5G建設(shè)成本分析及應(yīng)對策略與方案探討

余毅 鐘翠明 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司 南昌市 330002

0 引言

“4G改變生活、5G改變社會”，5G作為構(gòu)建數(shù)字化工業(yè)、智能化社會并實現(xiàn)萬物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和引擎，被世界各國高度重視并寄予厚望。但從5G技術(shù)特性、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和工程實踐來看，5G投資巨大；業(yè)界普遍認為巨額投資將可能成為阻礙5G發(fā)展進程的主要因素。由于5G采用3.5GHz及更高的頻率，其傳播損耗和穿透損耗更大，單站覆蓋范圍更小，覆蓋同樣區(qū)域需要更多站點；同時5G引入寬頻通信、多天線等技術(shù)和設(shè)備，增加了AAU設(shè)備重量、耗電量、傳輸速率，對基站天面、電源、傳輸?shù)扰涮滋岢鲂碌母咭?；這些都將增加5G建設(shè)難度，帶來建網(wǎng)成本大增。本文將從宏觀政策、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、配套工程等三個層面探討降低5G建網(wǎng)成本的應(yīng)對策略及方案，以求化解投資難題、促進5G又好又快地可持續(xù)發(fā)展。

1 5G建設(shè)成本分析

1.1 5G技術(shù)特性

（1）高頻通信。5G采用比現(xiàn)有3/4G系統(tǒng)更高的無線頻段，按3GPP分為FR1、FR2兩段，F(xiàn)R1指Sub 6GHz以下頻段，F(xiàn)R2指6GHz以上的毫米波頻段。我國已經(jīng)正式批復(fù)給中國電信的5G頻段3300 -3600MHz（稱之為3.5GHz）。無線電波的傳播特性是：頻段越高，信號空間傳播損耗更大，室內(nèi)穿透更大。體現(xiàn)到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，單站覆蓋范圍更小。根據(jù)鏈路預(yù)算，為滿足下行100Mbps、上行5Mbps的要求，5G在城區(qū)的站間距只有150-250米左右，比4G現(xiàn)有站間距小2-3倍。

（2）全業(yè)務(wù)場景。5G有高速率eMBB、低時延URLLC、大連接mMTC三大場景，特別是針對移動物聯(lián)網(wǎng)的低時延、大連接場景，大部分的應(yīng)用/用戶終端將在室內(nèi)，甚至在地下室，對深度覆蓋要求更高，大部分的樓宇、工廠、CBD、高層建筑都需要室內(nèi)覆蓋，室內(nèi)站點建設(shè)量將比4G成倍增加。

（3）全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。5G為滿足低時延應(yīng)用需要，將采用云化架構(gòu)，需要全新建設(shè)5G核心網(wǎng)、承載網(wǎng)。整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化，核心網(wǎng)UPF將下沉、無線網(wǎng)CU將集中部署，MEC隨應(yīng)用逐步下沉到用戶端，都將極大增加網(wǎng)絡(luò)新建規(guī)模和投資；由于5G可實現(xiàn)超高速率，單站可達到10Gbps以上，從基站到核心網(wǎng)都需要新建端到端的更大顆粒的新型STN承載網(wǎng)（如接入網(wǎng)從4G的1Gbps環(huán)網(wǎng)到5G的50Gbps環(huán)網(wǎng)，容量增長幾十倍），光纜更多，管道更多，投資也將大增。

（4）多天線技術(shù)。5G基站采用64T64R的多進多出天線技術(shù)，使天線尺寸更大、更重，空口速率更高，耗電量也更大，對此增加了宏基站的天面架設(shè)設(shè)施、電源配套、光纜傳輸、后備電源等配套建設(shè)或改造難度，將帶來配套投資增加。

1.2 5G建設(shè)規(guī)模估計

（1）室外基站： 5G采用高頻通信，單站的覆蓋范圍只有150-250米左右，比4G縮小2-3倍，為了實現(xiàn)相同面積的地理區(qū)域的5G信號覆蓋，5G室外基站建設(shè)規(guī)模將是4G的2-3倍。

（2）室內(nèi)覆蓋：5G室內(nèi)穿透能力更差，室內(nèi)深度覆蓋將是5G建網(wǎng)最大挑戰(zhàn)。為實現(xiàn)對CBD、高層建筑、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能工廠、智能小區(qū)、智慧家庭、智慧醫(yī)療等5G應(yīng)用的室內(nèi)信號覆蓋，5G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)數(shù)將是4G的4-5倍以上。

（3）小站/桿站：為做好局部熱點容量分流和信號補盲，將逐步加大對小站/桿站的建設(shè)力度，按產(chǎn)業(yè)預(yù)計，將可能在5年后啟動mmWave毫米波的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，屆時基站覆蓋半徑將在50米左右，小站/桿站數(shù)量將激增。

1.3 5G建設(shè)成本分析

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本包括無線網(wǎng)、承載網(wǎng)、光纜網(wǎng)、核心網(wǎng)、IT支撐網(wǎng)等。按中國電信、中國聯(lián)通積雙方集團總部共建共享要求，由電信單獨承建雙方5G共享網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，5G基站主設(shè)備、承接網(wǎng)的建設(shè)需要考慮聯(lián)通頻段和需求，投資及運營成本會更高。

5G單站綜合建設(shè)成本將達到60萬元以上。與4G單站綜合建設(shè)成本20萬元相比，5G單站綜合建設(shè)成本是4G的3倍以上。

表1 5G建設(shè)成本分析

1.4 5G運營成本分析

5G運營成本包括5G基站電費、5G站址租賃費、5G市場運營成本、5G網(wǎng)絡(luò)維護成本、5G人工成本等。本文只對5G基站電費、5G站址租賃費兩部分進行分析。

