5G超密集组网应用场景分析与实施方法研究

王海猛

（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，郑州 450000）

1 引言

2018年6月13日，国际电信组织3GPP确认并冻结了5G独立组网部分功能标准，这意味已经完成5G第一阶段功能标准化工作。5G拥有的高带宽、高速率、高可靠、低时延、低功耗、大连接等移动互联及物联网相交织的新型互联跨界业务发展前景，将产生移动数据流量爆发式增长和海量设备连接需求。虽然5G引入F-OFDM、FBMC多载波技术以及3D-MIMO等多天线技术能够获得更高的频谱效率，但当前由于低频段频谱资源的稀缺，仅依靠提升频谱效率无法深层次满足5G广泛的业务开展，尤其是暴涨的移动数据流量的业务需求。5G将选取更多的频谱资源以及更加密集的小区等共同满足移动业务流量增长的需求。增加单位面积内宏基站和微基站密度是解决热点地区移动数据流量飞速增长的最有效手段，从而实现热点区域网络异构的UDN（Ultra-Dense Network，超密集组网）。

2 应用场景分析

超密集组网主要应用于具有大流量特性的数据热点场所，依据5G拥有的三大典型应用场景（eMBB、mMTC、uRLLC）各自的性能需求，尤其是eMBB增强型移动宽带需求（主要代表应用4K高清视频、VR虚拟现实、AR增强现实、远程医疗、远程教育、外场支援、多人线上会议等），其可靠性及高数据流量要求网络满足良好广覆盖的同时满足深度覆盖。从eMBB代表应用可以看出，数据热点在室内及室外均会广泛出现，用户数量、用户习惯、业务类型等共同决定了数据需求量。因此超密集组网主要场景将出现在办公室、密集住宅、密集街区、大学校园、大型集会、体育场馆、地铁、医院等[1]。不远的将来，随着移动通信的资费降低和速率提升，有线宽带可能逐步被取代，这将进一步增强各场景对数据流量需求。超密集组网主要应用场景如图1所示。

图1 超密集组网主要应用场景

不同场景覆盖需求不尽相同，覆盖方式也亦有所不同，场景特点及需求定位分析至关重要。对于数据热点区域，一般而言室外宏站的站址密度相对较大，新建选址空间有限。即使有新建站空间，站址协调及建设难度大，往往需要通过宏微协同、室内外协同等方式进行覆盖及容量的提升。对区域内场景及业务需求分析是实现资源优化组网的前提，超密集组网主要应用场景覆盖特点、业务特点及建设覆盖方式及如表1所示。

3 实现方法研究

3.1 组网方式

3.1.1 无线接入网组网方式

根据场景业务需求特点，规划无线接

入基站密度。热点区域形成宏微协同、室内外协同的异构网是形成超密集组网的主要方式。借鉴4G网络形成之初的建设情况，5G依然优先在存量站址上部署宏站。由于存量塔桅承重不足导致无法新增宏站需求，同时5G频段高而易形成弱覆盖区域，这些情况下均需要在原有拓扑结构上增加宏站满足连续覆盖。

表1 主要应用场景覆盖特点、业务特点及建设覆盖方式

根据热点区域场景分析，宏站建设往往困难重重，需要通过微站建设来满足连续覆盖及深度覆盖，且满足热点区域容量需求。有些热点区域需要全部通过微站进行组网解决，同时由于传统室内覆盖分布系统已经无法满足损耗要求，室内覆盖同样需要通过微站进行解决。因此超密集组网从无线接入侧看，主要有两种形式的异构，一种为宏站+微站，一种为纯微站。

由于5G微站传播损耗大，500 mW微站覆盖距离在10～50 m之间[2]，可见微站在5G覆盖中的重要性，超密集组网无线接入覆盖方式[3]如图2所示。

通过建设密集的微站，形成对宏站覆盖及容量的提升，对于无法新建宏站区域，通过微站建设的灵活性、小型化等优势，进行独立组网，因此热点区域超密集组网方式后续发展主要以微站为主体但网络复杂多样，区域内大数量微站单元极易形成干扰，需要形成核心网集中管理。

3.1.2 核心网组网方式

5G独立组网方式有两种方式实现，一种使用5G的基站和5G的核心网，同步建设，其服务质量更好，但对资源要求高、投入成本大。另一种先部署5G的核心网，并在5G核心网中实现4G核心网的功能，先使用增强型4G基站，随后再逐步部署5G基站。无论哪种独立组网实施方案，5G与4G功能相比，是对其原有EPC及BBU功能的拆分整合，形成了有利于5G云化、虚拟化、集中化管理的网络结构[4]，具体如图3所示。

