广电700M 5G网络组网架构及业务发展策略研究

王涛 张健 李承基

摘  要：本文首先介绍了广电700M 5G网络的整体组网架构，然后分别从无线接入网、承载网和核心网三个方面阐述了网络技术架构。接着对广电700M频段的优劣势进行分析，在此基础上，提出广电700M 5G的业务发展策略。

关键词：700MHz;广电5G;组网架构;业务发展策略                       中图分类号：TN913.2                         文献标识码：A

本文著录格式：王涛，张健，李承基.广电700M 5G网络组网架构及业务发展策略研究[J].中国传媒科技，2020（8）：11-14.

导语

2019年6月6日，工信部向中国移动、中国电信、中国联通和中国广电发放5G商用牌照，意味着我国正式进入5G商用元年。作为移动通信领域的新入局者，5G为整个广电行业带来了新的发展机遇，同时也带来了新的挑战。700MHz频段作为传统的广播电视系统频段，具有覆盖范围广、穿透能力强等特点，被认为是5G的黄金频段。2020年4月1日，工信部印发《关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》（工信部无〔2020〕50号），明确将703-743/758-798MHz频段规划用于频分双工（FDD）工作方式的移动通信系统，将有力推动我国5G高、中、低频协同发展的步伐。

本文首先介绍广电700M 5G网络架构，包括无线接入网、承载网和核心网三个方面，然后对700MHz频段进行优劣势分析。在此基础上，提出广电700M 5G的业务发展策略建议。

1.广电700M 5G网络架构

广电700M 5G网络架构采用SA Option2组网方案，如图1所示，包括无线接入网、承载网和核心网等部分。

无线接入网主要采用700MHz+4.9GHz多频协同、FDD+TDD协同组网策略，其中700MHz采用4T4R组网以提高网络容量和下行带宽，作为基础性网络广覆盖;4.9GHz频段采用64T64R组网增加业务热点区域网络覆盖深度和厚度，作为热点覆盖网络。

承载网可以充分利用有线电视传输网（国干、省干、城域）来满足5G承载网的要求。其中国干和省干主要采用N×100G OTN实现;城域网包括核心层、汇聚层和接入层三层架构。按组网结构承载网又可分为前传、中传和回传三部分，前传主要承载AAU/RRU 和DU之间流量、中传承载DU和CU之间流量、回传承载CU和核心网之间流量。

核心网部署引入网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）等技术，将用户平面（UP）功能与控制平面（CP）功能分开，可以实现灵活部署，例如集中部署或分布式部署。核心网采用模块化功能设计，功能可根据实际业务场景下沉至核心DC、本地DC和边缘DC。

1.1无线接入網（5G NR）

如图2所示，广电700M 5G NR由一个或多个gNB组成，gNB通过NG接口连接到5GC，其中NG接口为5G NR和5GC之间的接口，gNB之间可以通过Xn接口连接，gNB通过NR新空口向UE提供NR用户面和控制面的连接。

5G基站采用CU（Centralized Unit，中央处理单元）/DU（Distributed Unit，分布式接入点）分离的架构设计。如图3所示，CU和DU可根据实际业务场景需求灵活部署，有多种无线网络组网方式，包括传统的D-RAN、C-RAN及CU云化部署方式。对于广电5G，CU和DU虽然可以在逻辑上分离，但物理上是不是要分开部署，还应根据具体业务的需求而定。

广电700M 5G网络以SA为目标架构，前期聚焦eMBB，先进行CU和DU的逻辑划分，实际还都是运行在同一个基站上。后续将结合3GPP标准和整个产业链生态系统的发展，将积极引入uRLLC和mMTC技术，才会逐步进行CU和DU的物理分离。对于广电5G网络的整个建设阶段，CU和DU必然是合设与分离这两种模式共存的。

