700 MHz频段5G网络建设方案探讨

2022-06-16刘亚楠刘邦琛

通信电源技术 2022年1期

刘亚楠，刘邦琛，王珏

（安徽电信规划设计有限责任公司，安徽合肥 230031）

0 引言

2019年6月，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通以及中国广电发放了5G商用牌照，这标志着中国正式步入5G时代。与其他3家电信运营商相比，中国广电必须探索5G商业模式，打造差异化服务，实现集融合传播、手机通信运营商、智能万物互联以及有线电视网络相互协同的5G网络。

1 700 MHz频段组网形式分析

5G网络已开始大规模建设，在5G过渡阶段的发展过程中，中国广电5G网络的建设和运营无论是传统的网络结构还是手机通信技术，都会发生一系列变化。相对于5G中高频段而言，700 MHz频段是中国广电发展建设5G网络的独特优势，具有传输距离较远、覆盖面广、绕射力强以及穿透性好等特点，被行业界称为“黄金频段”[1,2]。此外，700 MHz频段部署5G网络所需要的网络基站数量相对较少，覆盖效果较好，可以有效地降低建设5G网络的成本与能耗。

1.1 5G 700 MHz频段使用情况

当前5G竞争态势异常激烈，发展势头迅猛，频谱资源是发展无线通信最关键的战略资源。2020年1月3日，工信部批准了中国广电使用4.9 GHz频段（4 900～5 000 MHz），同意其在北京等16个省市部署5G网络。2020年5月，工信部依申请许可中国广电使用703～733 MHz和758～788 MHz频段，分批、分步地在全国范围内部署5G网络[3]。

根据协议，N12、N28、N83频段涉及700 MHz，其中N12、N28为频分双工（Frequency Division Duplexing，FDD）制式，N83为补充上行（Supplementary Uplink，SUL）制式，N12频段上下行带宽仅有14 M。预计N28频段为主要使用的频段，N83频段作为SUL频谱使用。700 MHz频段使用情况如图1所示。

图1 700 MHz频段使用情况

1.2 700 MHz频段标准情况

2019年6月，中国广电获得5G商用牌照，并规划通过700 MHz+4.9 GHz协同组网方案，形成全国性的中国广电5G服务网络。2020年3月，由中国广电牵头提出的700 MHz频段2×30/40 MHz技术提案获得采纳，并作为5G国际标准，成为世界第一个5G低频段(Sub-1 GHz)大带宽5G国际标准，在极大程度上解决了700 MHz的容量短板。

在标准侧，N28频率（700 MHz）已通过国际标准，其支持30 M/40 M带宽；在基站侧，3GPP技术标准于2020年3月支持700 MHz频段2×30/40 MHz NR技术能力；在终端侧，3GPP技术标准于2020年3月明确要求支持30 MHz NR技术能力，40 MHz能力尚未正式纳入；在系统设备侧和终端侧，预计随着产业的发展会进一步成熟。

1.3 700 MHz频段组网优势

1.3.1 700 MHz频段覆盖能力强

中国广电独家享有700 MHz频段资源。700 MHz的无线网络频段作为目前多数国家网络发展的“黄金频段”，具备穿透力强、覆盖面广等优点，并且能够以相对较小的基站规模进行最大范围的地域覆盖，是中国广电事业发展的新资源[4,5]。中国广电作为继中国电信、中国移动及中国联通后的移动通信新兴力量，由于没有2G、3G、4G网络建设，因此缺乏现有的网络资源和基础设备，但同时也没有现有网络建设负担。中国广电和中国移动公司共同制定了网路建设规划，按照1∶1比例联合投资共建的700 MHz 5G无线网络。两者优势互补，减少复杂工程，节省5G网络工程建设投资。

1.3.2 700 MHz频段穿透损耗小

当无线信号经过建筑或车辆时，无线信息的穿透损失很大。穿透损耗的高低与无线电波频谱、建筑物种类以及电磁波入射角率等相关[6,7]。一般来说，无线电波的频谱越高，穿透损失就越大。700 MHz和3.5 GHz的穿透损失对比如表1所示。

表1 700 MHz和3.5 GHz穿透损耗对比

1.4 700 MHz组网面临的挑战

1.4.1 规范和标准的局限

中国广电网络建设中缺乏分类指导意见，相关标准不一致。目前，由于全国各地广电有线网标准差距较大，因此必须进行不断的体制改革，以确定全省网建规范与全国智慧广电统一标准[8,9]。相对于投入了大量人力、物力并运营多年的3大通信网络，广电网络与其之间仍有差距，在建设、运维、业务推广以及服务方面都面临许多挑战。

