5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

通信世界網(wǎng)消息（CWW）5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)相比，在數(shù)據(jù)傳輸速率、端到端時(shí)延、接入用戶容量等能力方面有極大的提升?；?G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，諸如智能駕駛、AR遠(yuǎn)程醫(yī)療、VR互聯(lián)游戲、物聯(lián)網(wǎng)等不同等級(jí)的業(yè)務(wù)可以在同一gNodeB下完成通信；可以支持用戶設(shè)備端與互聯(lián)網(wǎng)邊緣的有效連接，以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使用效率；有效利用移動(dòng)通信中高頻段頻譜資源。這些特點(diǎn)4G網(wǎng)絡(luò)尚不具備，也決定了5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)與4G網(wǎng)絡(luò)不同。

5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)分析

5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)切片滿足不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景，這與4G簡(jiǎn)單地將無(wú)線資源劃分業(yè)務(wù)等級(jí)不同，5G切片是業(yè)務(wù)承載所需的端到端的物理或虛擬資源的整合，包括帶寬資源、傳輸資源、核心資源，構(gòu)成邏輯上的“專網(wǎng)”。如5G可將較小時(shí)隙長(zhǎng)度的無(wú)線資源分配給對(duì)時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)，切片的優(yōu)勢(shì)就在于可根據(jù)業(yè)務(wù)選擇每個(gè)切片所需的特性，例如低時(shí)延、高吞吐量、連接密度、頻譜效率、流量容量和網(wǎng)絡(luò)效率等。

為實(shí)現(xiàn)切片，5G核心與承載基于NFV/SDN，傳統(tǒng)核心側(cè)功能更靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣。新結(jié)構(gòu)下，邊緣計(jì)算能力及綜合業(yè)務(wù)區(qū)范圍大小都成為考慮重點(diǎn)。

5G業(yè)務(wù)是面向場(chǎng)景的。建網(wǎng)初期多用于流量熱點(diǎn)區(qū)域的大帶寬接入（相當(dāng)于4G場(chǎng)景的主要應(yīng)用，速率遠(yuǎn)高于4G），逐漸滿足多樣化的行業(yè)需求，如智能制造對(duì)大連接的要求，無(wú)線醫(yī)療、云VR/AR對(duì)穩(wěn)定速率的要求，車聯(lián)網(wǎng)對(duì)低時(shí)延、廣覆蓋、高移動(dòng)性的要求。不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求是多樣的，某些業(yè)務(wù)可能需要兩種、甚至三種以上基本網(wǎng)絡(luò)能力。

5G規(guī)劃站點(diǎn)選擇

5G使用的頻譜與現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，存在頻率高、波長(zhǎng)短、空間損耗大、繞射能力弱、多徑效果不明顯等特點(diǎn)。頻譜特性使得5G基站覆蓋范圍進(jìn)一步縮小，同時(shí)高頻段的穿透損耗相對(duì)較大，室外基站對(duì)室內(nèi)業(yè)務(wù)的吸收會(huì)減弱，由宏基站、小微基站、室內(nèi)分布系統(tǒng)組成的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)更加普遍。無(wú)線環(huán)境對(duì)5G信號(hào)的影響更明顯，因此站址選擇及天線掛高、方位角、功率設(shè)置等工程參數(shù)仍是規(guī)劃的重點(diǎn)。

室外宏基站

5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)要與城市規(guī)劃緊密相連，需要科學(xué)合理的城市規(guī)劃建設(shè)的支持，需要對(duì)城市人口疏密度、布局等進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和科學(xué)預(yù)測(cè)，結(jié)合鏈路預(yù)算對(duì)不同場(chǎng)景單站覆蓋的判定進(jìn)行站點(diǎn)規(guī)劃，此外還需進(jìn)行仿真效果驗(yàn)證分析。

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求特點(diǎn)，將采用高中低不同頻率部署方案滿足不同場(chǎng)景需求，仿真預(yù)測(cè)主要考慮采用中低頻進(jìn)行廣度和深度覆蓋，對(duì)信號(hào)強(qiáng)度和上下行速率進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，同時(shí)考慮采用高頻對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域的上下行速率預(yù)測(cè)分析，目前傳播模型可選用3GPP 38.901 NLOS模型。

室外小微基站

超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（ultra-dense Hetnets）主要是在宏基站覆蓋盲點(diǎn)中布放大量微基站接入點(diǎn)，來(lái)滿足覆蓋要求。對(duì)于宏基站盲點(diǎn)，應(yīng)充分利用燈桿、電線桿、監(jiān)控桿、水泥桿等社會(huì)資源，采用小微基站對(duì)這些弱覆蓋區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)覆蓋部署，目的可能僅為解決一層樓或一處街角的覆蓋。

室內(nèi)分布系統(tǒng)

