4G/5G無(wú)線網(wǎng)融合和協(xié)同的規(guī)劃與建設(shè)

張福林

（廣西千萬(wàn)里通信工程有限公司，廣西 南寧 530000）

1 4G/5G組網(wǎng)架構(gòu)的融合和協(xié)同

目前，第三代合作伙伴計(jì)劃已經(jīng)就5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署的多種模式進(jìn)行了深入的探討，依照5G控制面錨點(diǎn)的區(qū)別可以將規(guī)劃部署的模式分成如下兩類：一類是SA——“獨(dú)立部署模式”，另一類是NSA——“非獨(dú)立部署模式”。SA是指以5GNR（新無(wú)線接入）作為控制面錨點(diǎn)接入NGCN（下一代核心網(wǎng)）。NSA區(qū)別于SA，通過(guò)4G基站作為5G信令接入錨點(diǎn)，采用雙連接的方式，4G為主連接，5G為從連接，5G非獨(dú)立部署模式的具體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5GNSA組網(wǎng)架構(gòu)

非獨(dú)立部署方式的網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)能夠很好地支持5G建網(wǎng)初始階段所需要的功能，不過(guò)在技術(shù)與資源這些方面上要想解決5G的部分問(wèn)題還需要借助4G現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的優(yōu)化與升級(jí)以及5G網(wǎng)元數(shù)量的新增等方式。

在主從連接的情形之下，信令與小數(shù)據(jù)包一般都通過(guò)4G基站進(jìn)行傳輸，而大數(shù)據(jù)流的有關(guān)業(yè)務(wù)則需要依靠5G網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行，因此這種模式具備更強(qiáng)的互操作性，并且能夠大幅度降低語(yǔ)音的時(shí)間延遲，確保數(shù)據(jù)進(jìn)行切換時(shí)不會(huì)中斷，從而大幅度優(yōu)化用戶的使用體驗(yàn)，確保5G NR能夠迅速地大規(guī)模部署與建設(shè)，也為SA與NSA兩種模式的共存提供了條件[1]。

與此同時(shí)，由于5G NR具備較大的帶寬，因此如果將NSA用于過(guò)渡期的方案仍然有如下缺陷。（1）雙連接的時(shí)間延遲性與LTE時(shí)間延遲性高度相關(guān)。（2）4G基站的終端功放往往是與基帶同時(shí)進(jìn)行各自的工作，因此會(huì)帶來(lái)較高的功能消耗。（3）不具備切片的靈活性。

2 4G/5G無(wú)線網(wǎng)規(guī)劃的融合和協(xié)同

2.1 網(wǎng)絡(luò)定位

5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過(guò)程應(yīng)該秉持這樣一條基本原則，那就是：4G和5G雙網(wǎng)互相協(xié)同并且有效配合，從而最大程度上符合業(yè)務(wù)數(shù)量的需要，為用戶提供更好的網(wǎng)路體驗(yàn)。4G網(wǎng)絡(luò)定位主要由4個(gè)方面組成：（1）VoLTE基礎(chǔ)覆蓋層；（2）窄帶物聯(lián)網(wǎng)；（3）NBIoT；（4）4G容量層。5G網(wǎng)絡(luò)定位則相對(duì)而言更加精確，主要是室外主力承載層，針對(duì)超高速率和垂直行業(yè)的應(yīng)用。根據(jù)上文所描述的網(wǎng)絡(luò)定位基本內(nèi)容，可以看出5G網(wǎng)絡(luò)不需要保持和4G相同的全覆蓋性，因此應(yīng)該全方位地對(duì)業(yè)務(wù)匹配方面的有關(guān)因素進(jìn)行考量，充分把握目標(biāo)市場(chǎng)，按照市場(chǎng)需要開展有關(guān)建設(shè)，最大程度上提升投資回報(bào)率。

2.2 夯實(shí)4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，全力提升VoLTE

對(duì)VoLTE開展有關(guān)部署能夠極大程度上優(yōu)化手機(jī)用戶使用5G語(yǔ)音的體驗(yàn)，當(dāng)前主要發(fā)展趨勢(shì)是建議將5G語(yǔ)音落回到4G VoLTE，更低級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)則不再考慮的范圍之內(nèi)，一旦將5G語(yǔ)音回落到2G或者3G網(wǎng)，則很有可能發(fā)生二次回落的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致語(yǔ)音接通的時(shí)間延遲大幅度加長(zhǎng)，使得用戶的體驗(yàn)較低。而借助VoLTE和VoNR來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)CS的代替是大勢(shì)所趨，這樣的替代能夠加速2G網(wǎng)絡(luò)與3G網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)，進(jìn)而避免多網(wǎng)運(yùn)維可能帶來(lái)的亂象。