1.4.2 技术研发和技术体系局限

虽然中国广电拥有自己的网络支撑、技术系统以及频谱资源，但并没有建立起自己独特的且满足我国发展状况的新式网络结构体系，而且在技术开发方面的投入也存在较大缺陷，因此研究5G相关、智能广电网的技术和标准化非常有必要。

1.4.3 专业人才局限

在建设5G的工作内容和技能需要方面，中国广电将会发生很大变化，同时还会产生更多人才缺口，其主要原因是现有从业者多以传统广播电视为主，能力和知识系统不适应5G业务发展及相关建设需要。此外，高校人才培养制度与社会实践发展和行业需要不符合，人才的引进视野并不开阔，引进和选拔方式仍然有限，尤其是熟悉新媒体的经营技术和管理工作的专业人员难以引入。

2 700 MHz组网方案

中国广电联合中国移动，以1∶1的比例共同投资建设700 MHz频段的5G无线网，双方共同持有和授权使用700 MHz频段的5G无线网络资产，并实行700 MHz共同建网战略（700 MHz+4.9 GHz协同组网），采取新的方式单独组网路线（Standalone，SA）。在700 MHz基站覆盖区域，由5G基站完成业务接入，经中国移动承载网重传至省级中心，通过互联互通系统将业务承载至中国广电核心网。在未覆盖700 MHz基站的地区，借助中国移动2G、4G或5G移动网完成业务承载。

2.1 无线网

无线网是中国广电建设5G的重要组成部分，按照独立的5G特性模式，极简的架构方法建设，选择700 MHz+4.9 GHz的协同网络建设方案。以700 MHz作为一个基础网络的覆盖，通过4T4R天线增加基础网络的容量，上下行的宽带距离也随之增加。而4.9 GHz频率则以热点覆盖范围为主，通过64T64R天线来提高业务热点的区域覆盖范围及深度，以更容易、更快捷、更高效的方法进行多场景宽带覆盖。5G覆盖场景分类如图2所示。

图2 5G覆盖场景分类

2.1.1 室外宏站

室外宏站主要用来供给中国广电5G的托底信号，应以700 MHz网络基站覆盖范围为主、4.9 GHz网络基站在热点地区补充为辅的规划原则。户外宏站的站间距大小直接决定着通信品质和投资规模。为了形成合理的覆盖范围结构，减小弱覆盖范围，较少强信号越区覆盖等诸多问题，一般户外宏站的天线系统挂高宜在30 m左右。以达到95%的网络覆盖面、25 Mb/s的边缘用户下行平均速度为设计目标，并通过传输模式和信号品质要求，测算出不同应用场景室外宏站的站间距，如表2所示。

表2 700 MHz频段5G典型场景室外宏站站间距

2.1.2 室外微站

室外宏站的覆盖范围内难免会存在信息盲点，最有效的优化方法是利用室外微站实现局部信息补充覆盖。目前，室外微站建设中大多利用道路杆架设及挂墙架设，道路杆架设通常使用道路照明杆及供电杆，挂高为6～12 m，挂墙施工时通常使用小型一体化微站装置。将微站的覆盖间距控制在100 m以内为宜，除弥补室外宏站的覆盖盲区之外，也可作为部分居民小区室内的无线网络覆盖方案。

2.1.3 室分覆盖建设

室内场景将优先采用分布式皮基站的建设方式，而按照国家工信部信息共享要求，公共交通与商业场所部分覆盖的主体将采用铁塔公司、运营商租赁的方式，而对其他室内分布的要求，运营商则可自行设计。在室内施工过程中，要统筹考虑到施工的时间与效率，并尽量以楼间对打、广角天线以及微室内分的施工形式为主。

2.2 承载网

承载网络主要包括前传、中传以及回传3个部分，架构如图3所示。中国移动5G的前传技术方法分为光缆直连、无源波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）以及有源WDM/光传送网（optical transport network，OTN）等。充分考虑到基站密集度提高以及潜在多频点组网方法，光缆直驱方法需耗费大批光缆，在部分光缆资源紧缺的地方无法满足光缆需求，需要波分设备承载作为补偿措施。分布式无线接入网（Distributed Radio Access Network，D-RAN）组网模式下，由于组建模式比较单一，所需要的光缆资源很少，因此前传网络通常采取光缆直驱方法。集中化无线接入网（Centralized Radio Access Network，C-RAN）组网模式需要的光缆资源较多，前传网络通常采取以WDM技术为主的波分复用方法，以节约光缆资源，也可以选择光缆直驱方法。中、回传承载技术方法按照负载技术的分类方式，可分成切片分组网（Slicing Packet Network，SPN）、无线接入网IP化（IP Radio Access Network，IP RAN）和下一代光传送网（Metro-Optimized OTN，M-OTN）。在筛选实施方案时应充分考虑中国广电的现网设施，并根据中国广电700 MHz 5G网络规模及投资等综合比选。

