系統(tǒng)容量。這種方法對(duì)于寫字樓、學(xué)校、社區(qū)公寓等用戶密集度高的場(chǎng)所尤為有效，被普遍應(yīng)用于這類場(chǎng)景。超密集組網(wǎng)技術(shù)就是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的繼承與發(fā)展，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)的進(jìn)步，超密集組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)部署方式將會(huì)成為快速移動(dòng)通信的首要選擇[4]。

1.2 組網(wǎng)方案

5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案規(guī)劃分為頻譜規(guī)劃和立體組網(wǎng)站點(diǎn)。

（1）頻譜規(guī)劃。在當(dāng)前5G 移動(dòng)通信技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代背景下，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商呈現(xiàn)出你追我趕的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，在實(shí)施頻譜建設(shè)時(shí)，中國(guó)移動(dòng)的2.6 GHz 頻譜具有天然的優(yōu)勢(shì)。相比中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的3.5 GHz 頻譜，2.6 GHz 頻譜的網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果更佳，小區(qū)覆蓋半徑得到大幅提升。另外，2.6 GHz 頻譜的帶寬較大，經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展后，160 MHz 的全頻譜新空口（New Radio，NR）仍然可以為用戶提供更好的使用體驗(yàn)。2.6 GHz 為鞏固4G 網(wǎng)絡(luò)的頻段，這個(gè)頻段同時(shí)滿足了4G 和5G 的覆蓋要求，因此在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，4G 網(wǎng)絡(luò)和5G 網(wǎng)絡(luò)可以同步推廣建設(shè)，在推進(jìn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的全面部署上有著顯著優(yōu)勢(shì)[5]。

（2）立體組網(wǎng)站點(diǎn)。終端用戶數(shù)量的增長(zhǎng)使得流量需求快速增加，站點(diǎn)負(fù)載過高會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降，采用宏站、桿站和室分3 層立體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以有效解決這一問題，如圖1 所示。宏站主要部署在室外，負(fù)責(zé)室外場(chǎng)景的大部分覆蓋區(qū)域，并滿足室內(nèi)淺層的覆蓋；桿站以分布式的方式設(shè)立，針對(duì)室外場(chǎng)景中宏站無法覆蓋到區(qū)域，如道路、民房等，對(duì)這些場(chǎng)景進(jìn)行補(bǔ)充覆蓋；室分則針對(duì)商場(chǎng)、寫字樓等特殊的商業(yè)場(chǎng)景，對(duì)這些區(qū)域的內(nèi)部進(jìn)行覆蓋。將“宏、桿、室”立體組網(wǎng)的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)全面發(fā)揮出來，搭建先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)[6]。

圖1 移動(dòng)宏、桿、室3 層立體組網(wǎng)示意

2 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

2.1 宏站覆蓋優(yōu)化

在對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行大范圍推廣的過程中，宏站的信號(hào)覆蓋不足是必須解決的問題之一。現(xiàn)階段，中國(guó)電信的3.5 GHz 和1.8 GHz 頻段已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)共同覆蓋，但中國(guó)移動(dòng)的2.6 GHz 頻段的信號(hào)覆蓋效果將會(huì)更好，因?yàn)檫@一頻段支持32TR。如圖2 所示，從16TR 到32TR，再到64TR 設(shè)備，隨著通道數(shù)量的增加，宏站的覆蓋效果越來越好，采用高通道的設(shè)備可以明顯提高5G 信號(hào)的覆蓋效果。64TR 一般是密集城區(qū)的主力覆蓋站型，32TR 的上下行速率可以達(dá)到64TR 的80%左右，因此在多層城區(qū)且話務(wù)量低的場(chǎng)景中，32TR 在性價(jià)比上優(yōu)于64TR。32TR 通過不斷試點(diǎn)、驗(yàn)證，能夠有效實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)共同覆蓋，其在站點(diǎn)覆蓋的普適性上將會(huì)優(yōu)于16 TR。因此，在5G 宏站覆蓋的規(guī)劃上，可以采用2.6 GHz 64TR/32TR 和1.9 GHz 8T8R 站點(diǎn)進(jìn)行同時(shí)覆蓋，提高5G 信號(hào)輻射區(qū)域，解決覆蓋不足問題[7]。

