关于5G 700 MHz天面网络系统建设及应用路径的探究

刘 厚

（江西省邮电规划设计院有限公司，江西 南昌 330002）

0 引 言

随着5G基站的大规模部署，面临的一大难题就是天面资源紧张，诸多热点站址开始出现多运营商、多系统等局面，寻求更优质的频段及应用是各大运营商关注的焦点[1]。700 MHz频段凭借穿透力强、信号覆盖范围广、损耗低等优势，在陆地蜂窝无线网中具有极佳的传播性能，备受运营商的青睐，将其应用于频谱利用率更高的通信系统中已经成为业内的共识[2]。截止至2021年底，我国累计建成并开通的5G基站多达142.5万个，700 MHz频段在5G通信网络中的应用则提供了宝贵的频段资源，可以促进5G网络各频段的协同发展。但700 MHz频段的加入必然会进一步加剧天面资源的紧张局面。为此，有必要结合全方面限制条件进行综合考虑，深入探究有关5G 700 MHz天面网络系统建设及应用问题，为快速部署5G 700 MHz网络奠定坚实的基础。

1 现网天面现状分析

在共建、共享、共赢背景的持续深化下，随着2G、3G、4G网络的持续建设，天面网络基于多运营商、多系统、多天线共存的环境，形成复杂且数量较多的局面，紧缺的天面资源成为各大运营商提升网络质量的关键，这无疑为5G网络系统的新增带来难题。以中国移动为例，其天线类型可分为单频900 MHz、单频1 800 MHz、单频D、单频F、双频900 MHz+1 800 MHz、大规模多输入多输出（Massive Multiple-Input Multiple-Output，Massive MIMO） 以 及 多 频2288/4488天线等。从实际情况来看，考虑覆盖区域和场景不同，一般基站都会采取多系统共存的模式，不同类型天线存在多种排列组合方式[3]。考虑近年来分时长期演进（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）、长期演进频分双工（Long Term Evolution Frequency Division Duplexing，LTE-FDD）、主设备替换工程以及5G有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）预留安装工程的建设情况，基站天面的整合工作同样在持续进行。目前，比较典型的天线系统共分为单天线、两天线、三天线以及四天线4个类别。

2 700 MHz频段的优劣势

2.1 700 MHz频段的优势

2.1.1 广域连续覆盖

700 MHz频段作为5G网络中的低频段，与3.5 GHz、2.6 GHz相比具有更强的穿透性和覆盖性，能够实现对农村、郊区等大范围区域的有效覆盖。700 MHz、2.6 GHz及3.5 GHz频段的覆盖能力对比如图1所示[4]。同时，700 MHz频段建设可以参考900 MHz的建设模式，仅需完成2/3的基站建设就能获得与900 MHz相媲美的覆盖能力。

图1 不同频段覆盖能力对比

2.1.2 移动信号更具稳定性

依照多普勒频移公式，700 MHz频段因自身频率较低，所以引发的多普勒频偏现象要远小于其他5G频段。与2.6 GHz和4.9 GHz频段相比，其波长更长，信号稳定性更好，适用于快速移动的场景，如高速公路、高铁等。

2.1.3 绕射能力更强可

无线信号作为电磁波的类型之一，依据电磁波特性，其绕射能力与波长成正比，也就是信号频率越低，波长越长，绕射能力越强。由此，700 MHz频段因频率较低，所以具有更强的绕射能力，穿透性能相应更强，能够有效减少信号在传输过程中的损失衰减。

2.1.4 单向空口时延更低

与5G中高频段所采用的单通道时分双工（Time Division Duplex，TDD）模式相比，700 MHz频段采用的是频分双工FDD双通道模式，具有2个独立且对称的频率信道用以对上行和下行进行区分，上行数据反馈等待时间更少，具有更低的网络延迟。从空口时延的角度来看，700 MHz频段的时延要小于4 ms，仅为其他高频段网络时延的2/3，网络延迟更低。

2.2 700 MHz频段的劣势

2.2.1 网络容量和峰值速率有限

700 MHz的平均吞吐量仅能达到2.6 GHz频段的10%左右，峰值速率仅为2.6 GHz频段的20%左右，在网络容量和峰值速率上具有明显的劣势。

2.2.2 无法支持Massive MIMO

700 MHz具有波长长、频点低的特点，仅适用4T4R天线阵列天线，并不支持Massive MIMO多阵列天线，在覆盖灵活性、频率效率及高容量等方面的增益较小，需要与其他高频段联合组网实现对基础网络能力的提升。

3 5G 700 MHz天面网络系统建设

3.1 建设要求及原则

5G 700 MHz天面网络系统建设可选用的天线有3个 4通道（ 即 900 MHz、1 800 MHz、700 MHz）和2个8通道（FA/D），通过灵活组合得到8个不同频段的天线组合模式。但考虑到实际整合过程中，700 MHz与900 MHz、1 800MHz频段的整合过程中需具备一定的三频能力以及在与8通道整合中对900 MHz和1 800 MHz的储备需求，在统筹天面规划中，要视实际使用场景对天线进行选型，详情如表1所示。

