5G网络部署关键问题的思考

昌应芬



5G网络部署关键问题的思考

昌应芬

安徽电信规划设计有限公司，安徽 合肥 230031

我国2020年5G正式商用，运营商面临如何快速建网、如何保护投资、如何满足业务需求等关键问题。对这三个问题进行了深入剖析，提出了具体解决思路，针对重要的技术问题，深入浅出，不纠缠具体的技术细节，给出了明确的解决方案，方便理解并可以在实际工作中直接应用。

上下行解耦；杆站；天面整合；承载网

我国5G网络部署提速的趋势明显，三大运营商试验网建设如火如荼。2020年我国5G将正式商用。随着我国5G引领战略的推出，全球5G都在加速部署。对于运营商来说，需要思考的关键问题是：如何在发令枪响后快速完成网络建设，率先放号；如何在5G网络建设过程中最大限度保护并有效利用以前的投资；如何准确地预测并快速满足用户新的业务需求。这些问题解决得好坏，很大程度上将决定三大运营商在5G市场上的竞争地位。

就这些问题，谈谈笔者的思考，欢迎业内专家共同探讨。

1 快速建网

5G网络工作频段在3.4～3.6 GHz和4.8～5.0 GHz，室内3.3～3.4 GHz。不像4G网络相对3G网络的频谱利用率有高达10倍的提升，5G网络相对4G网络在频谱利用率上没有任何实质性的突破，几乎没有提升，只是因为运营商都能分到100 MHz以上的频谱资源，比4G的20 MHz大得多，才能够支持5G网络的业务需求。5G网络在天线技术上将有较大进展。64T64R技术的应用，加上基站发射功率的提高，基本上能够弥补与4G网络工作频段1.8 GHz和2.1 GHz的下行覆盖差距。也就是说，5G基站的覆盖半径与目前的4G基站基本相当。但是所有的移动网络都是上行受限系统，手机的发射功率受限于电池技术以及用户对辐射问题的担忧，不会有很大的提高。如果手机的发射功率不变，3.5 GHz频段的上下行链路预算的差距13.7 dB，就将严重制约5G基站的实际覆盖范围（见图1）。在5G网络部署的初期，4G和5G网络共存为5G网络的上下行解耦提供了一个比较好的解决方案，可以利用4G网络1.8 GHz上行，而不是3.5 GHz上行，这样可以获得大约11.4 dB的上行增益，基本上能够解决上行受限问题（见图2）。3.5 GHz频段的另一个致命问题是穿透、绕射的能力太差，在解决室内覆盖、深度覆盖方面，需要做大量工作，设备商也在为此不断推出各种微站、室内覆盖技术。

运营商要实现快速建网，最核心的是要提前做好站址储备。在铁塔公司成立之后，三大运营商在塔类站址的获取能力方面已几乎没有差别，采用1.8 GHz或2.1 GHz上行，在实现城区连续覆盖方面，相对4G网络只需要增加10%～20%的基站，宏站站址储备的压力不大。在解决室内覆盖、深度覆盖方面，4G网络建设的大量经验都是可以借鉴的，不同的是需要储备大量的杆站资源，适应各种微站技术的使用。运营商前期承接平安城市建设的大量监控杆是非常好的资源，电源、光缆都已经到位，非常适合快速建站；而没有拿下平安城市项目的运营商，在这个城市的发展就比较困难了。但是只有监控杆是不够的，因为监控杆高度通常只有3.5 m，能适用的场景有限，很多区域还需要高一些的杆站资源，比如路灯杆。这些杆站载荷能力非常有限，通常只能是先到先得，运营商需要抓紧储备才能实现无缝覆盖。

图1 上行受限

图2 上下行解耦

站址获取之后，最重要的是要为每个站址考虑好配套问题。电源方面，需要预留4G基站3倍的功耗，满足5G基站的部署要求。光缆方面，最好能够按照环形网络结构做好ODN规划部署，方便组网。承载网方面，目前4G采用的IPRAN网络就能够很好地满足5G初期的业务需求。

发令枪一响，运营商的网络建设竞赛将立即展开。此时，运营商在4G时代积累的快速建网经验将发挥作用，包括货源组织、施工组织、业主协调等方方面面。这时候比拼的是各运营商的项目管理综合能力。

2 投资保护

5G网络投资巨大，对运营商前期投资特别是4G网络投资的保护和有效利用非常重要。

5G站址与4G的重合度很高，可以充分利用4G已经获取的站址进行建设，但是4G站址天面上的天线太多，5G继续租用新的天面费用很高并且可能已经租不到了，所以需要进行天面整合。目前的2G/3G/4G共站的天面上，基本上已经可以做到800～900 MHz一根天线，1.8～2.6 GHz一根天线。下一步天面整合的方法是把800 MHz～2.6 GHz频段全部整合到一根天线上，预留3.4～5 GHz频段天线的位置，在不增加天面的情况下实现5G网络的快速部署。

在语音业务方面，运营商的VoLTE网络在2017—2018年刚投入使用，在5G时代要继续有效利用，而不是新建5G的语音业务网络。这两年需要做的是尽快完善VoLTE的连续覆盖，通过有效的业务和终端策略牵引用户使用VoLTE业务，让已经非常老旧的2G网络尽快实现退网，同时把800 MHz、900 MHz频段退出来，完善4G网络的农村广覆盖和城区边缘覆盖，发挥4G和5G网络协同、不同频段资源协同的效果。

