5G建设成本分析及应对策略与方案探讨

2020-09-14余毅钟翠明江西省邮电规划设计院有限公司南昌市330002

江西通信科技 2020年3期

余毅钟翠明江西省邮电规划设计院有限公司南昌市 330002

0 引言

“4G改变生活、5G改变社会”，5G作为构建数字化工业、智能化社会并实现万物互联的网络基础和引擎，被世界各国高度重视并寄予厚望。但从5G技术特性、网络产品和工程实践来看，5G投资巨大；业界普遍认为巨额投资将可能成为阻碍5G发展进程的主要因素。由于5G采用3.5GHz及更高的频率，其传播损耗和穿透损耗更大，单站覆盖范围更小，覆盖同样区域需要更多站点；同时5G引入宽频通信、多天线等技术和设备，增加了AAU设备重量、耗电量、传输速率，对基站天面、电源、传输等配套提出新的更高要求；这些都将增加5G建设难度，带来建网成本大增。本文将从宏观政策、网络架构、配套工程等三个层面探讨降低5G建网成本的应对策略及方案，以求化解投资难题、促进5G又好又快地可持续发展。

1 5G建设成本分析

1.1 5G技术特性

（1）高频通信。5G采用比现有3/4G系统更高的无线频段，按3GPP分为FR1、FR2两段，FR1指Sub 6GHz以下频段，FR2指6GHz以上的毫米波频段。我国已经正式批复给中国电信的5G频段3300 -3600MHz（称之为3.5GHz）。无线电波的传播特性是：频段越高，信号空间传播损耗更大，室内穿透更大。体现到网络建设中，单站覆盖范围更小。根据链路预算，为满足下行100Mbps、上行5Mbps的要求，5G在城区的站间距只有150-250米左右，比4G现有站间距小2-3倍。

（2）全业务场景。5G有高速率eMBB、低时延URLLC、大连接mMTC三大场景，特别是针对移动物联网的低时延、大连接场景，大部分的应用/用户终端将在室内，甚至在地下室，对深度覆盖要求更高，大部分的楼宇、工厂、CBD、高层建筑都需要室内覆盖，室内站点建设量将比4G成倍增加。

（3）全新网络架构。5G为满足低时延应用需要，将采用云化架构，需要全新建设5G核心网、承载网。整个网络架构更加扁平化，核心网UPF将下沉、无线网CU将集中部署，MEC随应用逐步下沉到用户端，都将极大增加网络新建规模和投资；由于5G可实现超高速率，单站可达到10Gbps以上，从基站到核心网都需要新建端到端的更大颗粒的新型STN承载网（如接入网从4G的1Gbps环网到5G的50Gbps环网，容量增长几十倍），光缆更多，管道更多，投资也将大增。

（4）多天线技术。5G基站采用64T64R的多进多出天线技术，使天线尺寸更大、更重，空口速率更高，耗电量也更大，对此增加了宏基站的天面架设设施、电源配套、光缆传输、后备电源等配套建设或改造难度，将带来配套投资增加。

1.2 5G建设规模估计

（1）室外基站： 5G采用高频通信，单站的覆盖范围只有150-250米左右，比4G缩小2-3倍，为了实现相同面积的地理区域的5G信号覆盖，5G室外基站建设规模将是4G的2-3倍。

（2）室内覆盖：5G室内穿透能力更差，室内深度覆盖将是5G建网最大挑战。为实现对CBD、高层建筑、工业互联网、智能工厂、智能小区、智慧家庭、智慧医疗等5G应用的室内信号覆盖，5G室内覆盖系统数将是4G的4-5倍以上。

（3）小站/杆站：为做好局部热点容量分流和信号补盲，将逐步加大对小站/杆站的建设力度，按产业预计，将可能在5年后启动mmWave毫米波的5G网络建设，届时基站覆盖半径将在50米左右，小站/杆站数量将激增。

1.3 5G建设成本分析

5G网络建设成本包括无线网、承载网、光缆网、核心网、IT支撑网等。按中国电信、中国联通积双方集团总部共建共享要求，由电信单独承建双方5G共享网络建设，5G基站主设备、承接网的建设需要考虑联通频段和需求，投资及运营成本会更高。

5G单站综合建设成本将达到60万元以上。与4G单站综合建设成本20万元相比，5G单站综合建设成本是4G的3倍以上。

表1 5G建设成本分析

1.4 5G运营成本分析

5G运营成本包括5G基站电费、5G站址租赁费、5G市场运营成本、5G网络维护成本、5G人工成本等。本文只对5G基站电费、5G站址租赁费两部分进行分析。

（1）5G基站电费

当前5G基站采用标准S111（1个BBU+3个AAU）标准配置，额定功耗将达到3.5KW。若采用电联共建共享，单个站点同步开通200MHz共享载波，设备耗电量也将增长，最大功率可达4.5KW。

5G单站每年的电费将达到5万元。与4G单站每年的电费1.5万元相比，5G单站每年的电费成本是4G的3倍以上。

（2）5G站址租赁费

5G建设初期，5G基站将重用现有4G站址，在站址租赁费上由于节省了场租费用，利旧站址的5G站址租赁费将有所下降。5G建设后期，随着5G网络及业务发展，5G将新建大量站址，由于5G基站AAU设备体积大、重量大，耗电量更大，对电源、塔桅、机房配套建设标准更高，5G站址租赁费也将有所增长。

