城區(qū)5G室外基站規(guī)劃和建設(shè)的技術(shù)研究

張毅　陳曉波

摘 要：5G，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)。相較于4G，5G在帶寬、時(shí)延以及連接密度等方面有質(zhì)的飛躍。5G的主要頻段在3.5 GHz，而4G網(wǎng)絡(luò)主要工作在2 GHz（1 710 MHz～2 170 MHz）頻段，5G的覆蓋半徑較4G要小很多。要達(dá)到4G同等的覆蓋，5G室外站點(diǎn)的建設(shè)數(shù)量大概是4G的3倍，合理的規(guī)劃建設(shè)難度降低運(yùn)營(yíng)成本是一項(xiàng)重要的課題。該文從5G基站的建設(shè)角度出發(fā)，研究室外站點(diǎn)規(guī)劃和建設(shè)技術(shù)，討論在優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，有效利用現(xiàn)有資源并降低建設(shè)成本，為5G技術(shù)應(yīng)用的后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：5G-第五代移動(dòng)通信技術(shù);無(wú)線建設(shè);無(wú)線基站

中圖分類號(hào)： TN91? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

通信技術(shù)的發(fā)展給人們的生活方式帶來(lái)了巨大的變化，“4G改變生活、5G改變未來(lái)”。由ITU-R確定，通信行業(yè)認(rèn)可的5G? 3大主要應(yīng)用場(chǎng)景分別為：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB），低時(shí)延高可靠通信（URLLC）和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）[1]。5G是為萬(wàn)物互聯(lián)設(shè)計(jì)的，將會(huì)開啟萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，憑借5G的種種優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)化控制、智能制造等方面將會(huì)開啟新一輪產(chǎn)業(yè)革命。2019年6月6日，工信部正式向電信、移動(dòng)、聯(lián)通及廣電發(fā)放5G商用牌照，這標(biāo)志著5G產(chǎn)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)部署全面提速。

5G站點(diǎn)的建設(shè)對(duì)于各大運(yùn)營(yíng)商具有至關(guān)重要的戰(zhàn)略意義。如何利用現(xiàn)有鐵塔站點(diǎn)資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并建設(shè)一張穩(wěn)定可靠滿足市場(chǎng)需求、同時(shí)能最大限度降低營(yíng)運(yùn)成本的5G網(wǎng)絡(luò)，是各大運(yùn)營(yíng)商在5G建設(shè)中需要研究的重要課題。

1 5G室外站點(diǎn)建設(shè)存在的困難和問(wèn)題

1.1 站址資源緊張

在我國(guó)，5G頻譜規(guī)劃為分配方式，2.6 GHz、3.5 GHz和4.9 GHz是當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商5G站點(diǎn)使用的核心頻段。其中，3.5 GHz頻段良好地兼顧了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量和無(wú)線覆蓋面積，成為了世界運(yùn)營(yíng)商5G普遍采用的頻段。同樣的，3.5 GHz頻段為中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通初期部署的主要連續(xù)覆蓋頻段。

雖然3.5 GHz在容量和覆蓋上能同時(shí)做到兼顧，是目前5G運(yùn)用廣泛和成熟的頻段，但是由于5G所采用的3.5 GHz頻段高于現(xiàn)有的4G頻段，增加基站信號(hào)到達(dá)用戶的傳輸損耗。建設(shè)與4G覆蓋相當(dāng)?shù)?G網(wǎng)絡(luò)，站點(diǎn)建設(shè)數(shù)量約為4G站點(diǎn)的2倍以上，運(yùn)營(yíng)商可選站址非常緊張，天面空間、光纜和電源等基礎(chǔ)配套物資等捉襟見(jiàn)肘。因此在建設(shè)規(guī)劃上如何利用好現(xiàn)有資源對(duì)于5G建設(shè)至關(guān)重要。

1.2 站點(diǎn)運(yùn)營(yíng)成本高

5G單站功耗約為4G的2.5～3.5倍，AAU功耗增加是5G功耗增加的主因，單站滿載功率3 700 W。通信網(wǎng)絡(luò)的能耗成本，占運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本（OPEX）的20%左右。如何降本增效對(duì)于運(yùn)營(yíng)商非常重要。

特別是城區(qū)建筑密集，站點(diǎn)建設(shè)的主要形式為樓面建設(shè)，而樓面站的租金因?yàn)樵黾恿藞?chǎng)租費(fèi)，通常要高于地面站。5G建設(shè)為提高原有站址的利用率，通常會(huì)選擇在原有4G站址上增加設(shè)備，這就造成了部分站點(diǎn)場(chǎng)租大幅漲價(jià)。

