后4G时代如何做好网络协同建设方案浅析

宁亚可 张兴旺

【摘要】    移动通信，十年一代。21世纪20年代，将是全球5G网络蓬勃发展的十年。尽管众多运营商开始了5G网络的投资与建设，但较长一段时间内4G与5G网络将会长期共存，且5G高昂的建设和维护成本也制约着业务5G的全面推广。

【关键词】    4G    5G    协同建设    共建共享

引言：

随着5G时代的到来，大带宽高容量、低功耗大连接、低时延和高可靠已成为各种应用场景的基本诉求。未来5G必然成为主流，但目前从业内数据来看无论是从新增用户规模还是在网用户占比，4G网络的发展并未出现拐点，仍处于增长状态。在2G/3G逐渐退网之后，未来较长一段时间4G和5G网络将会长期共存，而如何做好网络的协同建设将是本文所探讨的内容。

一、移动通信网络现状概述

1.1 4G网络的发展现状

自4G技术上市以来，中国4G移动电话用户持续增长，2020年中国4G移动电话用户为12.89亿户，较2019年增加了0.09亿户，同比增长0.7%，2020年中国移动互联网流量达1656亿GB，较2019年增加了436亿GB，同比增长35.7%。

这表明，随着中国移动通信技术的飞速发展，4G移动通信信息技术已经广泛普及，其传输效率高、通信质量好、自动化水平高以及通信方式便捷等优势受到社会各界的广泛青睐，在一定程度上拓展了其应用范围。4G移动通信信息技术的普及为人与人、人与物、物于物之间的沟通和交流提供便利，同时改善了人们的上网方式，支撑着各类数据业务对互联网的需求。

1.2 5G网络的发展现状

5G通信技术是移动通信技术发展中的最新技术，是在原有4G基础上实现的更新与突破。当前，在全球范围内5G正在快速发展过程中，众多电信运营商均已经宣布5G商用。根据相关统计，截至2020年9月中旬，全球共有129个国家和地区的397家运营商对5G网络进行了投资，124家运营商已经进行5G网络的建设，其中来自44个国家和地区的101家运营商已经推出了符合3GPP标准的5G服务。根据中国工信部的统计数据，截止2020年11月我国5G基站已达70万个，占全球5G基站的70%，连接超过1.8亿个终端。由于基站建设规模尚有待提升，在全球范围内，5G网络与4G网络对比，尚难体现出优势。

1.3 4G向5G网络演进的必然与挑战

任何一个移动通信网络，都需要一段漫长的建设周期，从目前看5G的建设周期也不会短。工信部发布的2020年1～10月通信业经济运行情况显示，截至10月底，三家电信运营商的移动电话用户总数达16亿户，其中4G用户数为12.96亿户，同比增长2.1%，比上年末净增1392万户;4G用户在移动电话用户总数中占比为80.9%，占比较9月底提高0.1%。数据表明，4G仍是电信运营商的基本盘。

5G是未来的方向，是各类无线、网络及IT新技术的融合和集成，也是我国数字经济的核心推动力量。5G要解决的是4G无法解决的问题。例如互联网，物联网，车联网等对高速率、大带宽、低迟延、高可靠、大连接的需求。因此它也不同于以往的移动通信换代，4G向5G演进面临的不确定性和挑战更大。如何实现从4G到5G的协同发展，成为各运营商无法避开的问题。

二、4G/5G协同建设方案

2.1天面协同，为5G腾退较高平台

天面是安装天线地方，其高度和方位直接决定建成后网络的覆盖效果。对5G 3.5G高频，挂高对覆盖的影响更大。根据相关机构测试数据来看，挂高每升高一米覆盖距离将增加25%-30%。

多種制式和多种频段并存造成5G在选择最优质天面时，面临五类问题，分别是空间不足、无平台可用，天面最高平台被其他运营商占用、现有天支承重问题、有天面但铁塔租金高。尤其是三家运营商共享的站址，很容易出现由于天面空间不足而导致站点不可用的情况，这极大地增加了 5G 基站选址和建设难度。

为解决5G部署的空间受限问题，需考虑对现有天馈系统进行整合。

首先应从已退网下电且尚未拆除的2G天线入手。结合网络的迭代顺序，现有2G天线如未拆除，则大概率在天面的第一平台，拆除已退网的2G天线是目前整合天面中最经济、最有效的方案。

其次，若备选站址2G天面已退，3G基站尚在网运行，可考虑整合现有3/4G天线。以联通为例，目前在网运行的4G天线多以四端口高频天线为主，而常规4G L1800制式天线只占用两个高频端口。通过下移或同平台天馈整合能够为5G AAU设备腾出最高，最好平台。

最后，如果备选站仅有一套4G系统，且电信和联通4G同时存在，则可通过双方4G竞合方式拆除一家天线，腾退最佳平台为5G使用。电信和联通共建共享的合作模式在4G时代已合作多年，目前此模式已从4G延伸到5G建设。

