5G網(wǎng)絡規(guī)劃

通信世界網(wǎng)消息（CWW）5G網(wǎng)絡與4G網(wǎng)絡相比，在數(shù)據(jù)傳輸速率、端到端時延、接入用戶容量等能力方面有極大的提升。基于5G網(wǎng)絡系統(tǒng)，諸如智能駕駛、AR遠程醫(yī)療、VR互聯(lián)游戲、物聯(lián)網(wǎng)等不同等級的業(yè)務可以在同一gNodeB下完成通信；可以支持用戶設備端與互聯(lián)網(wǎng)邊緣的有效連接，以提高整個網(wǎng)絡的使用效率；有效利用移動通信中高頻段頻譜資源。這些特點4G網(wǎng)絡尚不具備，也決定了5G網(wǎng)絡規(guī)劃設計與4G網(wǎng)絡不同。

5G網(wǎng)絡特點分析

5G網(wǎng)絡通過切片滿足不同業(yè)務場景，這與4G簡單地將無線資源劃分業(yè)務等級不同，5G切片是業(yè)務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，構成邏輯上的“專網(wǎng)”。如5G可將較小時隙長度的無線資源分配給對時延敏感的業(yè)務，切片的優(yōu)勢就在于可根據(jù)業(yè)務選擇每個切片所需的特性，例如低時延、高吞吐量、連接密度、頻譜效率、流量容量和網(wǎng)絡效率等。

為實現(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)絡邊緣。新結構下，邊緣計算能力及綜合業(yè)務區(qū)范圍大小都成為考慮重點。

5G業(yè)務是面向場景的。建網(wǎng)初期多用于流量熱點區(qū)域的大帶寬接入（相當于4G場景的主要應用，速率遠高于4G），逐漸滿足多樣化的行業(yè)需求，如智能制造對大連接的要求，無線醫(yī)療、云VR/AR對穩(wěn)定速率的要求，車聯(lián)網(wǎng)對低時延、廣覆蓋、高移動性的要求。不同業(yè)務對網(wǎng)絡的要求是多樣的，某些業(yè)務可能需要兩種、甚至三種以上基本網(wǎng)絡能力。

5G規(guī)劃站點選擇

5G使用的頻譜與現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)相比，存在頻率高、波長短、空間損耗大、繞射能力弱、多徑效果不明顯等特點。頻譜特性使得5G基站覆蓋范圍進一步縮小，同時高頻段的穿透損耗相對較大，室外基站對室內(nèi)業(yè)務的吸收會減弱，由宏基站、小微基站、室內(nèi)分布系統(tǒng)組成的超密集異構網(wǎng)絡更加普遍。無線環(huán)境對5G信號的影響更明顯，因此站址選擇及天線掛高、方位角、功率設置等工程參數(shù)仍是規(guī)劃的重點。

室外宏基站

5G無線網(wǎng)絡的規(guī)劃建設要與城市規(guī)劃緊密相連，需要科學合理的城市規(guī)劃建設的支持，需要對城市人口疏密度、布局等進行準確判斷和科學預測，結合鏈路預算對不同場景單站覆蓋的判定進行站點規(guī)劃，此外還需進行仿真效果驗證分析。

根據(jù)5G網(wǎng)絡覆蓋需求特點，將采用高中低不同頻率部署方案滿足不同場景需求，仿真預測主要考慮采用中低頻進行廣度和深度覆蓋，對信號強度和上下行速率進行預測分析，同時考慮采用高頻對熱點區(qū)域的上下行速率預測分析，目前傳播模型可選用3GPP 38.901 NLOS模型。

室外小微基站

超密度異構網(wǎng)絡（ultra-dense Hetnets）主要是在宏基站覆蓋盲點中布放大量微基站接入點，來滿足覆蓋要求。對于宏基站盲點，應充分利用燈桿、電線桿、監(jiān)控桿、水泥桿等社會資源，采用小微基站對這些弱覆蓋區(qū)域進行點覆蓋部署，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時代通過室外宏基站覆蓋室內(nèi)方式的應用將面臨限制，因此5G時代室內(nèi)網(wǎng)絡覆蓋的需求將進一步凸顯。傳統(tǒng)的室分技術在5G網(wǎng)絡的應用面臨的挑戰(zhàn)更大，如何處理好新型室分技術的應用及實施策略，將是規(guī)劃的重點所在。