能耗和場(chǎng)租的增加，無(wú)疑會(huì)給運(yùn)營(yíng)商5G站點(diǎn)的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)困難。因此，平衡覆蓋效果和運(yùn)營(yíng)成本，是運(yùn)營(yíng)商面臨的又一重大的挑戰(zhàn)。

1.3 敏感站點(diǎn)協(xié)調(diào)困難

5G建設(shè)需要大量安裝5G設(shè)備，在居民敏感區(qū)域安裝設(shè)備時(shí)會(huì)遭到周邊居民阻撓或者投訴。因此，在居民區(qū)和周邊安裝5G站點(diǎn)設(shè)備時(shí)如何在不引起敏感區(qū)投訴的情況下順利完成此類區(qū)域覆蓋以滿足市場(chǎng)需求，如何處理敏感區(qū)域投訴，如何協(xié)調(diào)敏感區(qū)域的5G建設(shè)，是每個(gè)運(yùn)營(yíng)商在5G建設(shè)中需要研究的一項(xiàng)重要課題。

2 城區(qū)5G室外站點(diǎn)規(guī)劃和建設(shè)的應(yīng)對(duì)策略

2.1 充分利用鐵塔存量站點(diǎn)資源，提高共享率降低運(yùn)營(yíng)成本

由于歷史原因，鐵塔成立之前各運(yùn)營(yíng)商在核心城區(qū)的站址共享率非常低。鐵塔成立后，運(yùn)營(yíng)商的站址資源大部交給鐵塔運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)租金的方式向鐵塔公司支付運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。鐵塔公司新建站址基準(zhǔn)價(jià)格折扣見(jiàn)表1，鐵塔單產(chǎn)品單元租金標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。產(chǎn)品租金價(jià)格=（基準(zhǔn)價(jià)格+場(chǎng)地費(fèi)+電力引入費(fèi)）×折扣率。場(chǎng)租和電力引入費(fèi)只對(duì)新建站收取，利舊存量不再收取，而折扣系數(shù)是根據(jù)共享家數(shù)來(lái)定的。顯然“利舊”“共享”是壓降成本最重要的措施。

2.2 利用鐵塔產(chǎn)品單元計(jì)算規(guī)則開展天面整合，降低成本

城區(qū)5G站點(diǎn)建設(shè)主要是以燈桿、樓面抱桿和美化罩的形式進(jìn)行建設(shè)。其中燈桿主要用于覆蓋主干道路的室外覆蓋場(chǎng)景，樓面抱桿和美化罩主要用于居民區(qū)、商圈等樓盤區(qū)域的室外覆蓋場(chǎng)景。雖然采用的覆蓋方式不盡相同，但對(duì)于5G室外站點(diǎn)站址規(guī)劃的基本思路是基本一致的，以利用現(xiàn)有站點(diǎn)資源為主，新建為輔。而在同一個(gè)站點(diǎn)上同時(shí)承載2G、3G和4G業(yè)務(wù)。以電信為例，多數(shù)站點(diǎn)都同時(shí)有800 MHz、1 800 MHz、2 100 MHz等頻段，因非同一時(shí)間建設(shè)多為獨(dú)立天線。如再新增面臨空間不足與建筑承重等問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)商重復(fù)支付產(chǎn)品服務(wù)費(fèi)。

產(chǎn)品單元計(jì)算方法為：普通地面塔和樓面站天線數(shù)為6副及以下時(shí)，按1個(gè)產(chǎn)品單元核算[2];超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品單元，每超出3副天線，按增加1個(gè)產(chǎn)品單元的30%收費(fèi);如果不增加天線，每增加1套系統(tǒng)，則按1個(gè)產(chǎn)品單元的10%收費(fèi)[3]。

例如華彩印務(wù)基站，該站有CDMA BTS、L800、L1.8G、L2.1G，每個(gè)系統(tǒng)兩面天線。如按照原有思路建設(shè)5G，該站產(chǎn)品單元數(shù)為1.9。同時(shí)天面空間和承重的問(wèn)題該站無(wú)法實(shí)施。按照整合方式利用兩面8端口天線將L800通過(guò)共模方式1X信號(hào)，拆除BTS設(shè)備，將L1.8和2.1G用一臺(tái)4T4R設(shè)備進(jìn)行替換，不僅解決了天面不足和承重的問(wèn)題，還將產(chǎn)品單元數(shù)下降到1.3，CDMA BTS退網(wǎng)節(jié)省了電費(fèi)。

