基于雙微波解決700M頻段5G建設(shè)難題及應(yīng)用

［鄧秀柏 何華勇 劉仿生 黃承雨］

1 前言

700M頻段作為5G的打底網(wǎng)絡(luò)，憑借其低頻的技術(shù)特點(diǎn)，在廣泛覆蓋場(chǎng)景中具有顯著優(yōu)勢(shì)。此外，它還能承載未來(lái)終極語(yǔ)音解決方案——VoNR。因此，全面發(fā)展700M頻段5G是推動(dòng)5G高質(zhì)量發(fā)展、融入百業(yè)、逐步淘汰2G和4G以及降低運(yùn)營(yíng)成本的關(guān)鍵步驟。然而，盡管已歷經(jīng)多年攻堅(jiān)建設(shè)，部分站點(diǎn)仍因當(dāng)?shù)匚飿I(yè)糾紛或?qū)嶋H條件不允許（如海島站點(diǎn)）而無(wú)法完成光纜建設(shè)。由于700M頻段5G建設(shè)需要較大的傳輸帶寬和SPN切片功能，基站原有的微波既要承載PTN網(wǎng)絡(luò)，又要滿足4G各頻段覆蓋，剩余的帶寬不足以滿足700M頻段5G的需求。在無(wú)法微波改光纖的情況下，一批類似站點(diǎn)陷入建設(shè)瓶頸，導(dǎo)致700M頻段5G連續(xù)覆蓋難以實(shí)現(xiàn)。

本文主要探討在嚴(yán)重糾紛且無(wú)法微波改光纖的原有微波站址上，如何實(shí)現(xiàn)700M頻段5G建設(shè)。

2 雙微波通信技術(shù)介紹

（1）微波通信的基本原理

微波通過空氣傳播，目前基站微波通信主要采用頻率在300 MHz到300 GHz之間的電磁波，相比于4/5G的無(wú)線通信，微波通信具有頻率高、較好穿透性的特點(diǎn)，能夠較好地克服雨霧的影響，具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地遠(yuǎn)距離通信。

（2）微波通信的頻段與速率

湛江基站微波普遍采用KU波段的13 GHz或15 GHz頻率，正常傳輸距離3～4 km，在天氣條件理想情況下可以達(dá)到6 km，現(xiàn)網(wǎng)使用的產(chǎn)品峰值帶寬只有350 Mbit/s，在同相時(shí)容易產(chǎn)生同頻干擾。

（3）現(xiàn)網(wǎng)微波通信現(xiàn)狀

基站微波實(shí)際使用里，受限于投資和環(huán)境，往往只用一套微波經(jīng)過一個(gè)中繼站接入現(xiàn)網(wǎng)PTN網(wǎng)絡(luò)。在歷經(jīng)2G到5G的迭代，基站整體速率需求從幾十M飆升到幾百M(fèi)甚至1 000 M，原有的350 Mbit/s帶寬的微波面對(duì)2/4G無(wú)線需求已捉襟見肘，如今再增加開通5G的700M系統(tǒng)，則更容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁塞掉包，導(dǎo)致整站的速率不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響用戶感知。

在現(xiàn)有建設(shè)條件下無(wú)法進(jìn)行光纜改建的站點(diǎn)（多為農(nóng)村或海島），又是700M頻段5G連續(xù)覆蓋的重要站點(diǎn)，為了完善5G的700M頻段連續(xù)覆蓋，就必須要完成其700M頻段設(shè)備改造，問題就在如何去滿足700M頻段5G的傳輸帶寬。該問題有2個(gè)方案可以解決：一是退下多余的無(wú)線系統(tǒng)，騰出傳輸帶寬給700M頻段5G；二是想辦法新增基站整體的傳輸帶寬。

在通過理論驗(yàn)證各個(gè)無(wú)線系統(tǒng)的帶寬需求后，再新增一套微波來(lái)完成700M頻段5G的傳輸，成為了一種可能。剛好在經(jīng)過大量的微波改光纜建設(shè)攻堅(jiān)后，閑置了部分微波，可以利用此契機(jī)來(lái)完成困難的微波站址的700M頻段5G建設(shè)覆蓋。

（4）雙微波技術(shù)

在原有微波基站上，再增加一套微波，形成雙微波來(lái)供給基站的傳輸，從而同時(shí)滿足4G和700M頻段5G的覆蓋要求?？紤]到同頻干擾和同向干擾（理論），需要尋找與之前微波不同的對(duì)端站點(diǎn)，采用不同的首發(fā)頻段配置，做好頻率隔離，才能滿足需求。例如，可以使用S+C頻段配置，其中S頻段用于回傳，C頻段用于前傳[1]。

