冬奥会5G 宏站毫米波建设研究及实践

2022-02-23赵新宇

大科技 2022年7期

赵新宇

（中国联合网络通信有限公司北京市分公司云网建设中心，北京 100061）

1 5G 毫米波情况

毫米波相较于微波与短波，毫米波频率范围大、传送空间大、方向感强、密闭性佳。与光波对比，其穿越云雾与等离子的功能更强大，能够一天24h 地运转。相对于6GHz 以下的频段，毫米波具有更大带宽、更低空口时延和灵活弹性空口配置等独特优势，频带达到200～800MHz，可有效满足未来无线通信对系统容量、传输速率和差异化应用等方面的需求。低频段和毫米波频段相结合的高低频混合组网将成为5G 移动通信系统的基本架构。鉴于当前移动通信频段的缺乏的现状，毫米波充裕的频谱资源已被关注。

根据国际电联的规划，5G 的总体频谱资源分为以下两个频段（Frequency Range，FR）。

FR1：Sub6G 频段。也就是常说的低频频段，是5G 的主用频段。其中3GHz 以下的频段称之为Sub3G，其余的频段称之为Cband。

FR2：毫米波。也就是常说的5G 高频频段，为5G 的扩展频段，频谱资源非常丰富。

2 测试背景

对于冬奥会的通信建设，冬奥组委已经明确提出毫米波部署需求。同时，工信部的推动工作力度也在不断加大，要求运营商尽快开展毫米波试验，带动国内产业链成熟。中国联通需要在毫米波、太赫兹乃至光通信方面有所突破，明确提出打造纯无线的场馆，无线代替光纤，充分释放5G 和无线能力，体现中国科技创新力。在科技冬奥专项中，明确提出毫米波在冬奥中的应用场景和性能指标要求，满足高清视频回传、AR/VR、自由视角等多业务应用。

在整体的规划中，5G 毫米波会用在运动体验、赛事呈现、极速传输、美好记忆、终端展示、环境营造6 大板块，全面展示运动员竞技体验、5G 混合现实智慧雪场、8K 视频传输、5G 全视角赛事服务和自由视角赛事直播等多样化应用场景，一展当今中国5G 毫米波生态发展之新图景。

同时在赛场全视频监管运营应用中，区域部署多部监控摄像机，进行大容量回传，上行带宽需求达到20M/s/机位，部分重点监控对传延时要求100ms 以内，需要2K 高清视频回传，这些都需要5G 毫米波的大力支持。

跨境电商的人才需求结构分为初级、中级和高级。国际结算管理能力位于中级水平。虽然目前很多跨境电商企业处于初创阶段，对客服、网络推广等初级人才的需求量大，但是随着企业发展以及竞争加剧，对中高级人才的需求会更为迫切。然而目前高校毕业生还难以适应企业的发展要求，缺乏专业培训和实际的就业培训。以广东为例，2015年跨境电商人才缺口就超过30万，未来10年我国电子商务人才缺口将超过400万。因此培养能够从事跨境电商业务的高校毕业生迫在眉睫。

3 5G 毫米波冬奥场地建设实践

本次验证初步选址3 个物理站点，分别为：延庆二号集散广场西侧、延庆冬奥竞速结束区东侧、延庆一号集散广场。其中延庆二号集散广场西侧，延庆冬奥竞速结束区东侧两个基站主要覆盖冬奥竞速区区域，延庆一号集散广场基站主要覆盖竞速区集散广场区域。

此次实验测试的覆盖目标区为竞速结束区和集散广场，通过对4 个小区覆盖目标区域的共11 类、19 项内容进行测试。

测试内容依据《2020 年中国联通毫米波基站设备外场测试规范—冬奥》，共划分为SSB 切换、BFR、业务波束模板、定点峰值、时延、小区峰值、拉远、小区容量、覆盖、切换和频段测试共11类，测试项共19 项。测试项目完成情况如表1 所示。测试结果基本满足预期。

