無線網(wǎng)絡(luò)極簡改造

陳 宇，彭 星，許俊蕾，文錦林

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

我國作為5G的先行者、領(lǐng)跑者，在政府大力支持和運(yùn)營商全力推進(jìn)下，5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋日益完善。在5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)的同時，4G網(wǎng)絡(luò)投資縮減，網(wǎng)絡(luò)面臨以下困境。

（1）因流量業(yè)務(wù)快速發(fā)展，4G網(wǎng)絡(luò)多年來采取加法式的建設(shè)，已形成由900 MHz、1 800 MHz、F、A、D、E多個頻段立體覆蓋的網(wǎng)絡(luò)。多頻、多制式、多廠家設(shè)備組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)勢必給運(yùn)維、優(yōu)化帶來困難，消耗大量的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、優(yōu)化、租賃及電費(fèi)成本。

（2）由于5G網(wǎng)絡(luò)的分流，4G網(wǎng)絡(luò)流量已呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，各運(yùn)營商開始嚴(yán)格管控4G投資，而在城市擴(kuò)張和新農(nóng)村發(fā)展等區(qū)域仍存在一定數(shù)量的4G網(wǎng)絡(luò)新增覆蓋需求，存在著明顯的供需矛盾。

因此，如何充分利用5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)契機(jī)，通過4G/5G協(xié)同，合理推進(jìn)4G無線網(wǎng)極簡化改造，提升網(wǎng)絡(luò)效能、保障用戶感知是目前所面臨的重要課題。

1 無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

1.1 4G無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

近年來，短視頻、直播等大流量應(yīng)用場景拉動移動互聯(lián)網(wǎng)流量迅猛增長。2020年，移動互聯(lián)網(wǎng)接入流量消費(fèi)達(dá)1 656億GB，較2015年移動互聯(lián)網(wǎng)接入流量增長了近40倍[1]。

為應(yīng)對流量的飛速增長，滿足客戶對優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的追求，中國移動將4G網(wǎng)絡(luò)不斷加深、加厚。經(jīng)過8年建設(shè)，中國移動從以前的單頻、單制式網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成一張由900 MHz、1 800 MHz、F、A、D、E多個頻段組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，且具體頻率使用策略各省在不同時期也有一定差異。例如，初期采用時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）制式進(jìn)行建設(shè)，部分城市考慮容量和國漫用戶采用D頻段進(jìn)行打底建設(shè)，也有部分城市使用F頻段打底建設(shè)；后期獲得頻分雙工（Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD）制式牌照后，有城市出于深度覆蓋需求選擇900 MHz頻率進(jìn)行城區(qū)連續(xù)覆蓋，也有出于解決容量需求考慮采用1 800 MHz頻率。基于上述原因，現(xiàn)網(wǎng)并未形成全網(wǎng)單一頻段的連續(xù)覆蓋。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)給4G網(wǎng)絡(luò)簡化帶來機(jī)遇

中國移動在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中充分考慮4G、5G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同和未來網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，為無線網(wǎng)極簡化改造的實(shí)施創(chuàng)造了有利條件。

（1）在頻段方面，采用2.6 GHz，4G、5G共享D頻段的160 MHz帶寬，充分發(fā)揮4G/5G共模設(shè)備的優(yōu)勢，合理配置4G載波、4G/5G發(fā)射功率，在保障5G覆蓋的前提下，同時可保障4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量需求，實(shí)現(xiàn)4G/5G高效協(xié)同。

（2）在組網(wǎng)方面，為保證網(wǎng)絡(luò)的簡化和先進(jìn)性，全面采用以獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone Access，SA）為目標(biāo)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)（僅部分城市為兼顧國際漫游，同時保留非獨(dú)立組網(wǎng)（Non-Standalone Access，NSA）基站方式），獨(dú)立于4G網(wǎng)絡(luò)，無須綁定4G網(wǎng)絡(luò)某個頻段作為錨點(diǎn)，使4G網(wǎng)絡(luò)調(diào)整更靈活。

