5G技术对移动通信网络工程建设的影响

李三思

摘  要：本文主要介绍5G建设面临的问题，从工程角度分析了当前室外基站建网的难度和传统DAS系统演进的困难。同时针对上述问题，介绍运营商的组网方案和建设方式，并列出相关举措。

关键词：超密集组网;NSA组网;有源分布系统;

1 5G移动通信网络技术概述

众所周知，5G移动通信技主要是在第四代通信技术的基础上不断进行创新与发展而得来的。从目前对于5G移动通信技术的研究表明，该技术与前几代通信技术相比较，不仅在网速上有质的飞跃，而且在移动传输的质量和数量上也有很大的提升。虽然5G移动通信技术尚且处在试验和研发阶段，没有能够广泛应用开来，但是就目前的一些分析数据充分表明，在未来对于通信工程的融合创新发展必定离不开5G移动通信技术。同时，当前的5G移动通信技术在研发过程中依然面临一些现实问题需要解决。例如，为了让5G移动通信技术能够达到设计的传输标准，需要在实现数据传输的过程中采用频率更宽的毫米波;同时由于当前的技术在绕射和衍射方面均存在较大的技术缺乏，因此就使得当前的5G技术有着较小的网络覆盖面积。针对这些现实问题，需要采用大规模的MIMO等关键技术来做补充，进而有效增加网络覆盖区域面积。

2 5G网络关键技术

2.1大规模天线阵列

5G引入了Massive MIMO技术，通过多端口空时编码技术，形成多个波束赋形，实现空间复用，降低了邻区的干扰，提升系统容量。

大规模天线可以在水平和垂直方向上选择合适波束追踪用户，有效扩大无线基站的覆盖范围，有望解决无线基站塔下黑、高层信号弱和高层信号污染等问题。

一般而言，大规模天线Massive MIMO的增益主要由阵列增益、分集增益或者波束赋型（BF）增益组成，如192振子的64T64R的阵列增益为10 dBi，上行分集增益或者下行BF增益为14～15 dBi，比传统的4G双极化天线多7～9 dB的增益，可以在一定程度上弥补3.5G 5G信号与1.8G 4G信号在空间传播和穿透损耗方面的差距。

当前主流的Massive MIMO有64T64R、32T32R、16T16R等多种通道数天线可选，其区别在于垂直面上分别支持4层、2层和1层波束，落地实施中应根据不同的场景需求，考虑覆盖、容量、CAPEX、OPEX及施工条件等因素进行天线选型。

从容量上来看：采用64TR，小区下行在16～24流，小区容量高;采用16TR，则小区下行在4～8流，小区容量低。

2.2超密集组网

传统的无线通信系统通常采用小区分裂的方式减小小区半径，然而随着小区覆盖范围的进一步缩小，小区分裂将很难进行，需要在室内外热点区域密集部署低功率小基站，形成超密集组网。

2.3全频谱接入

全频谱接入技术涵盖了很大的频率范围，各频段间具有不同的特性和优势，通过对频谱资源的合理分配和灵活部署，全频谱接入技术将满足未来5G三大主要场景对于频谱的需求。

3 5G网络建设面临的问题

3.1超密集组网，基站成倍增加，站址获取难度增大

5G频段明显高于4G频段，覆盖受限，后期基站部署密度会成倍增加。超密集组网作为5G关键技术之一，目前有两种部署模式：

3.1.1宏基站+微基站部署模式

在这种模式下，业务层面上，宏基站负责传输低速率、高移动性的业务，微基站主要承载高带宽业务。宏基站和微基站之间的资源协同管理覆盖了以上功能，微基站负责容量。接入网可根据业务发展需要和分布特点灵活部署微基站，实现宏基站+微基站模式下的控制与承载分离。5G超密集组网通过分离控制和承载能力，实现覆盖和容量的分离优化设计，解决密集组网环境下频繁切换的问题，提高用户体验，提高资源利用率。