1.2承载网

如图4所示，承载网分为前传、中传和回传三部分。5G前传技术方案包括光纤直连、无源WDM和有源WDM/OTN等。[1]考虑到基站密度的增加和潜在的多频点组网方案，光纤直驱需要消耗大量光纤，某些光纤资源紧张的地区难以满足光纤需求，需要波分设备承载作为补充。[2]D-RAN组网模式下，组网模式简单，需要的光纤资源少，前传网络一般采用光纤直驱方式。C-RAN组网模式，需要的光纤资源较多，前传网络一般采用以WDM技术为主的波分复用方案，以节省光纤资源，也可采用光纤直驱方式。

中/回传承载技术方案根据承载技术划分，可以分为SPN、IPRAN和M-OTN。在进行方案选择时应充分考虑广电现网设备，结合广电700M 5G网络规模、网络投资等综合比选。

1.3核心网（5GC）

广电700M 5GC摒弃传统核心网软硬件结合的紧耦合设计模式，采用了SBA（Service Based Architecture，基于服务的架构）架构，各NF（Network Function，网络功能）通过服务化接口对外提供服务，并允许其他NF访问或调用自身的服务。5GC总体采用虚拟化、服务化架构部署，根据用户规模、传输条件、网络演进等因素进行大区集中设置，采用大容量、少局所、集中化原则部署NF。

广电700M 5GC应遵照先局部后整体、先控制面后用户面的逐步演进、迭代升级思路，根据业务驱动力、产品成熟度，有序引入部署网元虚拟化。

2. 700M优劣势分析

2.1 700M优势

700MHz频段的优势归纳起来主要有四个方面，包括覆盖范围广、多普勒频偏小、绕射能力强和单向空口时延小等。

2.1.1 700MHz覆盖范围广，可大幅降低广电700M 5G网络建网成本

电磁波在自由空间中的传播模型可由弗里斯传输方程推导。弗里斯传输方程如下：

其中接收功率，为发射功率，和分别代表接收端天线增益和发射端天线增益，为工作载波波长，为收发天线之间的距离。

由公式（1）可以推导出电磁波空间损耗如下：

其中：为自由空间传播损耗，为电磁波工作频率。

由公式（2）可知，电磁波信号频率越低，空间损耗越小。和其他电信运营商相比，广电700MHz频段由于频率较低，覆盖范围广，适合全国大范围组网，可大幅降低广电5G的建网和运营成本。

2.1.2 700MHz多普勒频偏小，有利于接收信号解调

移动用户在高速运行环境下会引起多普勒频偏现象，多普勒频偏导致用户接收到的频率发生偏移，这会影响接收机解调性能。我国高铁运行速度普遍在300km/h以上，速度越快，造成的频偏也越大，严重时接收机甚至无法解调出发射机的信号。

假设高铁的运行速度为，为列车运行方向和信号传播方向的角度。经过时间后，用户设备接收到时所走的路径差为：[3]

接收信号相位变化可表示为：

由此得出多普勒频移的计算公式如下：

由表1可知，广电5G的700M频段的多普勒频偏远小于其他运营商的5G频段，有利于高铁等场景的基站部署。

2.1.3 700MHz绕射能力强，信号损失衰减小

无线信号的绕射能力和信号波长成正比。信号频率越低，波长越长，绕射能力越强，穿透能力越差，信号损失衰减越小;频率越高，波长越短，绕射能力越弱，穿透能力越强，信号损失衰减越大。

和其他电信运营商的5G频段相比，广电700MHz频段拥有很强的绕射能力，更容易绕过障碍物，实现非视距传输。

2.1.4 700MHz FDD单向空口时延小

5G NR的双工模式包括FDD（频分双工）和TDD（时分双工），其中FDD的上行和下行链路采用两个独立的、对称的频率信道，TDD的上行和下行链路采用同一频率信道的不同时隙。在TDD模式下，一些上行数据的反馈需要等待相应的上行时隙，同时一般TDD系统分配给上行的时隙较少，所以TDD的反馈等待时间大于FDD。

广电700MHz频段采用FDD制式，而其他典型5G频段（如2.6G/3.5G/4.9G）均采用TDD制式。理论上如果只考虑空口时延，700MHz的空口时延小于其他5G频段。