2.2站址协同，整合现有4G站址

随着网络规模的不断扩大，相应基站配套的投资越来越大。而且在城市规划越来越规范、居民健康意识越来越强的情况下，机房获取、光缆布放、市电引入等困难日益突出，尤其在一些高话务、高流量的大型密集社区、高校、城中村、大型商圈附近，5G基站的选址更为困难。

如何解决5G选址难的问题，对现有4G站址资源的整合腾退成为一个研究方向。目前可通过新型天线，整合现网4G站址为5G使用。如龙伯透镜天线，此种新型天线为4G基站的站址合并提供了一种可能。它利用多层介质球体的折射特性，将单个天线单元的低增益、宽波束的电磁波信号汇集成高增益、窄波束的电磁波信号，该工作原理与光学透镜聚焦原理相似。

普通透镜宽频的焦点不在同一物理位置上，而龙伯透镜满足超宽频的焦点都在同一个位置。透镜采用低介电常数的轻质发泡材料，在发泡材料之间填充特殊人工合成材料，使球体的介电常数由内向外渐变，其特点是体积小，重量轻，集束性好，能够覆盖较远距离且波束不变形。多波束天线端口隔离度高，方向图边缘滚降陡，水平旁瓣低，波束间的干扰小。

容易实现立体多波束，所有波束的增益一致，覆盖更均匀。特别适合场馆、车站、广场、高校等场景。采用此种天线的多波束天线可整编多个4G基站，整合后的原4G站址可作为5G备选站址。

三、运营商之间协同建设方案

5G使用的高频段和4G相比，空间损耗较大、穿透绕射能力较弱。这意味着要使5G实现目前4G的覆盖水平，需要建设3-4倍4G站点的数量。单个5G基站的能耗约为4G基站的3倍左右。5G网络如此高的建设运营成本，让处在提速降费的大环境下，而且用户和业务趋于饱和，甚至连4G的建网成本都还没有收回的三大运营商来独自承担，显得尤为困难，因此运营商之间协同建设5G是节能增效的必然选择。

3.1联通+电信，在4G网络共建共享基础上，继续深化5G合作

3.5GHz频段电信和联通各有100M带宽，并且频段相邻。联通和电信共建5G一张网能实现3.5GHz上的200M带宽，再加上2.1GHz的45M带宽，FDD加TDD的组合不但频段超宽，覆盖也得到了保障。联通和电信通过高低频的协同，2.1G用来打造基础覆盖层，3.5G用来支撑容量层，这样能够充分发挥TDD+FDD大带宽的优势。

主城区发挥3.5G大带宽优势，在大容量区域提升用户体验及口碑。一般区域以2.1G 为主，基于终端成熟条件，全面加大2.1G建设力度，全面提升5G覆盖水平。

中等容量需求的场景如县城、发达乡镇，发达农村地区利旧1.8G站址资源，采用2.1G NR覆盖，达到4G覆盖水平。1800MHz为4G网络容量层，视需求与产业链逐步重耕用于5G。900MHz/800MHz低频用于4G打底网覆盖，兼顾NB-IoT、eMTC等物联网业务。

3.2移動+广电，利用黄金频段扬长避短，发挥竞争优势

目前广电除700M频谱这张王牌之外，其他资源乏善可陈，如广电单独建网成本太高，回收期未知。移动虽说在2.6GHz上有160M带宽，但目前主要承载着移动的4G业务，4.9GHz上的100M，由于频段高覆盖弱，与电信联通在3.5GHz上的200M相比竞争力明显不足。广电在700M频段上有45M的大带宽，如果用于移动5G基础覆盖的话，将会极大提高其与电联的竞争优势。

移动+广电的5G一张网络，需开展在天面、传输、核心网以及网络维护等方面的协同建设。天面上广电700M可直接共用原有移动天线和铁塔，以降低建设成本。传输和核心网方面广电可利用已经建设完善的移动设备，广电无需重复建设。在充分开放共享的前提下广电不但能减低成本，而且还可以快速开通5G。

通过协作建网，广电解决了建设资金，建设、维护人才、光纤网络、国际出口问题。这大大的降低了广电的5G建设难度，也加快了部署5G网络的速度。对移动而言700M可谓是“黄金频”。

无线频率越低，覆盖能力就越强，拥有700M频段，只需要建设40万左右的5G基站，就可以完成对全国的基础覆盖。移动将700Mhz低频作为5G补充覆盖，将大大提高竞争优势。

四、结束语

5G不仅是技术革命，更是产业融合、跨界拓展和生态重构的新机遇，但真正意义上的商用推广还在路上。4G目前仍然发挥着不可替代的作用。各运营商只有做好现有各制式的协同建设才能发挥各方的资源互补优势、节省建设投资、降低运维成本、实现合作共赢的目标

参  考  文  献

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