3 基站配置介紹

（1）移動(dòng)各系統(tǒng)的傳輸帶寬配置需求

在農(nóng)村基站里，主要存在FDD制式同頻2/4G，以及TDD制式的4G，以移動(dòng)分配的頻率為例，主要有：

①900 MHz（Band8）FDD，上行：889～904 MHz，下行：934～949 MHz，帶寬共計(jì)15 MHz；

② 1 800 MHz (Band3) FDD，上行：1 710～1 735，下行：1 805～1 830 MHz，帶寬共計(jì)25 MHz；

③1 900MHz(Band39) TDD，上行1 885～1 915 MHz，下行1 880～1 885MHz

④ 2 600MHz (Band41) 2 515～2 675 MHz，帶寬共計(jì)160 MHz，但前期用于TD-LTE的帶寬是2 575～2 635 MHz，共計(jì)60 MHz。

除以上2/4G頻段，本次所探索的5G的700 M頻段，采用的頻率是703～743/758～798MHz（n28），實(shí)際建設(shè)使用帶寬為30 M。

在實(shí)際工程建設(shè)中，往往采用4448天線來(lái)合路以上band8、band3、band39、n28頻段，即除了band41、n28是8通道外，其他的均是4通道。

（2）700M峰值速率

根據(jù)現(xiàn)階段建設(shè)情況，700M頻段5G采用與部分4G合路，天線為8通道，使用帶寬為30M，700M頻段采用的5G技術(shù)里，子載波帶寬為15 kHz，因此PRB為160個(gè)，根據(jù)3GPP協(xié)議TB Size大小計(jì)算方式，峰值速率測(cè)算為：

各參數(shù)設(shè)置如下：

①v(j)是層數(shù)，根據(jù)38.802相關(guān)要求，700 MHz下行最大2流，v(j)=2；

③Rmax的值取決于3GPP 38.212和3GPP 38.214中的編碼類型，對(duì)于LDPC碼，最大編碼為Rmax=948/1024=0.925 781 25；

④f(j)是一個(gè)縮放因子 (參考3GPP 38.306)，f(j)=1；

⑤OH(j)是控制信道開銷，根據(jù)3GPP 38.306要求，按14%計(jì)算，OH(j)=14%；

⑦700M子載波帶寬15 kHz計(jì)算，在30 MHz帶寬里，以96%帶寬利用率，其PRB約為30*（10^3）*96%/（12*15）=160個(gè)，因此N（PRB）=160，每個(gè)RB塊包含14個(gè)RE塊，因此整體的

由于700M使用FDD制式，不存在時(shí)隙配比，將以上參數(shù)代入公示，算出峰值速率為：

Data rate(in Mbit/s)=10（^-6）*2*8*1*0.92578125*(160*14*12)*(1-14%)/0.001=342 Mbit/s

由此可知，原有基站微波350 Mbit/s在供給700M頻段5G使用后，無(wú)法滿足原站2/4G需求，而采用新增一套微波來(lái)給700M頻段5G使用，則剛好滿足，且不對(duì)2/4G造成影響。

（3）雙微波的實(shí)際配置

在實(shí)際探索中，針對(duì)農(nóng)村難點(diǎn)N1，采用了雙微波方式，原有基站微波為從N1的東向打往N2，新增一套微波從N1的南向打往N3（如圖1所示），所使用的頻率分別為：①N1 ?N2：發(fā)射頻率14.5 GHz、接收頻率14.9 GHz；②N1 ?N3：發(fā)射頻率14.8 GHz、接收頻率15.2 GHz。兩者間基本實(shí)現(xiàn)有90度的隔離，接收頻率有0.3 GHz隔離，實(shí)現(xiàn)正常通信[2]。

圖1 基站雙微波配置圖

在原微波固定不動(dòng)的情況下，仍由第一微波承載2G、4G，確保原有配置和現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)不受影響，第二微波承載700M頻段5G，350 Mbit/s的帶寬足夠滿足700M頻段5G的使用需求。同時(shí)，由于兩個(gè)微波的不同方向布置，也有效地形成了物理雙路由，可布置自動(dòng)靈活的容災(zāi)保護(hù)機(jī)制（基站安裝雙微波前后如下圖2、圖3所示）。