2.3 規(guī)劃策略

在建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的初始階段，主要將主要中心放在室外的覆蓋方面，而僅以室內(nèi)覆蓋為次要中心，只有這樣才能夠加速5G在寫字樓、交通樞紐等場(chǎng)景之下的具體應(yīng)用。而在挑選覆蓋區(qū)的時(shí)候也應(yīng)該著重關(guān)注當(dāng)?shù)氐臉I(yè)務(wù)需要，同時(shí)將品牌的宣傳作為建設(shè)的目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注城區(qū)和垂直行業(yè)示范區(qū)等位置，切忌盲目地?cái)U(kuò)張網(wǎng)絡(luò)覆蓋的規(guī)模。

農(nóng)村和一些偏遠(yuǎn)地區(qū)在建設(shè)初始階段應(yīng)該避免開展5G網(wǎng)絡(luò)的部署，除非當(dāng)?shù)負(fù)碛休^大的流量需求，否則農(nóng)村仍然應(yīng)該以4G為主，讓農(nóng)村長(zhǎng)期保持4G和與5G網(wǎng)絡(luò)并存的狀態(tài)才是最為合適的部署模式。

3 4G/5G無(wú)線網(wǎng)建設(shè)的融合和協(xié)同

3.1 4G/5G室外覆蓋融合和協(xié)同建設(shè)策略

現(xiàn)如今，有的廠家為了減少頻段的損耗而使用一些較為先進(jìn)的空口技術(shù)，如SDMA（空分復(fù)用接入）和Massive MIMO（大規(guī)模天線技術(shù)）等。借助這些空口技術(shù)能夠確保在應(yīng)用場(chǎng)景不同的情況之下都能夠?qū)崿F(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)的共存，甚至使得5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋規(guī)模和4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋規(guī)模相當(dāng)。為充分發(fā)揮5G設(shè)備的能力，同時(shí)兼顧到4G業(yè)務(wù)需求，5G無(wú)線網(wǎng)設(shè)備應(yīng)支持160 MHz全帶寬，同時(shí)應(yīng)具備4G/5G共模、頻譜動(dòng)態(tài)共享等技術(shù)特性，以充分發(fā)揮單比特建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本優(yōu)勢(shì)?？赡茉O(shè)置方案如圖2所示。

圖2 4G/5G雙模設(shè)備設(shè)置方案

上下行解耦在5G NR之中的應(yīng)用確保下行數(shù)據(jù)能夠在3.5 GHz和4.9 GHz這樣的高頻段進(jìn)行傳導(dǎo)與輸送，這使得離基站距離較近的區(qū)域能夠獲得更加快速的5G，同時(shí)能夠確保上行數(shù)據(jù)能夠在1.8 GHz這樣的低頻段實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)與輸送，進(jìn)而提升上行覆蓋的范圍與效果。

上下行解耦技術(shù)的應(yīng)用一方面能夠彌補(bǔ)上行缺陷，實(shí)現(xiàn)在密集城區(qū)5G基站數(shù)量的大規(guī)模減少，從而大幅度降低初始階段網(wǎng)絡(luò)建造的成本。另一方面，依據(jù)有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，上下行解耦的應(yīng)用能夠優(yōu)化5G的室外覆蓋程度。

3.2 4G/5G室內(nèi)覆蓋融合和協(xié)同建設(shè)策略

由于高頻段在空中傳播以及建筑材料的傳播之中會(huì)較低頻段有更大的損耗，故而要想在3.5/4.9 GHz這樣的高頻段之中實(shí)現(xiàn)室外覆蓋相較于1.8 GHz這樣低頻段而言是更困難的。此外，對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)源分布式天線系統(tǒng)而言，不管是否對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與完善，都無(wú)法滿足高頻段5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求。

新型室分網(wǎng)絡(luò)逐漸由無(wú)源和光分的傳統(tǒng)模式演變成當(dāng)前的有源數(shù)字化微站模式，能夠在沒(méi)有多余衰減的情況之下滿足多頻段的應(yīng)用需求，與此同時(shí)在進(jìn)行容量的擴(kuò)增時(shí)也不需要進(jìn)行新增或者替換，就可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的高精準(zhǔn)性，以及端口到端口的可控制性，并為用戶帶來(lái)極佳的使用體驗(yàn)。

4 5G技術(shù)4G化的應(yīng)用

3D-MIMO技術(shù)是為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)需要而出現(xiàn)的產(chǎn)物，該項(xiàng)技術(shù)借助時(shí)分雙工的優(yōu)勢(shì)，能夠有利于5G技術(shù)在4G網(wǎng)絡(luò)之中的有效應(yīng)用，這幾年已經(jīng)慢慢投入到一些熱點(diǎn)位置開展具體應(yīng)用，如高校所在地、高話務(wù)量區(qū)域等場(chǎng)景?，F(xiàn)如今，5G的多天線MIMO技術(shù)已經(jīng)研發(fā)到了一定的高度，可以實(shí)現(xiàn)較好的應(yīng)用，3D-MIMO也能夠應(yīng)用于高頻段的5G網(wǎng)絡(luò)之中，并且能夠和5G網(wǎng)絡(luò)的新空口技術(shù)相互協(xié)調(diào)配合，從而提升頻譜的效率、優(yōu)化業(yè)務(wù)容量、擴(kuò)大覆蓋的范圍。