3.1.2微基站+微基站部署模式

5G超密集组网微基站+微基站模式未引入宏基站這一网络单元，为了能够在微基站+微基站覆盖模式下，实现类似于宏基站+微基站模式下宏基站的资源协调功能，需要由微基站组成的密集网络构建一个虚拟宏小区。虚拟宏小区的构建，需要簇内多个微基站共享部分资源（包括信号、信道、载波等），此时同一簇内的微基站通过在此相同的资源上进行控制面承载的传输，以达到虚拟宏小区的目的。

面临的问题：5G初期建网主战场集中在城区，影响站址获取的因素较多。大致如下：

（1）城市道路规划、棚户区大面积迁改等市政原因造成的覆盖空洞。

（2）楼面站址涉及物业协调，居民区、高校、商圈等高密度高流量区域存在一定协调难度。

（3）无线环境复杂，楼宇之间存在大量遮挡，基站覆盖受限，协调量大幅上升。

3.2设备耗电剧增，电费压力增大

以武汉举例，据不完全统计，武汉2021年将建成2万个以上5G基站。不同主设备厂家的设备功耗略有不同，按每个基站三扇区考虑，单站的功耗大约为2 400～3 000 W。为了保证用户感知体验和相关业务，5G基站24 h在网运行。粗略计算可知，武汉5G基站每年的耗电量约为4.39亿kWh。

3.3原有DAS无法平滑演进至5G网络

传统室分系统向5G系统演进，将面临频段、通道数、覆盖和信源等问题。现网室分系统无法直接合路升级支持5G。

4 5G技术解决方案

5G的技术标准包括NSA和SA两个方案。目前冻结的R15版本标准仅基于5G非独立组网（NSA）方案，该方案仍采用4G核心网，仅在接入侧引入了5G空口技术。目前，运营商部署的5G网络设备硬件具备支持NSA/SA能力，待SA产业成熟时NSA基站可软件升级为SA或NSA/SA双模，满足网络向SA平滑低成本演进。本次技术方案以中国电信举例：

4.1 BBU

为实现无线侧网络切片和减少对承载网的带宽需求，5G无线网进行了功能重构。基带处理单元BBU被重构为集中单元（CU）和分布单元（DU）两个功能实体，CU处理无线网PD-CP层及以上的无线协议栈功能，DU处理PDCP层以下的无线协议功能。

考虑产业成熟情况、减少网元数、降低网络规划和工程实施难度，减少时延，缩短减少周期，5G网络发展初期采用CU/DU合设方式。

4.2 AAU

在4G“BBU+RRU+无源天线”的无线网设备形态基础上，5G系统新增AAU形态（射频单元与天线整合的有源天线单元），目前阶段主要以AAU形态为主。

AAU设备采用大规模天线技术，存在多种设备形态，应根据网络覆盖场景，覆盖、容量、建设和运营成本等方面综合考虑进行选择。

5 5G建设举措

5.1充分利用社会资源

运营商们需要引入路灯杆、广告牌等更多的社会杆塔资源进行补充。

（1）供电优势：小基站与路灯的结合可以共用电源配套，既解决了小基站单独部署的供电问题，又能够节约能源。

（2）部署密集：路灯分布均匀，间距不足百米，可以帮助小基站形成密集覆盖。

（3）盲点覆盖：高速公路、铁路沿线、高架和桥梁往往是信号覆盖不好的地方，采用共享路灯杆的安装方式有利于实现盲点覆盖。

5.2外电改造，压降成本

将转供电改成直供电，向政府争取电费优惠政策。请求政府给予相关用电优惠政策，集中对大规模用电资费进行下调;对电信企业出台相关的税收优惠政策或补偿协议等。

6 结论

未来对于5G移通信网络技术的应用将会成为必然趋势，相信在众多国家、联盟等力量的广泛参与下，5G移通信网络技术将会尽快进入人们的生活，进而为其提供更加快捷高效的生活环境。