2.3 合理改造現(xiàn)有站點(diǎn)塔桅高度，提高基站覆蓋效率降低站址數(shù)

城區(qū)5G建設(shè)因協(xié)調(diào)原因，部分站點(diǎn)選擇了公安監(jiān)控、交通指示牌和通信電桿等簡(jiǎn)易塔桅。隨著城市綠化和樹木生長(zhǎng)，經(jīng)測(cè)試臨近樹葉信號(hào)衰減達(dá)17 dB，造成站點(diǎn)覆蓋效率低。以渝中國(guó)際村到鵝嶺加油站段為例，不到1 km，4G建設(shè)時(shí)（如圖1所示）建了5個(gè)基站才完成覆蓋。

該次5G規(guī)劃分析該路段站點(diǎn)分布發(fā)現(xiàn)，1（交通指示牌）、2（電桿）、3（3層樓面）、4（紅綠燈）號(hào)站天線掛高較低，因樹木阻擋嚴(yán)重，利用4G原址建設(shè)，弱覆蓋依然會(huì)存在。所以該次通過(guò)分析、仿真，對(duì)1、3號(hào)基站進(jìn)行調(diào)整，將1號(hào)站改到旁邊7層樓頂、3號(hào)站改成30 m通信桿，去除2號(hào)和4號(hào)站。建成后該路段路測(cè)結(jié)果顯示覆蓋效果優(yōu)于4G，隨后將4G和5G進(jìn)行了同址優(yōu)化搬遷。

按照鐵塔公司單產(chǎn)品單元的租金標(biāo)準(zhǔn)核實(shí)，該路段基站年租金從37 092元下降到了35 424元。實(shí)現(xiàn)覆蓋效率提升、塔租下降。設(shè)備和光纜等投資節(jié)約。

2.4 敏感站點(diǎn)建設(shè)應(yīng)對(duì)策略

對(duì)于敏感站點(diǎn)，通過(guò)實(shí)踐與總結(jié)建議從以下4個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)對(duì)以提高5G建站成功率。1）整合站點(diǎn)的天面資源，盡量減小站點(diǎn)的天線規(guī)模，弱化居民感知。2）天線遠(yuǎn)離居民窗戶，減少視覺(jué)沖擊。3）使用美化天線罩隱蔽設(shè)備。4）多專業(yè)同步組織施工，減少上站次數(shù)。5）積極做好站點(diǎn)的環(huán)評(píng)工作，利用政府公信力向居民做好解釋工作。

3 結(jié)語(yǔ)

該文主要針對(duì)城區(qū)室外的5G覆蓋的場(chǎng)景，對(duì)5G站點(diǎn)規(guī)劃和建設(shè)的策略進(jìn)行了研究。主要通過(guò)對(duì)城區(qū)5G室外站點(diǎn)存在的典型問(wèn)題進(jìn)行分析，并對(duì)問(wèn)題提出了應(yīng)對(duì)策略。對(duì)于5G建設(shè)，該文所提出的站點(diǎn)規(guī)劃和建設(shè)策略主要是基于站點(diǎn)建設(shè)運(yùn)營(yíng)商一般會(huì)關(guān)心的典型問(wèn)題，并且適用于城區(qū)5G站點(diǎn)的建設(shè)。然而5G建設(shè)的實(shí)際情況要遠(yuǎn)復(fù)雜于此，涉及的場(chǎng)景也不能僅局限于城區(qū)范圍。要實(shí)現(xiàn)5G的全覆蓋，還需要對(duì)其他的場(chǎng)景進(jìn)行研究。同樣，該文研究?jī)?nèi)容的提出，對(duì)于其他場(chǎng)景的5G建設(shè)的研究也是有幫助的?？梢詮慕ㄔO(shè)進(jìn)程中運(yùn)營(yíng)商所普遍關(guān)心問(wèn)題著手，為后續(xù)的研究打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王超， 李超. 5G移動(dòng)通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)新通信， 2018， v.20（10）：28.

[2]張強(qiáng)，于克衍.中國(guó)聯(lián)通降低鐵塔租金方案探討[J].中國(guó)新通信，2017（5）：160.

[3]宋廣飛，常戰(zhàn)庭，常兵.鐵塔共享模式下運(yùn)營(yíng)商基站資源整合研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2017（12）：51-54.