圖2 16TR、32TR 和64TR 宏站的覆蓋效果

2.2 網(wǎng)絡(luò)容量?jī)?yōu)化

網(wǎng)絡(luò)容量不足也是制約5G 網(wǎng)絡(luò)全面推廣的另一個(gè)問題。相較于16TR，32TR 和64TR 有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。通過調(diào)整32TR 和64TR的垂直波束，使得在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和改進(jìn)上更加簡(jiǎn)單方便，有效解決網(wǎng)絡(luò)容量不足的問題。垂直波束調(diào)整后，32TR 和64TR 上行容量提升和下行容量提升如圖3所示。首先，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)使用32TR 或64TR，其3D波束可同時(shí)照顧到塔下邊緣，性能優(yōu)于16TR。其次，使用32TR 或64TR 對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行優(yōu)化后，在場(chǎng)景匹配上將會(huì)更加靈活，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)在不同行業(yè)和領(lǐng)域的廣泛使用，可以輕松適應(yīng)各種智能應(yīng)用場(chǎng)景，在靈活性和前瞻性上優(yōu)于16TR[8]。

圖3 下行和上行容量提升

2.3 TDD 流量?jī)?yōu)化

5G 移動(dòng)通信技術(shù)推廣的另一個(gè)問題是當(dāng)時(shí)分雙工（Time Division Duplexing，TDD）流量飽和后，負(fù)載分擔(dān)不佳會(huì)對(duì)用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)產(chǎn)生不良影響。一般采用1 800 MHz 加速重耕來對(duì)基礎(chǔ)容量層進(jìn)行構(gòu)筑，通過對(duì)流量進(jìn)行分擔(dān)來解決這個(gè)問題，可以顯著提高用戶的滿意度。1 800 MHz 構(gòu)筑基礎(chǔ)容量層分擔(dān)流量如圖4 所示，通過這種流量分擔(dān)的方式，網(wǎng)絡(luò)整體的日均總流量增加73.89%，有效提升了網(wǎng)絡(luò)容量的承載能力[9]。另外，在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的第一階段時(shí)，在5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心城市重耕15 ～20 MHz，在成片的區(qū)域完成頻分雙工（Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD）部署來應(yīng)對(duì)TDD 流量飽和的問題。而在5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃核心城市外一些面積較小的縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，則要考慮網(wǎng)絡(luò)容量的需求，可以首先針對(duì)1 800 MHz 進(jìn)行重耕，然后調(diào)整方案并變化組合，控制使用范圍使得FDD 1 800 MHz 能夠達(dá)到更優(yōu)的峰值、更大的帶寬，從而提高用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)[10]。

圖4 1 800 MHz 構(gòu)筑基礎(chǔ)容量層分擔(dān)流量

3 結(jié) 論

本文分析了中國(guó)移動(dòng)5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的超密集組網(wǎng)技術(shù)和組網(wǎng)規(guī)劃方案，針對(duì)其5G 移動(dòng)通信技術(shù)推廣過程中宏站覆蓋、網(wǎng)絡(luò)容量和TDD 流量存在的問題，提出了優(yōu)化方案。采用2.6 GHz 64TR/32TR 和1.9 GHz 8T8R 站點(diǎn)進(jìn)行同時(shí)覆蓋，可以提高5G 信號(hào)輻射區(qū)域，解決覆蓋不足問題。通過調(diào)整32TR 和64TR 的垂直波束，可以讓網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃更輕松，有效解決網(wǎng)絡(luò)容量不足問題。采用1 800 MHz 加速重耕對(duì)基礎(chǔ)容量層進(jìn)行構(gòu)筑，對(duì)流量進(jìn)行分擔(dān)，解決TDD 流量飽和問題。