图3 5G承载网网络架构

2.3 核心网

中国广电700 MHz 5G核心网摒弃传统的内核网软硬件相结合的紧耦合网络系统设计模型，使用基于服务架构（Service-Based Architecture，SBA）的体系结构，网络功能则通过服务接口向外提供业务，容许其他网络功能访问并调用其自身业务。5G核心网总体上采取虚拟、服务结构，按照用户的规模、传输要求以及网络发展情况等因素，按大区集中设置，实行大容量、小局所原则的网络功能部署。

中国广电700 MHz 5G核心网应用遵循先局部后整体、先控制面后用户面逐步快速发展，迭代升级的发展思路，根据业务驱动力和产品成熟度有序引入网元进行虚拟化系统部署。

3 700 MHz频段下5G商业模式探讨

2019年，中国广电获颁5G牌照，扎实推进规划、标准、产业、合作、业务以及网络建设等各项工作。中国广电计划于2020年正式挂牌启动5G商用，同时逐步推出面向个人用户和其他垂直广播业务，争取在2021年将广电5G广播网络平台建设发展成为一个传递正能量、广电互联接、人人互联通、应用新广播服务以及可接受管制的新型广播网络。

对中国广电来说，在获得重大政策开放红利后，考虑到自身财政资金、科技发展经验以及网络服务用户等各个领域的实际状况，项目建设5G的实际投资规模和解决技术困难等基本要求，未来仍需要不断深入研究。

3.1 近期模式

中国广电5G的建立与发展将展现其独特优势，即传播速度快、传输广泛以及覆盖全面等。相对于其他中高频段，中国广电700 MHz频段部署5G时，其快速建网所需的基站数量相对较少，网络覆盖能力更强，在同样的覆盖条件下可快速实现5G网络全覆盖，同时有效节省网络建设成本。

按照5G技术应用发展趋势，超高清视频业务将是5G最先成熟的大宽带应用，也是中国广电发力的重心。从电视机大屏幕、移动小屏幕以及多类型智慧屏的互动入手，充分发挥广播电视媒体文化内容与视频万物互联优势，革新产品服务业态和个性服务体验。

3.2 远期模式

中国广电5G与3大电信运营商相比，应该更多地做差异化事业。语音类不是主流话题，主力部门做与传输直播有关的事业，同时主动负责一些公益业务，如应急广播等，这是与3大运营商之间存在最大的差异[10]。由于5G基站的覆盖面积相对较小，建设费用高，针对农村地区3大基本电信运营商，根据行业发展的需要部署5G，很难实现完全覆盖。中国广电的低频资源为700 MHz，所需基站数量较少，网络覆盖力更强，可以迅速实现5G网络的全面覆盖。

中国广电5G乡村融媒体服务，以“融合、创新、三农服务”为中心理念，结合现在农村发展的新情况、新需要，为农村居民提供一种集三农、生活、政府服务、信息和文化娱乐以及乡村旅游等为一体的新式广电融媒服务。利用融媒体业务，通过视频、直播等手段向观众传递自己家乡的土特产，观众可以根据需求在视频、直播中选购的商品，让农产品在全国范围内销售给消费者。

运用700 MHz覆盖的优势，成功实施5G智慧全域旅游，并利用聚集“吃住行游购娱”等资源，为旅游者创造方便快捷的智能旅行综合业务“总入口”，真正实现了“一键畅游体验”。使用“一张手绘图”，游客在周边旅馆、食品饮料、健康教育、医疗保健等服务工作以及购物和娱乐场所进行标识，使用“一张体验卡”即可线上享受到全域文旅产品及线下消费的体验。

紧急通信网工程主要包括骨干网、各城域网、网络信息安全工程以及综合网络管理工程等,并建立上联应急管理部下接县应急管理机构信息的高速通道和数据交换中心，为省、市、县、镇4级应急管理单位以及各转隶机关之间横向互连、纵向运行的业务信息系统提供了安全、可靠、快捷、实用且功能先进稳定的统一网络通道，从根本上解决了省应急管理机构转隶机关每个部门之间网络不联通、信息资源相互闭塞、数据无法资源共享等问题。中国广电5G应急通信系统充分利用广泛覆盖范围的特点，通过大宽带5G网络高塔覆盖、小塔热点覆盖、有线网络辅助方式，遵循“平战结合”的原则，合理有效地调度互联网数据。在平时由5G切片模式保障，既不会影响5G网络正常商用，也不影响节目的收看收听。因此，中国广电5G可在应急通信网业务方面广泛应用。