2.2 700M劣势

700MHz频段的劣势主要包括下行带宽不足和不支持Massive MIMO两方面。

2.2.1 700MHz下行带宽不足

由香农公式可知，信道带宽的大小决定了通信数据传输速率的上限。中国广电积极推动的全球首个5G低频段（Sub-1GHz）大带宽5G国际标准（编号为TR38.888）中700MHz下行带宽最多只有40M。如表2所示，中国移动、中国电信和中国联通获得的5G频率资源远大于广电700M频段，同时5G可以根据实际需求灵活配置上下行时隙数量，这使得广电700M FDD的下行速率远小于其他运营商频段。

2.2.2 700MHz不支持Massive MIMO

Massive MIMO作为5G系统的关键技术，通过增加天线数和信号覆盖维度来提高系统容量和频谱利用率。如表3所示，天线尺寸和频率成反比，700MHz频段由于频段较低，天线尺寸远大于其他5G频段，使得700MHz无法支持Massive MIMO天線。

3 广电700M 5G业务发展策略

3.1 700MHz+基础覆盖网络

和4G时代相比，三大电信运营商获得的5G频段较高，若想实现全国5G网络覆盖，三大电信运营商所需的5G基站数量和建设成本将大大增加。

与其他5G频段相比，广电700M信号覆盖广、穿透能力强，适合打造一张全国范围内的打底基础连续覆盖网络，可大幅降低广电700M 5G的建网和运营成本，尤其是覆盖人口密度较低的广大农村和城乡结合部（农村业务量较少，可以一定程度弥补700M容量低的短板）。

3.2 700MHz+物联网

3GPP定义了5G的三大应用场景，分别为eMBB（增强型移动宽带）、uRLLC（超可靠、低时延通信）、mMTC（海量机器类通信）。广电700MHz由于下行带宽不足，不适合做eMBB类的高速数据类业务，但是对于mMTC和uRLLC业务，尤其是mMTC业务（物联网业务），700MHz广覆盖和低功耗的特点是完全可以支撑的。

自2016年3GPP NB-IoT标准冻结后，为抢占物联网市场，三大电信运营商均积极部署NB-IoT。700M由于频段较低，其广覆盖的特性使其成为NB-IoT最理想的承载频率。广电应该把握住物联网发展的新机遇，利用700MHz快速建成适合NB-IoT的网络，专为各类垂直行业应用服务，包括智慧城市、智慧消防等。

3.3 700MHz+高铁等应用场景

在高铁等高速移动场景下，频段越低，产生的多普勒频偏越小，接收机信号译码更可靠。利用700MHz进行高铁等高速移动场景的覆盖，可以有效降低基站切换和高速移动带来的网络波动;另一方面，5G支持的子载波带宽包括15KHz、30KHz、60KHz、120KHz和240KHz。对于eMBB场景，目前在子载波带宽一般采用30KHz，而对于uRLLC场景，为了降低时延，会采用更高的子载波带宽，700MHz的频段优势会更明显。

结语

5G时代已经来临，广电应该采用不同于电信运营商的差异化策略，充分挖掘700M频谱资源商业潜力，强化自身服务能力，培育业务新增长点，主动对5G垂直行业等应用场景进行开发。广电应聚焦“0→1”的突破，在建立新业务应用标准和标杆的同时，实现产业化、规模化，使广电700M在5G+新业务的推广中实现突破。

参考文献

[1]皮和平.5G无线通信技术的关键技术应用研究[J].通信电源技术，2019，36（2）：215-216.

[2]刘春林，张立祥.基于光传送网的5G前传承载技术研究[J].无线互联科技，2019，16（17）：112-113.

[3]陈序建.高速移动通信系统中基站切换的有关研究[D].上海：上海交通大学，2015.

作者简介：王涛（1987-），男，山西运城，工程师，信息网络设计研究所（广电5G研究中心）主任助理，研究方向：无线接入网、广播电视工程;张健（1982-），男，江苏盐城，高级工程师，信息网络设计研究所（广电5G研究中心）副所长、副主任，研究方向：移动通信系统、广播电视工程;李承基（1990-），男，山西孝义，工程师，研究方向：核心网、数据网。