4G/5G无线网融合和协同的规划与建设

张福林

（广西千万里通信工程有限公司，广西 南宁 530000）

1 4G/5G组网架构的融合和协同

目前，第三代合作伙伴计划已经就5G网络规划部署的多种模式进行了深入的探讨，依照5G控制面锚点的区别可以将规划部署的模式分成如下两类：一类是SA——“独立部署模式”，另一类是NSA——“非独立部署模式”。SA是指以5GNR（新无线接入）作为控制面锚点接入NGCN（下一代核心网）。NSA区别于SA，通过4G基站作为5G信令接入锚点，采用双连接的方式，4G为主连接，5G为从连接，5G非独立部署模式的具体网络架构如图1所示。

图1 5GNSA组网架构

非独立部署方式的网络组织架构能够很好地支持5G建网初始阶段所需要的功能，不过在技术与资源这些方面上要想解决5G的部分问题还需要借助4G现网设备的优化与升级以及5G网元数量的新增等方式。

在主从连接的情形之下，信令与小数据包一般都通过4G基站进行传输，而大数据流的有关业务则需要依靠5G网络来进行，因此这种模式具备更强的互操作性，并且能够大幅度降低语音的时间延迟，确保数据进行切换时不会中断，从而大幅度优化用户的使用体验，确保5G NR能够迅速地大规模部署与建设，也为SA与NSA两种模式的共存提供了条件[1]。

与此同时，由于5G NR具备较大的带宽，因此如果将NSA用于过渡期的方案仍然有如下缺陷。（1）双连接的时间延迟性与LTE时间延迟性高度相关。（2）4G基站的终端功放往往是与基带同时进行各自的工作，因此会带来较高的功能消耗。（3）不具备切片的灵活性。

2 4G/5G无线网规划的融合和协同

2.1 网络定位

5G网络的建设过程应该秉持这样一条基本原则，那就是：4G和5G双网互相协同并且有效配合，从而最大程度上符合业务数量的需要，为用户提供更好的网路体验。4G网络定位主要由4个方面组成：（1）VoLTE基础覆盖层；（2）窄带物联网；（3）NBIoT；（4）4G容量层。5G网络定位则相对而言更加精确，主要是室外主力承载层，针对超高速率和垂直行业的应用。根据上文所描述的网络定位基本内容，可以看出5G网络不需要保持和4G相同的全覆盖性，因此应该全方位地对业务匹配方面的有关因素进行考量，充分把握目标市场，按照市场需要开展有关建设，最大程度上提升投资回报率。

2.2 夯实4G网络基础，全力提升VoLTE

对VoLTE开展有关部署能够极大程度上优化手机用户使用5G语音的体验，当前主要发展趋势是建议将5G语音落回到4G VoLTE，更低级的通信网络则不再考虑的范围之内，一旦将5G语音回落到2G或者3G网，则很有可能发生二次回落的问题，进而导致语音接通的时间延迟大幅度加长，使得用户的体验较低。而借助VoLTE和VoNR来实现对CS的代替是大势所趋，这样的替代能够加速2G网络与3G网络的退网，进而避免多网运维可能带来的乱象。

2.3 规划策略

在建设5G网络的初始阶段，主要将主要中心放在室外的覆盖方面，而仅以室内覆盖为次要中心，只有这样才能够加速5G在写字楼、交通枢纽等场景之下的具体应用。而在挑选覆盖区的时候也应该着重关注当地的业务需要，同时将品牌的宣传作为建设的目标，重点关注城区和垂直行业示范区等位置，切忌盲目地扩张网络覆盖的规模。

农村和一些偏远地区在建设初始阶段应该避免开展5G网络的部署，除非当地拥有较大的流量需求，否则农村仍然应该以4G为主，让农村长期保持4G和与5G网络并存的状态才是最为合适的部署模式。

3 4G/5G无线网建设的融合和协同

3.1 4G/5G室外覆盖融合和协同建设策略

现如今，有的厂家为了减少频段的损耗而使用一些较为先进的空口技术，如SDMA（空分复用接入）和Massive MIMO（大规模天线技术）等。借助这些空口技术能够确保在应用场景不同的情况之下都能够实现4G网络与5G网络的共存，甚至使得5G网络的覆盖规模和4G网络的覆盖规模相当。为充分发挥5G设备的能力，同时兼顾到4G业务需求，5G无线网设备应支持160 MHz全带宽，同时应具备4G/5G共模、频谱动态共享等技术特性，以充分发挥单比特建设成本和运营成本优势。可能设置方案如图2所示。