（3）在室內(nèi)基帶處理單元（Building Baseband Unit，BBU）部署方面，積極推進(jìn)集中式無線接入網(wǎng)（Centralized-Radio Access Network，C-RAN）部署方式，降低傳輸配套投資、鐵塔租賃費(fèi)用。目前，采用C-RAN方式開通站點(diǎn)的占比在80%以上，為4G網(wǎng)絡(luò)BBU集中和整合提供了基礎(chǔ)[2]。

（4）主設(shè)備具備較好的向下兼容性，5G D頻段射頻拉遠(yuǎn)單元/有源天線處理單元（RemoteRadio Unit/Active Antenna Unit，RRU/AAU）可利舊4G軟件同步開通4G功能，在原有4G D頻段設(shè)備拆除后可用于其他區(qū)域的4G網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)盲需求。

（5）在建設(shè)時，天饋部分以不新增天面為原則，盡可能地利用多頻段合路天線對天面進(jìn)行整合，為4G網(wǎng)絡(luò)的天面極簡創(chuàng)造了條件。

2 無線網(wǎng)絡(luò)極簡原則

改造會涉及網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整和改動，網(wǎng)絡(luò)調(diào)整不當(dāng)將會影響用戶感知，因此無線網(wǎng)絡(luò)極簡化改造需遵循以下3點(diǎn)原則：（1）網(wǎng)絡(luò)改造需立足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，制定符合未來無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方向的目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)，確保改造后的網(wǎng)絡(luò)不影響當(dāng)前和未來業(yè)務(wù)的發(fā)展需求；（2）網(wǎng)絡(luò)改造采取先完善后簡化的方式，確保實(shí)施過程中和實(shí)施后的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)與用戶感知不降低；（3）網(wǎng)絡(luò)改造以總成本最低為原則，采用先評估后實(shí)施的方式，對有利于提升設(shè)備效能或降低總成本的站點(diǎn)優(yōu)先實(shí)施。

3 網(wǎng)絡(luò)分層極簡

首先需充分考慮現(xiàn)網(wǎng)的情況來確定目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)。對于5G網(wǎng)絡(luò)來說，頻段特性明顯，分層思路明確。700 MHz用于廣域和深度覆蓋的基礎(chǔ)覆蓋網(wǎng)絡(luò)、2.6 GHz用于基礎(chǔ)的容量承載網(wǎng)絡(luò)、4.9 GHz用于高熱容量補(bǔ)充和行業(yè)專網(wǎng)，未來極熱區(qū)域?qū)⒉渴鸷撩撞ā?/p>

4G網(wǎng)絡(luò)頻段相對較多，在不同階段實(shí)施不同的部署策略，且各省在布局時也有不同的考慮。其網(wǎng)絡(luò)的分層頻段不一，從頻段特性和未來演進(jìn)來看：（1）900 MHz頻段仍需要作為2G網(wǎng)絡(luò)的打底網(wǎng)絡(luò)，與窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）承載語音與物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，剩余帶寬難以承載4G的網(wǎng)絡(luò)流量，因此僅能作為4G托底網(wǎng)絡(luò)解決廣域和深度覆蓋問題，將長期保留；（2）D頻段的前100 MHz帶寬作為5G的主力覆蓋頻段，后60 MHz帶寬目前作為4G容量承載層使用，未來也將作為第二載波首先向5G演進(jìn)；（3）F頻段作為4G主力覆蓋，在部分城區(qū)進(jìn)行連續(xù)覆蓋，與FDD 900 MHz頻段在農(nóng)村進(jìn)行廣域覆蓋；（4）A頻段僅在少量區(qū)域進(jìn)行容量補(bǔ)充；（5）FDD 1 800 MHz頻段作為4G主力覆蓋在部分城市城區(qū)進(jìn)行連續(xù)覆蓋，在熱點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)場景進(jìn)行容量補(bǔ)充；（6）E頻段主要用于室內(nèi)覆蓋。