圖2 基站雙微波安裝前（單微波）

圖3 基站雙微波安裝后

雙微波在PTN配置雙路由為冷備份，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程為定向，但當(dāng)其中一微波路由局向故障時(shí)該局能自動(dòng)倒換到另一路由，占用容災(zāi)業(yè)務(wù)帶寬，在單個(gè)頻段峰值過高時(shí)，可適當(dāng)進(jìn)行帶寬調(diào)整。最關(guān)鍵的是，較大地提升了臺(tái)風(fēng)期間的保障效率。

4 效果呈現(xiàn)

（1）顯著的效率和容量提升

①在經(jīng)過多個(gè)類似的雙微波站點(diǎn)布置后，我們截取了部分站點(diǎn)對(duì)比，在微波建設(shè)700M頻段5G條件下，雙微波形式比單微波形式的700M頻段5G，下行使用體驗(yàn)速率有32%的提升，上行業(yè)務(wù)由于整體需求不大，兩者速率均能輕松滿足。而未進(jìn)行雙微波建設(shè)模式的700M站點(diǎn)里，同站2/4G對(duì)比（如表1所示）。

表1 單雙微波的流量和速率對(duì)比情況

（2）大幅下降的成本投入

對(duì)比本地區(qū)21、22年常規(guī)微改光改造，以平均1.5公里長(zhǎng)的桿路建設(shè)計(jì)算，建設(shè)成本為2.56萬(wàn)元，考慮到現(xiàn)階段的特殊場(chǎng)景站點(diǎn)，協(xié)調(diào)費(fèi)要近1萬(wàn)，完成建設(shè)總成本要達(dá)月3.5萬(wàn)元。而利舊現(xiàn)網(wǎng)微波進(jìn)行雙微波建設(shè)，包含拆舊站微波到目的站安裝，這部分工作沒有協(xié)調(diào)成本，總費(fèi)用約2.13萬(wàn)。對(duì)比之下，成本下降約39%。

從建設(shè)層面來(lái)看，使用雙微波不但投入低，建設(shè)周期也非?？?，往往只需3天左右就可以完成，沒有協(xié)調(diào)成本；使用光纜投入高，協(xié)調(diào)困難，建設(shè)周期也要近半個(gè)月。

（3）穩(wěn)固的雙路由保障

在2023年7月的“泰利”臺(tái)風(fēng)中，雙微波站點(diǎn)，尤其是海島站點(diǎn)，比單微波站點(diǎn)在擴(kuò)災(zāi)安全方面有明顯的雙路由優(yōu)勢(shì)；在極端天氣條件下，雙微波技術(shù)的容災(zāi)保護(hù)機(jī)制將顯著提升網(wǎng)絡(luò)在自然災(zāi)害等應(yīng)急狀況下的通信能力，為災(zāi)后救援和信息傳遞提供有力支持。

5 社會(huì)影響和未來(lái)應(yīng)用

前面說到，雙微波建設(shè)700M不僅是面對(duì)困難站點(diǎn)的一種無(wú)奈之舉，更多地可以挖掘其使用場(chǎng)景和經(jīng)濟(jì)效益，在嚴(yán)重糾紛的農(nóng)村站點(diǎn)、海島站點(diǎn)，通過雙微波解決700M網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難題，提高農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)的數(shù)字通信服務(wù)水平，積極縮小數(shù)字鴻溝，使更多人能夠享受到先進(jìn)通信技術(shù)的紅利，實(shí)現(xiàn)一種特殊場(chǎng)景下的數(shù)字通信包容和公平性。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能城市發(fā)展，尤其是海邊城市海洋牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，受海洋場(chǎng)景下布放光纜的限制，微波開通5G實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)(Massive Machine Type Communications -mMTC)的場(chǎng)景越來(lái)越頻繁出現(xiàn)，而面對(duì)重要場(chǎng)所以及加強(qiáng)海域覆蓋，同時(shí)滿足4G海域覆蓋和5G增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(Enhanced Mobile Broadband-eMBB)業(yè)務(wù)需求，就要考慮雙微波在5G上的應(yīng)用了，除外，它還提供了更可靠的通信基礎(chǔ)設(shè)施。

在未來(lái)，微波并不會(huì)像我們本次運(yùn)用的利舊微波，僅有350 Mbit/s，未來(lái)微波的帶寬和時(shí)延將進(jìn)一步發(fā)展，到時(shí)候，基于微波的5G通信，將會(huì)在切片、IPTV等場(chǎng)景上進(jìn)一步探索發(fā)展，借助高速率微波，將徹底解決困難站點(diǎn)、海島站點(diǎn)等特殊場(chǎng)景的傳輸通信，也將在海洋牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中推動(dòng)5G垂直行業(yè)的加快應(yīng)用。