基于4G网络洞察的5G网络规划

张洪伟，蔡宗平，马学军，王耀祖（中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司，重庆 400042）

1 概述

随着5G时代的到来，运营商需要应对爆炸式的流量增长、海量的设备连接和不断涌现的新业务新场景，首先面临的是5G 网络建设问题，最关键的是铺设一张连续的、覆盖整个城市5G 网络。5G 基站初期站点的规划选择会有所侧重，初期需要根据市场及用户需求进行规划部署，在重点热点区域优先建设，同时考虑与4G网络的交互性，需要统筹考虑网络的规划和建设，利用4G网络部署的经验、原有站址和技术手段，提升5G网络部署的效率，降低网络规划部署难度。

2 基于4G网络基础的5G网络规划

2.1 5G网络规划难点

5G 的业务和应用场景有别于以往的网络，网络规模和立体分层将更加明显，复杂程度更高，随着Mas⁃sive MIMO及复杂天线波束赋形技术的应用，多径建模的重要性更加突出，如果缺乏精细化多径建模仿真手段，将很难保证网络规划准确性。因此，基于高精度电子地图、三维立体建筑物图层、具备多径建模的射线追踪传播模型等新型仿真技术，可实现5G无线网络的精准规划。

5G 网络的业务预测包括用户数预测和业务量预测2 个方面，5G 网络是全频段多RAT 接入网络，不同频段和无线接入方式选用不同的业务模型。5G 采用了Massive MIMO 等技术，提高了频谱效率，带宽更大，使得5G具备高容量的能力。在进行站址规划时，要充分考虑现有基站站址的利旧及新建站点的共建共享。

同时，5G 规划中面临的挑战主要有频谱资源、新空口、新业务和应用场景的多样化，网络架构重组对于政府监管、应用于5G 的新技术、外界环境的影响等均存在挑战。

不同网络频段空口传播损耗、传播模型均不同，使得5G 频谱规划也变得更加复杂。新的业务需求已经超出行业经验范围，当前在评估方法以及规划方案等领域均没有成熟的研究结果，也面临新的挑战。

2.2 4G/5G网络协同发展

面向5G 业务用户体验，4G/5G 将存在一个很长的共存期，5G 网络的建设可采用与4G 协同发展思路，采取“5G 创品牌，4G 保发展”的策略，分批次建设5G 网络，同时在建网初期，5G 核心网未成熟，仍需要借助4G EPC 核心网，需要设定锚点网络，NSA 宏站锚点建议优选1.8/1.9 GHz。

一期：4G/5G 单点部署和精品网部署，单点部署时为避免影响现网4G，5G 可开60 MHz 带宽，频谱资源动态共享；精品网区域5G 开100 MHz 连片组网，周边4G D1D2 退频，5G 反开3D MIMO 分流LTE 容量，如图1（a）和（b）所示。

二期：大规模开5G 100 MHz 连续覆盖，5G 开通NR，同时反开3D MIMO 分流LTE 容量，如图1（c）所示。

2.3 基于4G网络开展5G网络规划

在5G建网初期，基于应用场景的网络建设无法达到连续的覆盖，以4G LTE 网络作为打底网络，对4G EPC 进行升级，5G 在4G 网络的基础上逐步形成规模，选择重点场景、热点场景进行5G 网络的前期部署，如图2所示。

图2 2期大规模开通100 MHz NR+3D MIMO

2.3.1 NSA锚点频谱选择分析

现阶段，各大芯片、终端厂商均支撑全频段锚点能力，通过对现网主流频率的覆盖效果情况进行测试对比，FDD 1800 频段用于5G 网络锚点，可以达到更好的效果，主要具有如下优势。

a）单站覆盖效果优于其他网络频段。

b）上行容量3倍于F频段。

c）端到端产业链成熟，易用性高，现阶段各主流厂商均支持。

1.8 GHz FDD 频段作为锚点，现网还不完全连续，在5G 部署区域需同步建设1.8 GHz FDD 连续覆盖，FDD既可作为5G锚点，又可有效分担4G用户和流量。

2.3.2 5G频谱分析

综合各方面信息，确定本地5G网络建设的近期目标，从而明确对性能和带宽的需求。5G 网络带宽越大，性能就越好，但考虑到4G网络流量快速增长，退频工作普遍存在一定难度，因此建议客观评估5G网络的性能需求。