5G具有高頻段的特性，空間損耗和穿透損耗明顯增加，4G時(shí)代通過(guò)室外宏基站覆蓋室內(nèi)方式的應(yīng)用將面臨限制，因此5G時(shí)代室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求將進(jìn)一步凸顯。傳統(tǒng)的室分技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)更大，如何處理好新型室分技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)施策略，將是規(guī)劃的重點(diǎn)所在。

5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重點(diǎn)難點(diǎn)分析

5G設(shè)備頻率高，gNodeB網(wǎng)絡(luò)覆蓋低于eNodeB，超密集無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案將成為5G基站主流組網(wǎng)方案，結(jié)構(gòu)繼續(xù)沿用4G基站模式，以CU/DU+AAU、CU/DU池等方式為主。大規(guī)模陣列天線端口多，因此有源天線應(yīng)運(yùn)而生。目前國(guó)內(nèi)主要設(shè)備廠家愛(ài)立信、中興、華為均采用天線與射頻處理單元一體化的方式，將設(shè)備安裝在鐵塔支撐桿上，機(jī)房安裝空間要求降低，室外安裝要求提高。

站址布局規(guī)劃

5G時(shí)代，4G、5G網(wǎng)絡(luò)共存的局面將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。與當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)天線安裝要求高、基站能耗大，塔桿建設(shè)難度增加，同時(shí)基站的覆蓋范圍進(jìn)一步弱化，站點(diǎn)需求量增加。不同場(chǎng)景下的宏微協(xié)同使得站址選擇更加困難。5G站址可優(yōu)先部署在重點(diǎn)商區(qū)、有需求的工業(yè)區(qū)；5G宏基站站距可視無(wú)線情況控制在200~300米；優(yōu)選分布式基站(CU/DU+AAU)，降低機(jī)房對(duì)網(wǎng)絡(luò)部署的限制；視纖芯資源情況考慮CU/DU集中放置。

基站及配套規(guī)劃

充分利用已有站址資源，重點(diǎn)梳理舊站的室外安裝空間和基站市電，在已有物理站址基礎(chǔ)上統(tǒng)籌考慮5G新站址布局。5G基站建設(shè)規(guī)模遠(yuǎn)超過(guò)以往網(wǎng)絡(luò)，考慮到整體社會(huì)資源利用情況，各運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)配套設(shè)施應(yīng)進(jìn)一步共建共享，同時(shí)探索非傳統(tǒng)通信設(shè)施的綜合利用，如市政路燈桿、警務(wù)監(jiān)控桿、交通指揮桿等非通信系統(tǒng)的塔桿利用。

5G設(shè)備功耗大，按照主流設(shè)備廠商的平均數(shù)據(jù)，一個(gè)3小區(qū)宏基站的功耗可達(dá)到4.5kW，如果4家5G運(yùn)營(yíng)商共站址單站僅設(shè)備功耗便接近20kW，加上電池充電及空調(diào)等其他交流功耗，現(xiàn)有物理站址很少能具備如此高的市電引入要求。

室內(nèi)分布系統(tǒng)改造

對(duì)于存量無(wú)源室分系統(tǒng)，其器件支持頻段范圍為800~2700MHz，不能涵蓋全部5G頻段，改造現(xiàn)有系統(tǒng)需要更換耦合器、天線等器件，改造成本和難度較高，物業(yè)協(xié)調(diào)困難，整改周期長(zhǎng)，另外以原有室分天線的點(diǎn)位設(shè)計(jì)，高頻段5G系統(tǒng)的覆蓋效果將受到影響。因此需研發(fā)支持新頻段、滿足數(shù)百兆赫茲寬頻能力的室分器件和天饋線產(chǎn)品。同時(shí)，現(xiàn)有室分實(shí)現(xiàn)高階MIMO難度大，無(wú)源室分系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)高階MIMO技術(shù)時(shí)，需要布設(shè)相應(yīng)階數(shù)的多路饋線，設(shè)計(jì)、施工復(fù)雜程度和實(shí)施成本均會(huì)大幅增加。

對(duì)于存量光分系統(tǒng)，由于光纖和電源線集中布放、均可利舊，主要需對(duì)接入單元AU和遠(yuǎn)端設(shè)備RU進(jìn)行替換。Massive MIMO通道數(shù)大幅提升，需要通過(guò)射頻模塊與天線的融合設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而光纖分布系統(tǒng)要求射頻模塊和天線分離，因此光分系統(tǒng)將無(wú)法支持Massive MIMO技術(shù)。

增加新型有源室分系統(tǒng)是5G室分的可行方案。5G有源室分可連接更多的天線，覆蓋范圍更大；可有效支持MIMO技術(shù)，提升速率；多設(shè)備節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，擴(kuò)容升級(jí)方便；基本不使用無(wú)源器件，降低了物業(yè)協(xié)調(diào)和施工難度；可實(shí)現(xiàn)從信源接入至末端的全面監(jiān)控。