在数据业务方面，运营商的4G业务流量已经达到90%以上并继续提升，可以在适当的时机让3G网络退出服务，当然前提是要对只有3G手机的那部分用户做出合理安排。2G、3G网络的退出，一方面是对网络的简化、对频谱资源的有效再利用；另一方面可以简化对终端制式的要求，轻装上阵。

在承载网方面，4G时期已经建设的IPRAN网络、ODN网络都可以得到有效的保护和再利用。某种意义上看，运营商4G承载网方面的优势将可能转化为5G建网速度上的优势。

3 满足业务需求

从业务大类上来看，一般可以分为eMBB（人与人通信，如移动互联网、VR/AR等）、mMTC（物与物通信，如智能XX）和uRLLC（人与物通信，如工业制造、自动驾驶等）。

首先需要考虑的是对4G现有业务的承接。4G现有业务主要包括数据业务、VoLTE语音和NB-IoT，基本上都属于eMBB。语音业务可以继续由4G VoLTE网络承载，NB业务对网络资源消耗不大，需重点考虑数据业务需求，主要包括网页浏览、视频播放等。这类业务对带宽需求大，对时延要求不高。为了满足大带宽业务的需求，对现网的改造主要在承载网。

按照100 MHz频宽，上下行配比0.75，开销占比10%，Xn占比5%，峰值频谱效率40 bit/Hz，均值频谱效率7.8 bit/Hz，基站小区数3个计算，峰值小区=40 bit/Hz×100 MHz×1.1×0.75=3.3 G，均值小区=7.8 bit/Hz×100 MHz×1.1×1.05×0.75=676 M。从而，单站峰值=3.3+2×0.676=4.65 G，均值=3×0.676=2.03 G。每个接入环按10个基站（1个峰值站、9个均值站）计算，接入环带宽需求=1×4.65+9×2.03=23 G。每个汇聚环按6个站点，每个站点带4个接入环，接入汇聚收敛比=4计算，汇聚环带宽需求=23×6×4/4=138 G。

以上算法中的参数取值，实际组网中可能略有不同，但不影响对网络的规划。5G网络建设初期，建议按接入环10 G、汇聚环100 G组网，基本能够满足需求。随着业务量的增加，可以参考接入环10～50 G（根据基站数量、业务量不同）、汇聚环200 G逐步扩容。

其次需要考虑对5G新业务的承接。5G新业务主要包括VR/AR类、mMTC类和uRLLC类。这些业务对带宽的需求都不会超过视频类业务，但是部分业务对时延的要求非常高，特别是uRLLC类业务中的自动驾驶、无人机等，业务时延要求1～3 ms，对承载网单向时延的要求一般需控制在0.5 ms。我们知道，光速是30 km/s，每公里的时延约3.4ms，工程上通常按5ms计算，不考虑设备带来的时延，0.5 ms的传输距离也需要控制在100 km以内。所以，我们最主要的措施是要将业务控制设备部署到尽可能离用户近的地方，专业上叫作CU分离，U的层面尽可能下沉。此外，需要尽可能地减少设备带来的时延。幸好设备商的芯片技术在不断进步，目前已经能够制造时延不超过10ms的设备。如果我们能够控制好传输距离和跳数，0.5 ms的预算是可以达到的（见表1）。

最后是对业务品质的保障。4G网络主要通过QoS进行保障，并通过软件的方式实现。5G网络对业务品质保障的要求更高，不同类型的业务的要求不同，mMTC要求广覆盖、多连接，垂直行业要求独立管控，uRLLC要求超可靠、低时延。为了满足各类业务的不同需求，5G网络需支持软硬化的不同管道，采用基于FlexE标准的网络分片技术，在标准以太网的MAC层和PCS层之间插入Flex层，类似SDH的基于时隙调度技术，通过网络分片进行业务隔离，为eMBB、mMTC和uRLLC业务分配不同的管道，进而提供不同的业务品质保障，最后进行带宽捆绑，完成传输承载。

表1 业务时延标准

5G网络大规模建设时期即将来临，让我们共同研究5G网络部署的几个关键问题，深入思考、精心准备，形成完善的解决方案。5G的发令枪一响，立即快速完成网络部署、业务投放，为用户提供优质高效的5G业务服务。

[1]Afif Osseiran，Jose F. Monserrat，Patrick Marsch. 5G移动无线通信技术[M]. 北京：人民邮电出版社，2017.

[2]陈鹏. 5G：关键技术与系统演进[M]. 北京：机械工业出版社，2015.

[3]3GPP技术报告：TR 22.861：FS_SMARTER：Massive Internet of Things，TR 22.863：FS_SMARTER：Enhanced Mobile Broadband[R].

[4]3GPP技术规范：TS22.261：Service requirements for the 5G system[S].

Thought about the Key Issues of 5G Network Deployment

Chang Yingfen

Anhui Telecom Planning and Designing Co., Ltd., Anhui Hefei 230031

China’s 5G commercial use will begin in 2020, and operators face key issues such as how to quickly build networks, how to protect investments, and how to meet business needs. The paper has carried on the thorough analysis to these three questions and proposed the concrete solution thought, aiming at the important technical question. The paper explains the profound things in a simple way without entangling the concrete technical details and gives the clear solution,which is easy to understand and can directly apply in the actual work.

upstream and downbound decoupling; pole station; astronomical integration; bearer network

TN929.5

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