图2 4G/5G双模设备设置方案

上下行解耦在5G NR之中的应用确保下行数据能够在3.5 GHz和4.9 GHz这样的高频段进行传导与输送，这使得离基站距离较近的区域能够获得更加快速的5G，同时能够确保上行数据能够在1.8 GHz这样的低频段实现传导与输送，进而提升上行覆盖的范围与效果。

上下行解耦技术的应用一方面能够弥补上行缺陷，实现在密集城区5G基站数量的大规模减少，从而大幅度降低初始阶段网络建造的成本。另一方面，依据有关试验数据可得，上下行解耦的应用能够优化5G的室外覆盖程度。

3.2 4G/5G室内覆盖融合和协同建设策略

由于高频段在空中传播以及建筑材料的传播之中会较低频段有更大的损耗，故而要想在3.5/4.9 GHz这样的高频段之中实现室外覆盖相较于1.8 GHz这样低频段而言是更困难的。此外，对于传统的无源分布式天线系统而言，不管是否对其进行优化与完善，都无法满足高频段5G网络的应用需求。

新型室分网络逐渐由无源和光分的传统模式演变成当前的有源数字化微站模式，能够在没有多余衰减的情况之下满足多频段的应用需求，与此同时在进行容量的扩增时也不需要进行新增或者替换，就可以实现室内定位的高精准性，以及端口到端口的可控制性，并为用户带来极佳的使用体验。

4 5G技术4G化的应用

3D-MIMO技术是为了适应网络需要而出现的产物，该项技术借助时分双工的优势，能够有利于5G技术在4G网络之中的有效应用，这几年已经慢慢投入到一些热点位置开展具体应用，如高校所在地、高话务量区域等场景。现如今，5G的多天线MIMO技术已经研发到了一定的高度，可以实现较好的应用，3D-MIMO也能够应用于高频段的5G网络之中，并且能够和5G网络的新空口技术相互协调配合，从而提升频谱的效率、优化业务容量、扩大覆盖的范围。

（1）3D-MIMO融合了多天线技术与空分复用技术这两种技术的长处，使得多流量多用户群体的资源重复使用成为可能，同时该项技术也实现了对三维精准波束的形状赋予，让信号的能量能够更为集中，整体的方向准确性也能够进一步提升，还能够避免小区与小区之间的干扰和影响，最大程度上提升了小区的业务吞吐规模，优化了边缘用户的使用体验。

（2）当前，3D-MIMO技术只能够在TDD2.6 GHz的频段上投入使用，再加上TDD具备独有的上下行信道互相交换性，借助5G技术在4G网络下的优质应用，使得网络的稳定性与迅捷性快速提升，进而优化了用户网络体验。

（3）3D-MIMO技术能够依据场景的不同进行参数的灵活调整，一方面能够优化信号的室外穿透与室内覆盖，另一方面也能够满足普通宏站应用场景的基本需要。

5 4G/5G配套资源融合和协同

5.1 4G/5G机房天面的融合和协同

5G AAU是在64T64R多天线和RRU的基础之上进行融合建设而成的，其特点有体积小、重量大以及宽度大等。因此，5G AAU难以与其他系统天线合路。4G和5G共用的站点在未来也能够使用多模多频的BBU与RRU来更换原有的基站设备，从而让每个基站都能够配备至少一个BBU、一个RRU和5G AAU，再加上一面多频共用天线的安设（见图3），势必会腾出更多的空间来进行后续有关设备的安放。

5.2 4G/5G配套电源的融合和协同

5G宏基站的有关设备往往具备能耗大的缺点，而且原有宏站往往设备数量庞大，设备种类繁杂，整体面临较多的负荷，不过鉴于2G和3G网络正在逐渐进行退网，可以考虑使用开关电源来对5G设备进行直接供电。

此外，建议对小区、社区、商圈、城中村这类处于5G网络底层的场景建造5G微站。如果是和4G微站共用地址的情况之下，建议考虑一下共用电源或者进行电源柜的新增，尽可能确保每一个微站都能够和至少一个电源柜相匹配，电源应该由最近的位置接入，也可以考虑借助附近的电源来实现电源的供给，如附近监控摄像头、路灯以及交通信号灯这类的公共电源。

图3 4G/5G天面多频共用天线

6 结 论

目前，我国的三大运营商已经建设完成并拥有位居全球覆盖率第一的优质4G网络，我国的4G网络用户总数也是全球第一。基于这种大规模性，再加上5G网络的频段较高、建造成本较高，运营商应该着重关注自身的比较优势，进一步维持自身的竞争实力，优化自身资源配置的同时提升社会的效益，从而进一步优化完善4G/5G融合技术，在深化4G技术的同时加速5G技术的4G化进程，从而确保4G网络能够与5G网络实现长久地协调配合与互利共存。