CU/DU集中局站規(guī)劃

5G基站BBU基帶部分拆分成CU和DU兩個(gè)邏輯網(wǎng)元，PDCP層及以上的無(wú)線協(xié)議功能為CU，RLC層及以下的無(wú)線協(xié)議功能為DU，CU/DU分離的目的是可將多個(gè)CU集合形成C-RAN。CU/DU分離產(chǎn)生中傳，消耗纖芯資源，因此建網(wǎng)初期視纖芯資源情況CU/DU可以合設(shè)，隨網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)具備分離能力。

CU可集中放置在匯聚機(jī)房或綜合接入機(jī)房，機(jī)房電源配套、電池備電時(shí)間、綜合柜安裝空間需提前規(guī)劃。按每綜合業(yè)務(wù)區(qū)2~4平方千米，大約產(chǎn)生20~40個(gè)CU簡(jiǎn)單推算，需3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)綜合柜。同時(shí)考慮到20~40個(gè)CU回傳承載需求，機(jī)房?jī)?nèi)需部署100G波分設(shè)備。

傳輸配套規(guī)劃

按NGMN（Next Generation Mobile Networks，下一代移動(dòng)通信網(wǎng)）帶寬規(guī)劃原則，單站峰值速率=單小區(qū)峰值速率+單小區(qū)均值速率×（N-1），單站均值速率=單小區(qū)均值速率×N，按典型3小區(qū)蜂窩計(jì)算，單站下行峰值速率為4.65Gbit/s，單站下行均值速率為2.03Gbit/s，見(jiàn)表。

表 傳輸容量需求規(guī)劃

5G低頻速率計(jì)算

取值

頻譜資源

100MHz

基站配置

3cell，64T64R

頻譜效率

峰值：40bit/Hz，均值：7.8bit/Hz

寬帶計(jì)算考慮

10%封裝開銷，5%Xn接口流量，1:3TDD上下行配比

小區(qū)下行峰值速率

40bit/Hz×100MHz×1.1×0.75=3.3Gbit/s

小區(qū)下行均值速率

7.8bit/Hz×100MHz×1.1×1.05×0.75=0.676Gbit/s

單站下行峰值速率

3.3Gbit/s+2×0.676Gbit/s=4.65Gbit/s

單站下行均值速率

3×0.676Gbit/s=2.03Gbit/s

按每DRAN接入環(huán)12站，其中1站達(dá)到峰值，11站均值計(jì)算，接入環(huán)帶寬約為4.56+11×2.03≈27Gbit/s。結(jié)合4G發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展期實(shí)際流量低于規(guī)劃流量。5G初期，10GE環(huán)組網(wǎng)可滿足流量需求，但需要具備可擴(kuò)展50GE能力，按需向50GE演進(jìn)。

5G初期IPRAN網(wǎng)絡(luò)匯聚及核心層上行鏈路將采用N×10GE，對(duì)中繼光纜的纖芯需求將比4G時(shí)代增加N倍，對(duì)光纜纖芯需求量巨大。在光纜纖芯充足時(shí)優(yōu)先采用裸纖方式進(jìn)行承載，在纖芯不足或長(zhǎng)距離傳輸時(shí)可采用WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)為IPRAN設(shè)備提供波長(zhǎng)級(jí)連接。

為應(yīng)對(duì)新業(yè)務(wù)的發(fā)展，長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮應(yīng)引入綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的概念。一個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)由一個(gè)綜合接入機(jī)房、若干光交箱、連接光纜構(gòu)成，每個(gè)光交箱內(nèi)都有直通綜合接入機(jī)房的端口（經(jīng)過(guò)其他光交箱不成端）和可用于跳接的端口（經(jīng)過(guò)其他光交箱成端）。綜合接入機(jī)房之間由主干光纜連接。主干接入光纜組網(wǎng)要遵循“主干穩(wěn)定、配纖靈活”的原則，以大芯數(shù)光纜為主，滿足中遠(yuǎn)期的各類業(yè)務(wù)需要。

結(jié)論

在經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)洗禮后，人類迎來(lái)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)5G技術(shù)變革。5G網(wǎng)絡(luò)將給教育、醫(yī)療、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等行業(yè)帶來(lái)發(fā)展機(jī)會(huì)，人們的生活和社會(huì)面貌將發(fā)生極大改變。為了滿足高速率、低時(shí)延、大連接的目標(biāo)，5G技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)有很大調(diào)整，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)要充分考慮5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)與實(shí)施中的難點(diǎn)，注重5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與核心網(wǎng)技術(shù)、承載網(wǎng)技術(shù)的融合，合理應(yīng)用動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)切片，實(shí)現(xiàn)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的有效規(guī)劃。
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