結(jié)合頻段特性和現(xiàn)網(wǎng)使用情況來看，農(nóng)村區(qū)域目前基本是單一的F頻段或FDD 900 MHz頻段進(jìn)行的覆蓋。各城市城區(qū)在基礎(chǔ)覆蓋頻段有所差別，若未來采用全網(wǎng)統(tǒng)一頻段作為基礎(chǔ)覆蓋網(wǎng)絡(luò)，無論是選擇F頻段還是FDD 1 800 MHz頻段，勢必要在部分城市大規(guī)模建設(shè)對應(yīng)的頻段站點(diǎn)，而在目前4G投資嚴(yán)控的情況下顯然不可行，因此需采用因地制宜、分區(qū)域統(tǒng)一方式構(gòu)建基礎(chǔ)覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

基礎(chǔ)覆蓋層可結(jié)合頻率演進(jìn)策略和大數(shù)據(jù)平臺中各頻段用戶測量報告（Measure Report，MR）反饋的覆蓋指標(biāo)情況進(jìn)行分析后選擇。如某城市核心區(qū)域4G網(wǎng)絡(luò)采用D頻段覆蓋，但考慮到D頻段后續(xù)向5G演進(jìn)，需選擇其他頻段作為基礎(chǔ)覆蓋層。若F頻段覆蓋存在空洞明顯，F(xiàn)DD 1 800 MHz頻段覆蓋明顯優(yōu)于F頻段，則可通過拆閑補(bǔ)盲等手段對FDD 1 800 MHz頻段網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化作為基礎(chǔ)覆蓋層，反之則可選擇F頻段作為基礎(chǔ)覆蓋層。

明確網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)覆蓋層頻段后，可以根據(jù)小區(qū)資源使用情況逐步將不屬于本區(qū)域基礎(chǔ)覆蓋層，且小區(qū)利用率不高的D、F或FDD 1 800 MHz頻段設(shè)備逐步進(jìn)行拆除，調(diào)整到其他區(qū)域完善相應(yīng)的基礎(chǔ)覆蓋層。若短期的業(yè)務(wù)出現(xiàn)增長，可考慮5G 2.6 GHz頻段反開4G解決。

在網(wǎng)絡(luò)減頻過程中，可以采用逆向擴(kuò)容的思路對載頻減容進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷，即用當(dāng)前等效載波使用資源數(shù)量除以減容后的等效載波資源數(shù)量，看其利用率是否達(dá)到擴(kuò)容門限來逆向判斷減容節(jié)奏。逆向擴(kuò)容思路如圖1所示。該小區(qū)減去F頻段設(shè)備后等效載波利用率仍小于50%，因此可實(shí)施F頻段減頻。

圖1 逆向擴(kuò)容思路

實(shí)際實(shí)施中，為避免由于業(yè)務(wù)波動帶來的重復(fù)工作，可采取先關(guān)斷減容載波觀測一周，待小區(qū)無擴(kuò)容需求后再做物理拆除。

4 無線站點(diǎn)極簡

無線站點(diǎn)極簡包含天面極簡、機(jī)房極簡、配置極簡3個步驟，通過優(yōu)化天面結(jié)構(gòu)、配套和傳輸模塊室外化、逐步清退機(jī)房及其配套、集中設(shè)備處理單元，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維所需空間規(guī)模的縮小化，整體降低租金和電費(fèi)所需成本[3]。

4.1 天面極簡

現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)存在2G、3G、4G、5G多網(wǎng)絡(luò)、多制式并存情況，天面十分復(fù)雜，且鐵塔服務(wù)費(fèi)與天線數(shù)量、占用平臺數(shù)量相關(guān)，因此整合改造天面將有效降低天面的復(fù)雜程度，節(jié)省天面資源，降低租賃及運(yùn)營成本。