（1）3D-MIMO融合了多天線技術(shù)與空分復(fù)用技術(shù)這兩種技術(shù)的長(zhǎng)處，使得多流量多用戶群體的資源重復(fù)使用成為可能，同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維精準(zhǔn)波束的形狀賦予，讓信號(hào)的能量能夠更為集中，整體的方向準(zhǔn)確性也能夠進(jìn)一步提升，還能夠避免小區(qū)與小區(qū)之間的干擾和影響，最大程度上提升了小區(qū)的業(yè)務(wù)吞吐規(guī)模，優(yōu)化了邊緣用戶的使用體驗(yàn)。

（2）當(dāng)前，3D-MIMO技術(shù)只能夠在TDD2.6 GHz的頻段上投入使用，再加上TDD具備獨(dú)有的上下行信道互相交換性，借助5G技術(shù)在4G網(wǎng)絡(luò)下的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用，使得網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與迅捷性快速提升，進(jìn)而優(yōu)化了用戶網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

（3）3D-MIMO技術(shù)能夠依據(jù)場(chǎng)景的不同進(jìn)行參數(shù)的靈活調(diào)整，一方面能夠優(yōu)化信號(hào)的室外穿透與室內(nèi)覆蓋，另一方面也能夠滿足普通宏站應(yīng)用場(chǎng)景的基本需要。

5 4G/5G配套資源融合和協(xié)同

5.1 4G/5G機(jī)房天面的融合和協(xié)同

5G AAU是在64T64R多天線和RRU的基礎(chǔ)之上進(jìn)行融合建設(shè)而成的，其特點(diǎn)有體積小、重量大以及寬度大等。因此，5G AAU難以與其他系統(tǒng)天線合路。4G和5G共用的站點(diǎn)在未來(lái)也能夠使用多模多頻的BBU與RRU來(lái)更換原有的基站設(shè)備，從而讓每個(gè)基站都能夠配備至少一個(gè)BBU、一個(gè)RRU和5G AAU，再加上一面多頻共用天線的安設(shè)（見(jiàn)圖3），勢(shì)必會(huì)騰出更多的空間來(lái)進(jìn)行后續(xù)有關(guān)設(shè)備的安放。

5.2 4G/5G配套電源的融合和協(xié)同

5G宏基站的有關(guān)設(shè)備往往具備能耗大的缺點(diǎn)，而且原有宏站往往設(shè)備數(shù)量龐大，設(shè)備種類繁雜，整體面臨較多的負(fù)荷，不過(guò)鑒于2G和3G網(wǎng)絡(luò)正在逐漸進(jìn)行退網(wǎng)，可以考慮使用開關(guān)電源來(lái)對(duì)5G設(shè)備進(jìn)行直接供電。

此外，建議對(duì)小區(qū)、社區(qū)、商圈、城中村這類處于5G網(wǎng)絡(luò)底層的場(chǎng)景建造5G微站。如果是和4G微站共用地址的情況之下，建議考慮一下共用電源或者進(jìn)行電源柜的新增，盡可能確保每一個(gè)微站都能夠和至少一個(gè)電源柜相匹配，電源應(yīng)該由最近的位置接入，也可以考慮借助附近的電源來(lái)實(shí)現(xiàn)電源的供給，如附近監(jiān)控?cái)z像頭、路燈以及交通信號(hào)燈這類的公共電源。

圖3 4G/5G天面多頻共用天線

6 結(jié) 論

目前，我國(guó)的三大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)建設(shè)完成并擁有位居全球覆蓋率第一的優(yōu)質(zhì)4G網(wǎng)絡(luò)，我國(guó)的4G網(wǎng)絡(luò)用戶總數(shù)也是全球第一?；谶@種大規(guī)模性，再加上5G網(wǎng)絡(luò)的頻段較高、建造成本較高，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該著重關(guān)注自身的比較優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步維持自身的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，優(yōu)化自身資源配置的同時(shí)提升社會(huì)的效益，從而進(jìn)一步優(yōu)化完善4G/5G融合技術(shù)，在深化4G技術(shù)的同時(shí)加速5G技術(shù)的4G化進(jìn)程，從而確保4G網(wǎng)絡(luò)能夠與5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久地協(xié)調(diào)配合與互利共存。