由于5G多天线及大带宽的特点， DU与RRU间的前传带宽显著增大，因此将DU进行拆分，把一部分物理层的功能上移至AAU，以降低DU-AAU之间的传输带宽。可见5G网络远端重要性有所提高，DU从逐站部署向DU Pool部署，实现某一区域超密集组网远端集中管理，实现小区虚拟化，减小干扰，区域内DU集中机房的位置选取及建设标准至关重要，配套保障要求已远远高于4G移动基站配套需求。

图2 超密集组网无线接入覆盖方式

3.2 配套建设

根据以上分析，超密集组网下高密度微站系统设计将成5G网络要件，与之对应的天面塔桅资源、远端后备电源以及光纤资源的需求急剧增多，同时DU集中布置的重点机房建设提出了更高的建设需求[5]。

3.2.1 塔桅资源储备

根据4G微站设备的建设情况，推断5G微站设备同样会产品样式多样，其建设方式灵活，适应能力强，既有覆盖室外微站，也有覆盖室内的微站或者可同时覆盖室外和室内的产品。同时考虑5G微站频段更高，功能更多，推测5G微站尺寸与4G相当。5G超密集组网可以带来可观的容量增长，但在实际部署中，站址的获取和建设成本是超密集小区需要解决的首要问题，需要秉持利旧为主、新建为辅，实现方案标准化、产品化、简美化，同时充分利用政策优势，批量获取社会资源，实现部署成本控制，促进超密集组网建设落地。

图3 5G集中布置及协同组网（R-RAN与云化并存）

塔桅资源的储备是实现5G超密集组网至关重要的保障。塔桅资源涵盖了存量站址塔桅资源、社会资源和新建杆塔资源。塔桅资源储备的首要任务是对存量站址塔桅资源做全面的梳理及承重能力初步复核。需梳理社会资源，通过评估，筛选出可用的社会资源，其包括社会杆塔及公共建筑资源、社会杆塔如灯杆（路灯杆、小区灯杆等）、监控杆（交通、治安等）、电力塔（电力公司各类塔型）、广告牌、传输杆、公共建筑资源如政府公共建筑（办公楼、环卫楼、公共卫生间等）、企事业单位公共楼宇、桥梁等。

微站的建设灵活性及设备多样性决定了可用社会资源丰富，利用政策优势提前部署有利于大规模微站建设的快速落地并提升资源互享，节能建设，同时应加大微站美化隐藏技术的研究及延伸，降低微站的建设难度。

3.2.2 远端后备电源配置

5G微站功能及在网络结构中的更多作用决定了其对后备电源配置需求的提升，后续微站建设中引电备电将是重要的成本支出，可通过电源集中备电实现集中管控、规模管控及成本节约，对于重要场景利用锂电池外形可塑性，因地制宜实现备电设备与微站设备同步美化隐藏。

集中供电模式目前主要为从附近基站或在区域内新建电源设备/机房内通过直流远供或交流远供实现电源备电的集中设置。需根据设备功耗，评估原有机房电源承载能力，无法实现集中备电的区域可以分片通过锂电池实现绿色备电，具体如图4所示。

根据区域环境及建筑分布，可将锂电池电源设备安装于特制垃圾筒、灯杆下或者座位下，形成电源设备的隐藏布置，降低了电源布置的难度，同时提高了设备安全性。

3.2.3 重点机房建设

5G组网结构下DU集中布置于机房，此类机房的重要性显著提高，并为后续开展边缘计算等业务提供配套支撑，其配套设备配置要求远高于移动基站机房，更加接近于IDC机房相关配置要求。机房位置需具有长期稳定性，便于组网的实现。通过加强与政府合作，将相关规划纳入城市规划中，获取政策性支持，完成土地确权，实现机房建设的合规性，提升稳定性。重点机房理想位置规划如图5所示。

图4 微站分片锂电池备电

图5 重点机房理想位置规划示意图

重点机房合理规划位置的同时合理配置管控区域范围，满足DU集中布置、电源集中供电、电源集中保障、传输集中配置以及空间集中管理要求，其在超密集组网中将起到重要的支撑作用。后续建设中需考虑电源一组一备、按功能分区设备安装及市电引入等级等，同时考虑长远业务需求，配置机房尺寸及电源容量。

4 结论

通过分析超密集组网主要应用场景以及其高密度数据流量需求的位置、数量流向、流量的大小等信息，明确区域内业务需求从而确定超密集组网关键组件微站的建设需求，确定塔桅资源、电源、以及区域重点机房建设需求，实现区域内设备的集中管控，提升网络可靠性，同时通过提前梳理并积极利用政策支持、资源互享互利方式获取塔桅资源，实现提升热点区域容量的超密集组网的有效落地实施。