5G 采用100 MHz 带宽时，最后40 MHz 带宽和现网D1、D2 频点重合，存在同频干扰。干扰类型和强度近似邻区干扰，目前5G 网络近似空载，对4G 影响很小，但4G 负荷较大，会影响5G 性能。因此，对5G 性能要求高的区域，需要额外增加D1/D2频点的隔离带。

2.3.3 4G退频方案

为满足5G 建设的频谱隔离带要求，需要对现网4G频段进行结构套装，根据每物理扇区需要的最终载频数、终端情况、产品情况等确定退频方案，移频后LTE 扇区配置等效载波数不低于移频前，以应对未来LTE流量增长需求，确保LTE网络性能稳定。

a）根据各频段配置带宽，确定等效载波情况（见表1）。

表1 各频段配置带宽等效载波

b）根据各扇区现有资源和预测后需要的载波数，评估退频后的资源缺口；不存在缺口的扇区可以直接退频D1、D2频点。

c）对存在资源缺口的扇区进行扩容，策略按优先级排序为：开启D3 频点、扩容/新建TDL-F 频段载波（提升终端覆盖连续性）、开启FDD载波、扇区分裂。

d）部分早期微站产品不支持D3 频点，需要替换产品；退频后资源不足的需补充FDD微站。

e）部分扇区负荷较高，现网已经配置较多载波，退频后容量无法满足需求，建议NR 开通80 MHz 带宽，即只退D1一个载波，确保LTE现网性能稳定。

f）对产品和终端能力较好的场景，LTE 除FDD1800 和D3 之外，还可采用D 频补充频段（2 635～2 655 MHz）来增强容量。

当5G 设备开通商用后，可以反向开通4G MIMO载波，大幅提升LTE系统能力，此时可以逐步清退LTE产品设备；当频率共享实现后，对LTE 容量不足、5G 负荷很低的扇区，可以灵活增加LTE载波资源。

2.3.4 5G容量预测

根据试点区域长期业务量统计数据，确定该场景增长曲线，并基于当前指标统计情况，预测后续业务量需求。

预测主要有2 个时间点：各厂家5G 产品能够实际支持4G商用用户和4G/5G实现频谱共享。

容量预测需要采集较长时间粒度的容量数据，其中小区级通过网管采集3～6 个月的流量和用户数，此外还需要运营商提供18个月以上的本地网级别上、下行总流量和实际用户数（见表2）。

表2 现阶段各场景流量对比

2.3.5 5G建网评估预测

在4G 网络建设的基础上，依据4G 网络用户模型及网络部署经验，同时考虑5G 网络应用场景，网络建设主要从网络结构、话务、场景等方面进行评估预测。

网络结构评估：基于各个频道进行规模、覆盖率、站间距的结构评估。

话务评估：对规划区域用户、流量等进行评估，定义区域话务等级。

场景划分：根据4G话务区域的优先级进行场景划分，便于进行5G规划（见图3）。

图3 网络结构图

2.3.5.1 基于链路预算NSA 5G网络的覆盖评估

在NSA 组网模式下，针对5G 的应用场景，设定不同的边缘速率组合（见表3），按需进行网络部署，有针对性地进行网络评估。

表3 上下行边缘速率组合定义（单位：Mbit/s）

2.3.5.2 基于上下行不同速率组合的链路预算

在NSA 组网模式下，依据覆盖场景，通过链路预算评估各场景的覆盖半径，如图4所示。

图4 通过链路预算评估各场景的覆盖半径

2.3.5.3 基于链路预算SA 5G网络的覆盖评估

从NSA 模式升级到SA 组网模式，相比NSA 模式，终端发射功率提升3 dB。

通过链路预算可以评估在各种场景下从NSA 升级到SA 覆盖能力的提升情况（见图5）。从图5可以看出，SA组网明显优于NSA组网模式。

图5 不同场景下SA与NSA覆盖能力对比（单位：m）

3 5G网络规划的总体流程

为实现5G网络的合理部署，初期规划阶段需要对网络需求进行分析，结合建网目标进行网络容量、覆盖预测，基于主流设备及网络结构进行站点选址和建设规划，依据规划结果进行网络仿真，输出规划仿真方案，最终实施网络建设，详细流程如图6所示。

