5G技术延续4G网络生命研究

2019-01-18甘志浩福建省邮电规划设计院有限公司

数码世界 2018年12期

关键词：高负荷蜂窝频段

甘志浩福建省邮电规划设计院有限公司

1. 引言

通信技术快速发展，我国从通信技术跟跑者提升为4G领域并跑者，并制定了领跑5G时代的远大目标。国内5G网络的前期部署投资，三家运营商预计耗费1.2万亿元。巨大的投资风险，成为我国迟缓部署网络的重要原因。

截止2018年6月，我国4G用户数已达11.1亿多。4G流量高速增长，用户感知及扇区容量受到极大考验。相比4G，5G单位面积数据容量提升1000倍，单用户数据速率提升10~100倍。5G技术的发展，为4G网络突破容量瓶颈带来希望。

2. 技术选用要求

通过项目可行性和时效性分析，对5G技术选用提出了以下要求：

（1）传输网络结构及传输设备性能不做改变。对热点区域接入单站点带宽仅进行扩容提升。

（2）4G商用频段不做改变。充分利用好国家颁布的现有4G商用频段，对热点基站设备性能、软件、天面进行改造升级。

（3）现有4G宏基站布局结构不做改变。热点区域使用密集蜂窝，宏微协同方式建设。

（4）替换热点区域4G基站设备。采用支持Massive MIMO、高阶调制、大频段处理能力、C-RAN等技术的新型4G基站设备。

本文深入研究5G技术嫁接4G网络，通过Massive MIMO案例验证该技术对4G网络能力的提升。

3. 技术嫁接条件及性能价值分析

3.1 大频段通信技术

原理：利用运营商多个或8个4G载波聚合使用。

条件：热点区域部分基站设备整体替换为宽频高性能设备。

性能价值分析：充分利用运营商频谱资源，构建4G网络的“大带宽”能力，实现媲美5G的极致速率体验，提前孵化如8K视频、云游戏、Cloud VR等5G时代的MBB业务。

3.2 大规模天线技术(Massive MIMO)

原理：阵子数是影响Massive MIMO性能的关键点，采用大量收发信机及天线阵列，阵子数量远超4G网络8阵子，波束赋形与空间复用相结合，提升区域频谱效率。

条件：替换天线及RRU设备。

性能价值分析：在不需要增加基站密度和频率资源条件下，频谱效率比普通宏基站增加3~5倍。可利用Massive MIMO水平和垂直波束赋形特性增加网络覆盖的灵活性。由于波束集中在很窄范围，可大幅降低干扰。波速赋性带来覆盖增益，可大幅降低单阵子发射功率。由于干扰得到很好的控制，大幅提升了单用户速率和区域数据业务容量。

3.3 高阶调制

原理：基站向用户传递的1个符号中有8~10bit的数据，较4G现行64QAM信号多传2~4bit，频谱效率提升大于33%。

条件：现有基站设备软件升级。

性能价值分析：高阶调制对于网络下行SINR要求极高。测试结果显示，256QAM下行SINR达到25db时才对下行速率提升有明显效果。室外环境下，该技术可与Massive MIMO联合使用，在控制信号间干扰的前提下提升用户速率。

3.4 密集蜂窝网络技术

原理：通过划小蜂窝结构，在单位面积内布局更多的基站及小区。

条件：物业条件允许，增加微基站、皮站、新型室分建设，需要光缆接入及传输设备投资。需要控制密集蜂窝间的干扰，确保小区增加后无线环境不恶化。用户低速移动或不移动。

性能价值分析：体育场馆、高校等流量极高密度的区域有较大价值。

3.5 C-RAN接入网架构

原理：控制与承载分离思路下，BBU集中放置。同一BBU接入负荷较高的宏站RRU和低业务小基站或室分RRU，便于负荷分担。

使用环境：物业条件较苛刻，基站运营环境不稳定。区域业务不均衡，潮汐效益较严重。

性能价值分析：BBU集中放置可增强小区间协同，提升区域网络质量及容量。C-RAN与密集蜂窝技术联合使用，增加区域蜂窝数量，同时降低配套投入。

3.6 高频段通信

由于高频段通信特指6GHZ以上频段进行通信，非4G商用频段，不具备4G网络嫁接条件。

4. Massive MIMO网络技术应用案例

4.1 案例方案

西南某理工大学分校，建成后学生将超过8000人，属于学校大话务热点。学校周边4G站点3个，覆盖学校区域高负荷小区15个，本次研究针对宿舍集装箱-LHHQ基站2号物理小区下的4个高负荷逻辑小区。该物理小区覆盖学校食堂及学生宿舍，下行PRB利用率高于90%，忙时流量超过6G，最大用户数超过200，属于高负荷严重区域。

此物理小区已全量使用该运营商所有室外4G频段，该区域已不具备4G容量扩容空间。结合现场物业情况，最终采用支持Massive MIMO技术的新型设备1套。建设前后，各小区忙时流量对比情况如下：

4.2 案例结果

该区域Massive MIMO小区建设后，区域高负荷状况得到缓解。晚忙时Massive MIMO小区分担了65%的业务，原高负荷小区上行PRB利用率下降12%，下行PRB利用率下降7%，区域最大用户数增加257个，区域晚忙时流量增加2.5GB。同时，用户感知明显提升。室外SINR从平均15.81dB提升至27.5dB，室内SINR从平均8.7dB提升至18.1dB，室内外用户速率平均提升90%以上。