4G/5G 协同规划和建设分析

2020-09-29巩国栋张志钰

科学技术创新 2020年29期

巩国栋张志钰

（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东深圳518000）

2019 年我国正式进入5G 商用元年、工信部正式向中国移动、中国联通、中国电信、中国广电四家运营商发放5G 商用牌照。中国移动获得了2.6GHz，由于4G 和5G 部分频段重合，需要4G 腾退D 频段进行5G 建设。但随着客户流量需求增大，同时D 频段作为4G 容量的主力频段，并且5G 发展并非一蹴而就，4G 网络仍起到举足轻重的基础承载功能。良好的网络覆盖，是确保客户感知，也是提高核心竞争力的前期。现网中的弱覆盖区域将持续影响用户感知，导致部分客户携号转网。因此提高4G 覆盖，依然是必然趋势。如何在5G 时代处理好4G/5G 的关系，解决好二者之间的有效协同，长期并存，是当前无线网规划与工程建设面临的新课题。

1 4G/5G 设备和技术协同

与4G 相比，5G 的峰值速率从1Gbps 提高到20Gbps，提升20 倍；用户体验速率从10Mbps 增强到100Mbps，提高10 倍；频谱效率为4G 的3 倍，移动性从350km/h 提升到500km/h，时延从10ms 降低到1ms，连接密度每平方公里连接数从10 万提升到100 万，提升了10 倍，网络能量效率提升100 倍，流量密度从0.1Mbps/m2提升到10Mbps/m2。为充分发挥5G 优势，同时兼顾4G 业务需求。因此要求5G 无线网设备应支持160 MHz 全带宽，同时具备4G/5G 共模、频谱动态共享等技术特性。

采用5G 设备反开3D-MIMO,Massive MIMO 是5G 的关键技术，主要应用于基站侧。5G 设备反开3D-MIMO 是基于Massive MIMO 技术多阵列的波束赋形和垂直方向能力、由于波束方向的信号能量集中，具备较强的增益和抗干扰能力，在提升容量覆盖需求的同时也可提升RSRP（现网指标中，RSRP 反映网络的覆盖情况，而SINR 值的高低反映了信道质量.影响用户的下载速率）。5G 反开3D-MIMO 提升用户感知度时，需要注意垂直维度的覆盖能力与站点高度和同一基站优先给4G 分配功率资源。

4G/5G 协同建设，一方面可以采用5G 与4G 分设基带板，同时4G 3D-MIMO 基带板具备具备软件升级支持5G 的能力，AAU 支持4G/5G 共模，另一方面单基带板同时支持5G 与4G，AAU 支持4G/5G 共模。

2 4G/5G 天面协同

2.1 天面整合目标

大规模天线Pre 5G 的核心技术，基站侧安装大规模天线阵列，利用多根天线形成的空间自由度及有效的多经分量，提升系统频谱利用效率。大规模天线技术的应用场景包括宏覆盖、高层覆盖、热点覆盖和无线回传。大规模MIMO 通过提升天线的数量使得频谱效率提高进而成倍的提升网络质量，大规模MIMO具有低时延、干扰程度低、功率效率高以及系统性能优异等优点。

大规模天线将导致基站的价格上升，建站成本增高，同时流量增加带来RRU 和BBU 之前的前传压力增加，方案上将前传变成后传短期较难实现，将导致光纤的需求增加。

中国移动经过2G-4G 的建设，基站天面空间普遍紧张，即使新增抱杆，理想天线的位置已经基本被2G 和4G 占用。中国移动从节约铁塔租金，预留5G 天面空间出发，需对利用现有技术对天面进行整合。例如采用“4488”天线、“4+4”天线、FA/D 电调天线、“2288”全频段电调天线等。但在实际情况中，由于现有网络结构复杂，各频段覆盖能力差异较大，各制式天线的方位角和下倾角从在差异，因此在天面整合当中理想状态是单小区3 副天线，即TD-LTE，FDD，5G 各一副天线。当TDD 和5G 同厂家，整合FDD 天线腾退抱杆。TDD D 频段和5G 共模，TDD F 频段独立天面。当TDD 和5G 异厂家，分别对FDD 和TDD 进行天面整合。

对于天面特别紧张的基站，采用单小区两副天线，即4G 和5G 各一副。4G 采用4488 全屏天线进行天面整合。

2.2 5G 分场景天馈建设方案

本着降本增效和5G 占用理想天面出发。结合现有天面形态给出一下几种天面整合方案。

2.2.1 当现网4G TD-LTE D 频段为独立天线，

当5G 与现网4G（TD-LTE）共厂家，在天面承重满足要求的情况下，优先将4G D 频段天线替换为4G/5G 共模AAU。

当与5G 异厂家：优选FA/D 天线独立电调天线进行整合。其次选用4488 整合天面。

若无D 频段天线，需要通过整合现有天面腾出天面空间用于安装5GAAU。当900M、1800M 为独立天线，建议拆除GSM1800 腾退天面给5G，用“ 4 + 4 ”电调天线替换GSM900天线进行整合；当900M、1800M 为非独立天线，建议选用4488天线对900M、1800M、FA、D 进行天面整合。

2.2.2 若利用现有技术对天面整合后，仍然无法满足5G AAU 的安装，例如铁塔承重不满足、4G 建设已经对天面进行了整合，天线隔离度不达标等。需要进行新建铁塔来满足5G 覆盖。

3 4G/5G 协同建设面临的挑战

5G 部署主要面临前传资源、动力配套、天面等三个方面的挑战。由于5G 的高流量带来RRU 和BBU 之前的前传压力增加，方案上将前传变成后传短期较难实现，将导致光纤的需求增加；由于5G 设备功耗高于4G 设备，对动力配套的要求较高，现网资源多数已不满足多家运营商新增5G 设备，需要提前对动力配套进行改造；现网资源天面县城以上已基本占用，无空余天面资源，需要对天面采用合路天线进行整合，或新建杆塔进行5G 网络部署。