图6 5G网络规划的总体流程

3.1 5G建网需求分析

5G 网络规划阶段，需要首先对网络需求进行分析，综合现网多制式、多频段的站点资源，考虑组网策略对现网的影响，通过划分建网场景，制定网络建设策略。初期实现主城区的网络规划建设，逐步向外扩展，优先满足应用合作机构的业务需求，例如医院、机场等重点应用场景；其次通过大数据进行分析，选出部分高流量、高需求、具有商业价值的区域作为初期建网的重点区域，进而推广至其他区域，热点区域主要集中于大学城、商业区、景点及密集居民区。

3.2 5G建网指标

依据覆盖场景及业务需求，制定5G网络建设规划指标要求，在城区高热区域制定较高的网络指标要求，依次为城区一般区域、县城和郊区区域（见表4）。

表4 5G建网指标

3.3 5G覆盖容量评估预测

通过计算链路损耗、干扰、开销等，基于栅格分析小区覆盖率、电平值、信噪比、峰值速率等各项指标对覆盖进行预测，从而评价现有组网规划方案是否满足客户要求。5G 无线网络设计目标、面向业务和采用技术与4G 网络差异明显，5G 无线网规划不能简单沿用4G 方法，可参考现网4G 网络热点区域网络容量，结合5G 网络覆盖模型，针对5G 网络的新需求、新特性，预测5G网络容量需求，面向多场景精准规划5G无线网。容量热点图如图7所示。

图7 网络热点渲染图

3.4 5G站址选择

考虑网络建设成本及快速建设部署，5G 选址首先考虑共用原有基站站址，同时新建站址考虑共建共享的原则，减少网络建设成本，同时实现快速部署，这种建网方式在一定程度上减少了初期资源的浪费，同时对于挖掘5G 商用价值产生了积极的作用，对后续5G的投资必定产生良性影响。

3.5 5G规划仿真

精准的RF 和BF 参数规划对5G 网络的建设也很重要，静态仿真（无时间概念）是一种常用的方法，将规划区域进行地理栅格化，每个栅格认为是一个UE，小区所有资源分配给此UE，进行覆盖电平、信道质量和速率的预测；即评估单点峰值覆盖能力。基于射线追踪模型和5 m 3D 地图，推广高精度仿真，提升预测精度。常用主流射线跟踪模型有volcano、cross wave、P3M 等。

结合高精度电子地图，射线跟踪模型按照预设参数计算收发端之间的直射、反射、衍射、绕射等各种路径损耗，逼近信号真实传播特性，该模型适用于较高频段的仿真，尤其是毫米波。广播信道3D 权值规划、业务信道3D立体赋形均需基于射线跟踪模型。

可实现基于二维高精度电子地图(含建筑物高度信息)，地图精度5 m及以上的效果呈现，如图8所示。

图8 二维仿真示例图

也可实现基于3D 立体建筑物切片的网路覆盖预测，呈现效果如图9所示。

图9 三维仿真示例图

3.6 方案输出

5G 网络部署的频率主要为2.6 GHz、4.9 GHz 频段，2.6 GHz部分频段已被4G D 频段站点使用，需合理地规划2G、3G、4G 清频退网，网络规划方案与频移方案相结合，使5G网络建设工程平稳落地（见图10）。

图10 4G/5G协调部署网络结构

4 5G基于某市现网站点的NSA网络规划方案

现阶段，网络规划以NSA 为主，对于有行业用户需求区域将NSA逐步升级为SA。在网络设计阶段，遵循从NSA站点逐步升级到SA的原则。

a）NSA 锚点定义：评估4G FDD1800，TDD F，TDD D 覆盖连续性，单纯从覆盖的角度上评估三者作为锚点的优先级；从端到端产品成熟度的角度进行评估，确定FDD1800，TDD F，TDD D 作为锚点的优先级；综合评估确定作为锚点的4G网络。

b）站点筛选原则：确定锚点频点后，在5G 站点规划时，优先选择锚点频点的站点作为5G 候选规划站点；锚点频点定义后，其他频点站点按照锚点成熟度优先级选站；5G 一期部署主要是宏站，因此室外选站优选4G宏站。

c）网络结构评估原则：评估站间距过近站点，非覆盖必须或高话务站点可在5G规划中剔除；合理剔除过高站点和过低站点。初步确定的5G 预规划站点按照锚点定义频点，按话务高低定义优先级。

d）RF参数规划：NSA组网，5G站点参数与共站的锚点4G 站点RF 参数一致；NSA 组网新建5G 站点，如与现网D 频共站，采用D 频的RF 参数。对于SA 组网，5G规划参数参照4G已有站点RF参数。