表1 700 MHz天线选型

5G 700 MHz天面网络系统建设要以区域内连续覆盖为目标进行全面规划，持续强化700 MHz频段覆盖广、穿透强的优势，逐步构建起覆盖全国范围的天面网络系统。同时，加快2.6 GHz网络的部署，尽快形成与700 MHz网络互补的双层网络系统，从而实现对700 MHz无法覆盖室内范围的全面覆盖。

对天线类型进行统筹，在一般场景下采用700 MHz单频天线、4+4+4或4+4+4+8多频天线，特殊区域采用4+4+4+8+8特型天线。在对天面规划进行整合的过程中要考虑到700 MHz网络系统的建设情况，以“合理布局、降低成本”为目标，避免过度整合造成的资源浪费。

3.2 5G 700 MHz天面网络系统建设方案

3.2.1 5G 700 MHz天面网络系统架构

5G 700 MHz天面网络系统架构采用SA Option2的组网方式，整体架构如图2所示。

图2 5G 700 MHz的组网架构

该组网架构包括无线接入网、承载网以及核心网3个主要部分，其中无线接入网采用700 MHz+2.6 GHz+4.9 GHz多频协同以及FDD+TDD的协同策略。700 MHz主要采用4T4R组网方案实现下行宽带及网络容量的提高，从而使700 MHz网络得以作为基础网络实现广泛覆盖。而4.9 GHz频段采用的是64T64R的组网方案，以进一步增强热点区域的网络覆盖强度。承载网主要通过对有线电视传输网的利用满足5G环境下的承载需求。选择N×100 GHz光传送网（Optical Transport Network，OTN）实现国干和省干的承载网络，而城域网主要包括核心层、汇聚层以及接入层。同时，依照组网结构可将承载网划分为前传、中传、后传，分别负责AAU、射频拉远单元（Remote Radio Unit，RRU）、分布单元（Distributed Unit，DU）间流量、DU、集中单元（Centralized Unit，CU）间流量以及CU与核心网间流量的承载。核心网中有序引入软件定义网络（Software Defined Network，SDN）及网元虚拟化技术，从而实现用户面和控制面功能的区分，兼顾集中式和分布式部署，具有较强的灵活性[5]。此外，通过核心网功能模块设计，能够依照业务实际需求下沉至核心DC、本地DC及边缘DC。

3.2.2 5G 700 MHz天面网络系统建设方案的应用实施

结合不同场景对5G 700 MHz天面网络系统建设方案进行划分。

（1）700 MHz覆盖型场景。在此场景中又可细分为FDD系统、TDD系统以及FDD/TDD双天面系统。针对FDD系统或TDD系统而言，可以选择新增独立4通道天面系统，结合实际情况对方向角等参数进行灵活设置，网络性能较好，但铁塔租金相对较高。而针对FDD/TDD双天面系统而言，既可以采用上述建设方案，又可以采用4+4+4天线进行等位替换，从而在一定程度上节约铁塔租金，但天线的购置费用会有所上升，且存在天线方位角调节灵活性不够的问题。

（2）700 MHz+2.6 GHz低容量覆盖场景。针对现网具有D频段天线的情况，维持D频段天线原状，在现网基础上新增4通道独立天馈，倘若新增空间不足，可选择4+4+4天线或4+4+4+8天线进行整合。而针对现网不具有D频段天线的情况，直接考虑新增4通道独立天馈，在缺少新增空间的条件下，结合实际情况选择新增相应的天线进行整合。

（3）700 MHz+2.6 GHz高容量覆盖场景。基于现网具有2.6 GHz AAU网络的情况，维持2.6 GHz AAU网络原状，考虑增加一整套的天馈空间。同样先考虑增加4通道独立天馈，之后结合实际情况选择4+4+4天线或4+4+4+8天线整合。而针对现网不具有2.6 GHz AAU网络的情况，则应新增2套天馈，先新增4通道独立天馈，之后再考虑采用新增天线的方式进行整合，以确保天面在整合后具备完整的一套2.6 GHz AAU天馈空间。

（4）700 MHz+2.6 GHz+4.9 GHz超容量覆盖场景。基于现网具有2.6 GHz AAU网络的情况，原有网络保持不变，在此基础上新增2套天馈，同样可先考虑新增4通道独立天馈，之后考虑实际情况利用4+4+4天线或4+4+4+8天线整合，确保天面在整合后具备完整的1套2.6 GHz AAU天馈空间。而针对现网不具有2.6 GHz AAU网络的情况，应基于原有网络新增3套天馈，建设方案与上述类似。

在5G 700 MHz天面网络系统建设方案的实施过程中，必须充分结合方案的改造成本、铁塔租金、天线购置成本及建安成本进行综合考虑，避免过度整合造成网络灵活度不足。同时，要细致考虑到天面网络系统的后续预留及运维便利性等问题，保证建设方案科学合理。

4 结 论

随着5G网络建设的持续深化，700 MHz天面网络系统建设备受关注。在分析现网天面现状的基础上，结合700 MHz频段应用的优劣势，提出5G 700 MHz天面网络系统的建设要求及原则，对系统的组网架构进行设计，并对不同场景下建设方案的应用实施进行探究，充分考虑天面系统的承载性、网络性能、建设投资等多方面因素，做到灵活、合理地选择建设方案，从而促进我国5G 700 MHz天面网络系统的快速搭建，全面助力5G网络体系的可持续健康发展。