天面改造可綜合5G 2.6 GHz與700 MHz目標(biāo)網(wǎng)建設(shè)，通過對現(xiàn)網(wǎng)天饋系統(tǒng)進(jìn)行分析，在滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化的前提下，結(jié)合5G新增基站或網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整工作同步開展，以共址建設(shè)不增加天線點(diǎn)位為原則，采用多頻多端口電調(diào)天線整合天面資源。無論是哪個頻段網(wǎng)絡(luò)先行建設(shè)，均應(yīng)統(tǒng)籌考慮后續(xù)即將開展建設(shè)的目標(biāo)網(wǎng)規(guī)劃站點(diǎn)需求，穩(wěn)步、有序地推進(jìn)天面整合，避免造成投資浪費(fèi)。

對于需要整合的天面，可以按照每小區(qū)“最佳3面天線，最少2面天線”的目標(biāo)，制定3種組合方式：（1）三天面，4G（FDD制式）和5G（700 MHz）采用4+4+4天線整合，4G（TDD制式）獨(dú)立一副天線，5G（2.6 GHz）AAU獨(dú)立天面；（2）兩天面類型一，所有無源天線采用4+4+4+8天線整合，5G（2.6 GHz）AAU獨(dú)立天面；（3）兩天面類型二，4G（FDD制式）和5G（700 MHz）采用4+4+4天線整合，5G（2.6 GHz 8通道設(shè)備）獨(dú)立一幅天線。

4.2 機(jī)房極簡

機(jī)房極簡主要是利用5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)創(chuàng)造的有利條件，對機(jī)房站點(diǎn)的現(xiàn)網(wǎng)4G采用分布式無線接入網(wǎng)（Distributed Radio Access Network，D-RAN）站點(diǎn)進(jìn)行全室外化改造和BBU集中搬遷，實(shí)現(xiàn)配套室外化、零機(jī)房化[4]。4G BBU參照5G網(wǎng)絡(luò)將同等覆蓋區(qū)域的BBU集中到同一個C-RAN機(jī)房。BBU集中后可對天面端進(jìn)行去機(jī)房改造，RRU/AAU或有源波分設(shè)備可使用室外電源模塊和室外刀片電源產(chǎn)品進(jìn)行供電。

通過改造可實(shí)現(xiàn)BBU集中放置，讓天面端擺脫機(jī)房條件的限制，有效降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維費(fèi)用，提升網(wǎng)絡(luò)協(xié)同效率。在天面端的去機(jī)房改造時，需注意與其他各專業(yè)的協(xié)同，確保其他專業(yè)設(shè)備可實(shí)施搬遷或同步集中，以實(shí)現(xiàn)真正的天面端去機(jī)房化。

4.3 配置極簡

早期受4G設(shè)備兼容性、板塊能力以及D-RAN組網(wǎng)方式的影響，基本是一個站點(diǎn)不同制式分別采用不同BBU進(jìn)行建設(shè)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，BBU兼容能力、板塊的支撐能力得到了很大的提升，目前國內(nèi)主流廠家的設(shè)備已實(shí)現(xiàn)：（1）支持4G/5G共BBU設(shè)置；（2）單BBU支持5～6塊基帶板塊配置；（3）單板支持6～12個載波的配置能力。如果仍采用一站址對應(yīng)一個BBU，硬件資源將不能得到有效利用。若某個站點(diǎn)4G只有3個單載波小區(qū)的需求，配置一塊基帶版塊，其資源利用率不足板塊能力的1/4。在BBU采用C-RAN方式集中部署時，可實(shí)現(xiàn)多載波、多基站共BBU框，集約BBU設(shè)備資源空間，通過基帶板間共享，提升設(shè)備處理和站點(diǎn)協(xié)同的能力[5]。同時，節(jié)約的機(jī)框、基帶、主控板卡可用于其他區(qū)域利舊建設(shè)或網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，彌補(bǔ)4G資源空缺。

5 結(jié) 論

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的完善、終端的普及以及應(yīng)用的發(fā)展，5G分流效果將越來越明顯，4G網(wǎng)絡(luò)必將成為輕載網(wǎng)絡(luò)。4G網(wǎng)絡(luò)簡化將是未來無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)發(fā)展的必由之路。開展網(wǎng)絡(luò)的極簡化改造，將有效降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營與維護(hù)成本，提升資源使用效率，助力企業(yè)的高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展。