4.1 某市现网分析及5G网规思路

通过容量分析，对D 频段退频后的站点扩容建议进行整理，比对2019 年建设计划，获得F1800 站点列表；整理物理站点工参和不同频段逻辑小区归属，以F1800-F 频段的顺序进行NR 站点选择；规划NR 及F1800 网络，并相应调整工参；对高话务扇区的覆盖进行分析，利用best server 仿真确定话务分担的扇区；输出包括NR、F1800、D 频段退频话务迁移的整体规划方案。

通过对比，该市城区F频段站点分布较为密集，站间距普遍在300 m 左右，城区FDD 1800 频段站点基本和F频段重叠，但是仍有部分空洞。

4.2 现网FDD1800覆盖评估（RSRP）

依据仿真条件，对某城区FDD1800 站点覆盖进行评估，结果如表5所示。

表5 现网FDD1800覆盖评估仿真结果

5G 初期组网策略是NSA 组网，锚点为FDD1800，因此在5G 建设前需要评估市区FDD1800 的网络覆盖情况。

经过仿真评估，市区内531 个FDD1800 站点（1 076 扇区），现网RSRP>-105 dBm 的覆盖率为94.97%，无法构成连续覆盖；部分区域出现明显的连片弱覆盖区域。

如果选择FDD1800 作为锚点，需要新增FDD1800站点来改善市区覆盖。

4.3 用弱覆盖仿真识别法进行FDD1800增补加站

NSA 组网中，FDD1800 作为锚点网络要求连续覆盖，但又考虑投资成本，FDD 站点要做到精准投入，通过采用MR弱覆盖栅格筛选质差区域（见表6）。

表6 FDD1800弱覆盖仿真识别评估结果

由于FDD1800 存在大量单扇区双扇区站点，优先考虑参考其他频段补全扇区，并结合新建站点计划，整体考虑增加FDD1800覆盖方案并采用仿真验证。

4.4 FDD1800预规划覆盖评估（RSRP）

经过仿真评估，在市区内预规划535 个FDD1800站点（1 344 扇区），RSRP>-105 dBm 的覆盖率达到98.25%，MR 弱覆盖栅格区域，RSRP>-105 dBm 的覆盖率达到96.64%，可以有效实现市区内的浅层覆盖（见表7）。

表7 现网FDD1800预规划评估仿真结果

本规划共新增FDD 站点4 个（已在计划建设列表中），新增256个扇区，实现城区连续覆盖。

4.5 5G规划站点分布

基于全网所有物理站点，去除过低站（低于12 m），过近站点，普遍站间距大于300 m，平均站间距约为470 m。

采用现有方位角进行仿真和优化，对室外SSRSRP ≤-91dBm 的弱覆盖区域进行加站，统一规划站高30 m。

利旧站点641 个，建议新建站点155 个，全网NR规划站点共796个。

4.6 NSA组网5G规划宏站仿真

在市区中，室外场景SS-RSRP≥-91 dBm的比例为95.70%；SS-SINR≥0 dB 的比例为98.68%，均达到95%的覆盖率要求（见表8和表9）。

表8 5G规划站点覆盖仿真结果

表9 5G规划站点质量仿真结果

此次仿真仅考虑10 dB 穿损的浅层覆盖，实现室内浅层覆盖保障，无法保障室内深层覆盖。

5 总结

面对5G 网络规划建设，通过了解市场需求，结合现阶段的网络发展趋势，同时考虑4G/5G 网络互操作及协调组网模式，需要统筹考虑网络的规划和建设，利用4G 网络部署的经验、原有站址和技术手段，以及5G 网络新特性，提升5G 网络部署的效率，降低网络规划部署难度，本文通过对锚点网络的评估，针对网络热点和网络需求，实现5G 网络的规划和评估，达到网络前期规划部署的需求。