5G 关键技术及应用

2020-04-13郭玉倩张九丽

通信电源技术 2020年4期

关键词：站址核心网基站

郭玉倩，张九丽

（河南省信息咨询设计研究有限公司，河南郑州 450000）

0 引言

2018 年12 月10 日，工信部正式发文向中国电信、中国移动、中国联通发放了5G 系统中低频段试验频率使用许可，三大运营商5G系统试验频率分配如表1所示。

表1 三大运营商5G 系统试验频率分配表

1 5G 部分关键技术

1.1 大规模MIMO 技术

传统的TDD 网络的天线基本是2 天线、4 天线或者8天线，而大规模MIMO技术的通道数达到64/128/256个。该技术适用于宏蜂窝小区和中心基站[1]。

1.2 超密集组网（UDN）

在5G 的典型热点高容量典型场景中，为了实现5G 网络的高流量密度、高峰值速率、高用户体验速率，将采用宏微异构的超密集组网架构进行部署。

1.3 新型多址技术

以PDMA、SCMA 和MUSA 为代表的新型多址技术通过多用户信息在相同资源上的叠加传输，在接收侧采用先进的接收算法分离多用户信息，相比于OFDM，不但可以提供更高的频谱效率，支持更多的用户连接数，还可以有效降低时延。该技术可以作为未来5G 系统的基础性核心技术之一。

1.4 新型多载波技术

基于滤波器组的正交频分复用(FB-OFDM)技术，即在收发端通过多相滤波器进行子载波级滤波，简化实现的复杂度，能根据不同场景的需求侧重点，选择合适的波形函数调制发射数据，从而灵活地适用于不同的业务。

1.5 认识无线电技术（CR）

认识无线电技术就是在不产生干扰的前提下，终端通过对频段进行持续的频谱侦听，获取某一频段在时域、频域、空域的使用空隙，从而实现对频谱见缝插针的利用，提高了频谱利用率。

2 5G 三大典型应用场景

2.1 eMBB

增强移动宽带，针对大流量移动宽带业务，是5G的基础业务应用，是5G 网络最早实现商用、最为核心的场景。例如4K/8K 超高清视频、增强现实和虚拟实现等业务，将广泛应用于赛事/大型活动、智慧旅游、教学培训、视频监控等领域[2]。

2.2 uRLLC

超高可靠超低时延通信，将突破原有移动通信的行业局限，广泛应用于网联智能汽车、智能制造、智慧电力、无线医疗等更多领域。例如无人驾驶等业务（3G 响应为500 ms，4G 为50 ms，5G 要求0.5 ms）。

2.3 mMTC

大连接物联网，针对大规模物联网业务，是5G 三大应用场景中面向物联网业务的场景，对网络感知实时性要求低，但对终端密集程度要求高。延续现有的eMTC/NB-loT 物联网平台，将物联网应用渗透到人们的工作、休闲、居住、交通等各个领域，典型应用场景包括基于园区的智慧安防、楼宇管理、资产/人员管理等，以及基于城市的市政管理、环境管理、物流等众多领域。

5G 建设初期，主要聚焦eMBB 场景，后续视业务需求和产业链情况，逐步满足uRLLC 和mMTC 需求。

3 5G 核心网及无线网络搭建

3.1 核心网

5G 网络以SA 作为目标架构，初期采用NSA 架构进行规模试验，产业链成熟后，采用SA 架构进行规模部署。NSA 阶段，对于有切片需求的区域，可采用NSA/SA 双模组网，支撑2B（政企客户）业务发展。

NSA 组网是以现有的LTE 接入和核心网作为移动性管理和覆盖的锚点，新增5G 接入的方式。引入双连接概念，信令面由主站处理，用户面可选择走主站或者从站，以Option3 为例，LTE 做为主站，5/4G 互操作由主基站控制完成。

SA 组网，是指5G NR 独立组网，直接接入5G 核心网。终端同时只保持4G 或5G 的用户面连接，4G 和5G 可采用切换流程进行互操作，可能涉及4G/5G 核心网间互操作。

3.2 无线网

按照5G 网络“宏微协同，立体分层”的网络架构，如图1 所示。5G 基站选址应采用集中式、共享式的建设方式。宏基站用于水平空间30 m 以下的广域覆盖；微站用于深度覆盖和热点覆盖，同时弥补宏站广覆盖的不足；室内数字分布系统用于楼宇深度覆盖和30 m以上高层覆盖，最终形成“室内外协同覆盖，分层式滴灌覆盖”。

5G 网络建站初期，应首先选择现网LTE 站址共站建设，应充分挖掘存量站址资源，快速规模化建站。5G 时代，微站在网络深度和厚度覆盖上起着非常重要的作用。微站站址需求将爆发式增长，其主要建设方式有利用社会杆塔资源、利用社会建筑物资源、利用自有站址资源、新建杆塔等方式。

4 5G 建设对基站配套的影响

5G 基站部署方式主要有3 种：CU/DU 合设+AAU； CU 云化+DU 分布式部署+AAU；CU 云化+DU 云化+AAU。结合国内运营商网络现状，我国5G 建网初期，主要以第一种5G 基站部署方式为主，即CU/DU 合设+ AAU。CU/DU 云化集中设置，AAU 拉远。集中设置机房需安装多套CU/DU，集中设置机房需安装多个综合柜。

图1 5G 无线网络宏微协同立体分层网络架构图

5G 时代基站将翻倍增加、5G 网络设备功耗和重量大幅增加，这对基站电源配套、塔桅天面配套、基站传输配套提出了更高要求。5G 规模部署前，对基站配套的全面梳理和改造，将有利于5G 网络的快速建设和发展。

4.1 机房供电需求高

标准5G 基站的典型功耗约为4～5 kW，现网标准4G 基站的典型功耗约为15 kW 左右，5G 设备与4G 设备相比，功耗提升约3～4 倍。

在3/4/5G 网络共站，且三家运营商多制式共站的情况下，绝大部分存量站点电源系统需要扩容改造。

5G 高功耗最大的影响是电源系统，一方面设备功率增加导致开关电源容量、电池容量需求增大，另一方面蓄电池容量加大导致蓄电池充电功率增加，进一步提高了开关电源的容量需求。交流配电箱、开关电源整流模块、蓄电池、空调等配套，绝大部分存量站点需要扩容改造。

4.2 基站塔桅天面需改造

“宏微结合，立体分层”，宏站站址加密，微站需求爆发，需要更多的杆类、内墙、外墙、建筑物附属设施等站址资源。

AAU 内置阵列天线，天面挂载重量为40 kg 左右，天面挡风面积0.4 m2左右。AAU 需单独占用一个天面，无法与传统天线合路。现网标准4G 基站的天面挂载重量为30 kg 左右，天面挡风面积0.5 m2左右。5G 与4G相比，天面挂载重量上升约30%，天面挡风面积约下降20%。需复核塔桅、加固改造。