2 5G低成本建网策略与方案探讨

2.1 宏观政策层面

（1）政府层面

加强5G当地政策落地、破解5G建设难题。在国家推动5G发展一系列宏观政策基础上，加快推进当地政府在5G站址、机房、管道、光交箱等通信基础设施规划、5G选址审批、5G公共资源开放等方面政策出台及实施；加强对医院、学校、住宅等敏感区域的基站美化、公众无线电辐射科普、创新基站安全建设方式；加强对5G基站电费补贴、减税降费、通信基础设施保障等政策实施；同时，加强当地5G业务及应用发展规划和示范培育。以此破解5G无站可选、无钱可建、建而无用等建设难题，打通从建网到应用的通道，真正让5G发挥实效。

（2）企业层面

推动5G网络共建共享、降低5G建网成本。5G网络共享是实现5G领先国家战略，落实创新、协调、绿色、开放、共享新发展理念，避免重复建设，消除5G大规模投资带来不确定性风险的重要举措。在2014年建立的铁塔公司实现移动通信基础设施共建共享、降低重复建设、节约社会资源基础上，积极探索5G网络层面共建共享。当前中国电信与中国联通已经实现5G网络接入层面共建共享，中国移动与中国广电也开始在5G接入网和承载网等方面开展共建共享。下一步应探索5G在室内楼宇、农村地区共建共享，对城市地区室内楼宇采用市场化机制协商，由某一家运营承建，采用多PLMN方式实现共享一张物理网络；对农村地区采用运营商分片包干建设、漫游共享网络，在农村及边远低话务地区，通过一家主建、多家漫游共享的方式分区域建设广覆盖农村5G网络，实现跨运营商间网络共建共享，进一步降低基站建设数量和建设成本，推动高速、泛在的5G全域覆盖网络建设。

图1 农村5G异网漫游组网方案示意图

2.2 网络架构层面

（1）构建“宏微室”立体覆盖无线网络，优化设备组合、降低建网成本。5G最大技术特点就是高频通信，目前我国已经分配3.5GHz、2.6GHz等频段，而未来将采用更高的毫米波，频率在26/39GHz。高频通信将带来二个问题，一是传播损耗更大，覆盖半径小。需要更多站点，超密集组网是趋势，基站建设模式将改变，小站将激增，预测未来5G小站将超过宏站数量。二是穿透损耗更大，室外信号难以覆盖室内，由于现网室分系统不支持5G频段，所以室分数字化是主流。因此，5G将采用“宏微室”立体组网，解决覆盖和容量。宏站进行广域连续覆盖，保证覆盖基本面；微站进行局部吸热补盲，确保用户体现，避免在小区边缘速率骤降；室分进行室内精准、深度覆盖，以此构建5G精品网络。

图2 5G“宏微室”立体组网示意图

（2）推进“公专网融合”一体5G网络建设，发挥运营商5G网络价值，提升投资效益。5G引入网络切片技术，实现在一张物理公网上实现多个安全隔离的逻辑专网，以满足千行百业对不同的速率、时延、容量、安全等网络性能诉求的需要。从政策、行业等各层面，应加大5G公专网融合建网，以充分利用高投资的5G网络，可采用与重点领域、行业、企业的网络融合，并通过5G、光纤、WiFi6等异构网技术，实现运营商公网投资成本降低，推动5G健康发展。

2.3 配套工程层面

（1）重用现有站址、开放5G站址资源，减少建站难度。首先，需要基于运营商现有的3/4G站址，进行站址重用，以减少新建站址及配套投资；深化5G通信基础设施的布局，充分利用党政机关、事业单位、国有企业的公共区域、公共建筑、公共设施进行5G站址优先布局；并尽可能结合公园绿地、道路和市政设施用地等划拨用地布局，增强通信基础设施落地的可操作性。

（2）高低频搭配、灵活选用5G设备，降低配套建设标准和造价。充分利用运营商现有的频率资源，充分发挥高频的容量和速率优势、低频的广覆盖和成本优势。室外站应基于覆盖、容量目标，区分场景选择不同的多通道基站设备，比如对于热点或补盲区域可以选择灯杆小站，以减少基站选址和配套要求；对于一般县城及乡镇可采用2.1GHz 4TR低配设备为主，3.5GHz设备按需作为容量补充;对于农村区域可采用700MHz低频覆盖；室分系统则对于低价值的覆盖型楼宇，采用低频段室分合路或有源室分+外接天线方式，降低主设备成本。

图3 分场景5G设备选型示意图

图4 5G基站CWDM承载前传示意图

（3）创新配套设计方案，提高现有资源可用度，节省配套投资。光纤配套方面，通过采用单纤双向、无源波分等新技术新产品，减少对纤芯需求，使得原来需要6芯光纤减少到只要1芯光纤，以提高现有资源利用率，减少新建/改造工程量。电源配套方面，加大对5G射频模块节能技术研究，强化基站动态节能控制技术应用，采用BBU竖装子框改善BBU散热，并促进5G基站用电规划和保障，出台相关5G电费补贴政策，缓解5G电费高的运营成本压力。天面配套方面，对于天面空间不足场景可通过将现有2/3/4G都整合到一副天线里面，腾挪出1个天面空间供5G用，最终达到2/G/G与5G共站部署时每个扇区只有2面天线，形成1个现网天线+1个5G AAU的天面格局。