表1 测试分项明细

这次项目测试场地为冬奥会延庆区高山滑雪中心一号集散广场和竞速结束区东侧，并完成冬奥外场一阶段项目建设和测试。

测试结果5G 毫米波设备支持SSB 波束切换功能，SSB 波束ID 从12 到13 可反复切换。5G 毫米波设备在不同移动速度下支持CFRA 模式下波束失败恢复功能。验证了同业务波束模板的吞吐性能。对于单用户吞吐量、单小区速率和小区容量的测试是本次测试的重点。

4 测试取得的成绩

综合看，毫米波的经典特征是其波长合理，另外毫米波有着极为充裕的频谱资源，能够高效地化解频率资源紧缺的困局。毫米波的短波长能够开发更充裕的空间，让收放天线微小化。在放射段使用小基站与低频段的宏基站，完成对接。在移动接受设施上要使用尺寸极小的阵列天线来提高用户体验的速度。更加密集的大规模天线阵列，更多的天线振子，对波束赋形的运用也极为有利。毫米波天线的波束可以传播得更远，抗干扰能力更强，有利于弥补覆盖劣势。

并且鉴于毫米波段的多天线阵列有着窄波束高方向性的特点，化解了信道干扰与私密性差的难题，扩大了体系的传送空间。这部分特征让毫米波演变为解决参数流问题的高效模式，因此毫米波是第五代移动通信系统频段的最优资源。

本次试验通过只新增基带板，尽量利用现有电源配套，新增BBU 供电模块的方式，最大化地利用现有设备，实现快速、低成本的毫米波部署。整体工作量上，毫米波利用现网设备的建设方案由于对现网设备实现了最大限度的利用。节省了新BBU、新传输设备的安装，利用了原有光缆，所以提高了效率，节省了60%的建设步骤，有效地减少了建设时长，也会相应地减少建设投资。

从结果中不难看出，与6GHz 以下频段相比，5G 毫米波终端的实测下载速度快了4 倍，平均速率高达900Mbps，峰值速率超过4Gbps，这意味着平时下载时间长达10h 的有声书能够在1s内下载完毕，速度非常惊人。除了速率的显著提升之外，毫米波的另外一个优势，就是更低的时延。因为子载波间隔方面的原因，5G 毫米波的时延可以做到Sub-6GHz 的1/4。根据测试验证，5G 毫米波的空口时延可以达到1ms，往返时延可以达到4ms，表现极为出色。

众所周知，对技术进行运用，最重要的就是“扬长避短”。也就是说，一个技术，要用在最能发挥其优势的场景下。经过了一个月5G 豪米波网络的建设和测试，笔者总结出以下3 条应用经验以发挥毫米波技术的长处。

（1）对于容量诉求大的密集城区，如机场，高铁站，核心CBD等场景，建议部署毫米波。

同时在需要大容量、高速率的场景中使用毫米波实现热点覆盖。在重点应用场景中部署毫米波网络，例如奥林匹克场馆、音乐厅、商场、交通枢纽等，不仅成本相对低很多，而且能达到比较好的覆盖效果。

（2）对于覆盖和容量诉求同时兼备的普通城区，建议部署Cband。如有特殊需求可以部署毫米波。

在测试中已经测试过毫米波和C 波段的切换，实测结果NR站点从小区PCI5 切换到PCI2，反复10 次切换正常，符合预期效果。这充分证明了毫米波基站可以和C 波段基站混合部署，以达到普遍覆盖、重点照顾的目的。

（3）对于覆盖诉求更高的郊区/农村地带，建议利用原有的低频频段进行5G 覆盖。

事实证明，毫米波是5G 的重要组成部分，而5G 是国家发展的重要组成部分。作为冬奥会唯一运营商合作伙伴，中国联通正致力于开展冬奥场景毫米波试点试验，带动产业链加速发展。中国联通将利用冬奥会的广大舞台充分展示5G 毫米波赋能冬奥的极致性能与丰富应用。

5G 毫米波通信自身具有大带宽、时延低和灵活弹性空口配置等独特的优势，可以有效满足未来无线通信系统的容量、传输速率和差异化应用等需求。通过此次建设和测试，笔者对于中国联通综合应用5G 毫米波的技术手段，打造超大带宽无线场馆，为观众、媒体转播者、赛事组织和参与者等各方量身打造的完备服务保障和丰富应用场景充满信心。