5G網(wǎng)絡規(guī)劃的重點難點分析

5G設備頻率高，gNodeB網(wǎng)絡覆蓋低于eNodeB，超密集無線異構網(wǎng)絡建設方案將成為5G基站主流組網(wǎng)方案，結構繼續(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，因此有源天線應運而生。目前國內(nèi)主要設備廠家愛立信、中興、華為均采用天線與射頻處理單元一體化的方式，將設備安裝在鐵塔支撐桿上，機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時代，4G、5G網(wǎng)絡共存的局面將持續(xù)很長時間。與當前4G網(wǎng)絡相比，5G網(wǎng)絡對天線安裝要求高、基站能耗大，塔桿建設難度增加，同時基站的覆蓋范圍進一步弱化，站點需求量增加。不同場景下的宏微協(xié)同使得站址選擇更加困難。5G站址可優(yōu)先部署在重點商區(qū)、有需求的工業(yè)區(qū)；5G宏基站站距可視無線情況控制在200~300米；優(yōu)選分布式基站(CU/DU+AAU)，降低機房對網(wǎng)絡部署的限制；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上統(tǒng)籌考慮5G新站址布局。5G基站建設規(guī)模遠超過以往網(wǎng)絡，考慮到整體社會資源利用情況，各運營商基礎配套設施應進一步共建共享，同時探索非傳統(tǒng)通信設施的綜合利用，如市政路燈桿、警務監(jiān)控桿、交通指揮桿等非通信系統(tǒng)的塔桿利用。

5G設備功耗大，按照主流設備廠商的平均數(shù)據(jù)，一個3小區(qū)宏基站的功耗可達到4.5kW，如果4家5G運營商共站址單站僅設備功耗便接近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

對于存量無源室分系統(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，另外以原有室分天線的點位設計，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，現(xiàn)有室分實現(xiàn)高階MIMO難度大，無源室分系統(tǒng)在實現(xiàn)高階MIMO技術時，需要布設相應階數(shù)的多路饋線，設計、施工復雜程度和實施成本均會大幅增加。

對于存量光分系統(tǒng)，由于光纖和電源線集中布放、均可利舊，主要需對接入單元AU和遠端設備RU進行替換。Massive MIMO通道數(shù)大幅提升，需要通過射頻模塊與天線的融合設計來實現(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)將無法支持Massive MIMO技術。

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，提升速率；多設備節(jié)點組網(wǎng)，擴容升級方便；基本不使用無源器件，降低了物業(yè)協(xié)調(diào)和施工難度；可實現(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兩個邏輯網(wǎng)元，PDCP層及以上的無線協(xié)議功能為CU，RLC層及以下的無線協(xié)議功能為DU，CU/DU分離的目的是可將多個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，隨網(wǎng)絡演進具備分離能力。

CU可集中放置在匯聚機房或綜合接入機房，機房電源配套、電池備電時間、綜合柜安裝空間需提前規(guī)劃。按每綜合業(yè)務區(qū)2~4平方千米，大約產(chǎn)生20~40個CU簡單推算，需3個標準綜合柜。同時考慮到20~40個CU回傳承載需求，機房內(nèi)需部署100G波分設備。

傳輸配套規(guī)劃

按NGMN（Next Generation Mobile Networks，下一代移動通信網(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，見表。

表 傳輸容量需求規(guī)劃

5G低頻速率計算

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站達到峰值，11站均值計算，接入環(huán)帶寬約為4.56+11×2.03≈27Gbit/s。結合4G發(fā)展經(jīng)驗，發(fā)展期實際流量低于規(guī)劃流量。5G初期，10GE環(huán)組網(wǎng)可滿足流量需求，但需要具備可擴展50GE能力，按需向50GE演進。

5G初期IPRAN網(wǎng)絡匯聚及核心層上行鏈路將采用N×10GE，對中繼光纜的纖芯需求將比4G時代增加N倍，對光纜纖芯需求量巨大。在光纜纖芯充足時優(yōu)先采用裸纖方式進行承載，在纖芯不足或長距離傳輸時可采用WDM/OTN網(wǎng)絡為IPRAN設備提供波長級連接。

為應對新業(yè)務的發(fā)展，長遠考慮應引入綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)的概念。一個綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)由一個綜合接入機房、若干光交箱、連接光纜構成，每個光交箱內(nèi)都有直通綜合接入機房的端口（經(jīng)過其他光交箱不成端）和可用于跳接的端口（經(jīng)過其他光交箱成端）。綜合接入機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，滿足中遠期的各類業(yè)務需要。

結論

在經(jīng)歷了計算機技術與互聯(lián)網(wǎng)技術洗禮后，人類迎來了移動互聯(lián)網(wǎng)5G技術變革。5G網(wǎng)絡將給教育、醫(yī)療、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等行業(yè)帶來發(fā)展機會，人們的生活和社會面貌將發(fā)生極大改變。為了滿足高速率、低時延、大連接的目標，5G技術和網(wǎng)絡結構較當前網(wǎng)絡有很大調(diào)整，在進行網(wǎng)絡規(guī)劃時要充分考慮5G網(wǎng)絡特點與實施中的難點，注重5G網(wǎng)絡技術與核心網(wǎng)技術、承載網(wǎng)技術的融合，合理應用動態(tài)網(wǎng)絡切片，實現(xiàn)5G無線網(wǎng)絡的有效規(guī)劃。
來源；通信世界