（1）5G基站電費

當(dāng)前5G基站采用標準S111（1個BBU+3個AAU）標準配置，額定功耗將達到3.5KW。若采用電聯(lián)共建共享，單個站點同步開通200MHz共享載波，設(shè)備耗電量也將增長，最大功率可達4.5KW。

5G單站每年的電費將達到5萬元。與4G單站每年的電費1.5萬元相比，5G單站每年的電費成本是4G的3倍以上。

（2）5G站址租賃費

5G建設(shè)初期，5G基站將重用現(xiàn)有4G站址，在站址租賃費上由于節(jié)省了場租費用，利舊站址的5G站址租賃費將有所下降。5G建設(shè)后期，隨著5G網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)發(fā)展，5G將新建大量站址，由于5G基站AAU設(shè)備體積大、重量大，耗電量更大，對電源、塔桅、機房配套建設(shè)標準更高，5G站址租賃費也將有所增長。

2 5G低成本建網(wǎng)策略與方案探討

2.1 宏觀政策層面

（1）政府層面

加強5G當(dāng)?shù)卣呗涞?、破?G建設(shè)難題。在國家推動5G發(fā)展一系列宏觀政策基礎(chǔ)上，加快推進當(dāng)?shù)卣?G站址、機房、管道、光交箱等通信基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、5G選址審批、5G公共資源開放等方面政策出臺及實施；加強對醫(yī)院、學(xué)校、住宅等敏感區(qū)域的基站美化、公眾無線電輻射科普、創(chuàng)新基站安全建設(shè)方式；加強對5G基站電費補貼、減稅降費、通信基礎(chǔ)設(shè)施保障等政策實施；同時，加強當(dāng)?shù)?G業(yè)務(wù)及應(yīng)用發(fā)展規(guī)劃和示范培育。以此破解5G無站可選、無錢可建、建而無用等建設(shè)難題，打通從建網(wǎng)到應(yīng)用的通道，真正讓5G發(fā)揮實效。

（2）企業(yè)層面

推動5G網(wǎng)絡(luò)共建共享、降低5G建網(wǎng)成本。5G網(wǎng)絡(luò)共享是實現(xiàn)5G領(lǐng)先國家戰(zhàn)略，落實創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享新發(fā)展理念，避免重復(fù)建設(shè)，消除5G大規(guī)模投資帶來不確定性風(fēng)險的重要舉措。在2014年建立的鐵塔公司實現(xiàn)移動通信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享、降低重復(fù)建設(shè)、節(jié)約社會資源基礎(chǔ)上，積極探索5G網(wǎng)絡(luò)層面共建共享。當(dāng)前中國電信與中國聯(lián)通已經(jīng)實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)接入層面共建共享，中國移動與中國廣電也開始在5G接入網(wǎng)和承載網(wǎng)等方面開展共建共享。下一步應(yīng)探索5G在室內(nèi)樓宇、農(nóng)村地區(qū)共建共享，對城市地區(qū)室內(nèi)樓宇采用市場化機制協(xié)商，由某一家運營承建，采用多PLMN方式實現(xiàn)共享一張物理網(wǎng)絡(luò)；對農(nóng)村地區(qū)采用運營商分片包干建設(shè)、漫游共享網(wǎng)絡(luò)，在農(nóng)村及邊遠低話務(wù)地區(qū)，通過一家主建、多家漫游共享的方式分區(qū)域建設(shè)廣覆蓋農(nóng)村5G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)跨運營商間網(wǎng)絡(luò)共建共享，進一步降低基站建設(shè)數(shù)量和建設(shè)成本，推動高速、泛在的5G全域覆蓋網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

圖1 農(nóng)村5G異網(wǎng)漫游組網(wǎng)方案示意圖

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面

（1）構(gòu)建“宏微室”立體覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化設(shè)備組合、降低建網(wǎng)成本。5G最大技術(shù)特點就是高頻通信，目前我國已經(jīng)分配3.5GHz、2.6GHz等頻段，而未來將采用更高的毫米波，頻率在26/39GHz。高頻通信將帶來二個問題，一是傳播損耗更大，覆蓋半徑小。需要更多站點，超密集組網(wǎng)是趨勢，基站建設(shè)模式將改變，小站將激增，預(yù)測未來5G小站將超過宏站數(shù)量。二是穿透損耗更大，室外信號難以覆蓋室內(nèi)，由于現(xiàn)網(wǎng)室分系統(tǒng)不支持5G頻段，所以室分數(shù)字化是主流。因此，5G將采用“宏微室”立體組網(wǎng)，解決覆蓋和容量。宏站進行廣域連續(xù)覆蓋，保證覆蓋基本面；微站進行局部吸熱補盲，確保用戶體現(xiàn)，避免在小區(qū)邊緣速率驟降；室分進行室內(nèi)精準、深度覆蓋，以此構(gòu)建5G精品網(wǎng)絡(luò)。

圖2 5G“宏微室”立體組網(wǎng)示意圖

（2）推進“公專網(wǎng)融合”一體5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，發(fā)揮運營商5G網(wǎng)絡(luò)價值，提升投資效益。5G引入網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，實現(xiàn)在一張物理公網(wǎng)上實現(xiàn)多個安全隔離的邏輯專網(wǎng)，以滿足千行百業(yè)對不同的速率、時延、容量、安全等網(wǎng)絡(luò)性能訴求的需要。從政策、行業(yè)等各層面，應(yīng)加大5G公專網(wǎng)融合建網(wǎng)，以充分利用高投資的5G網(wǎng)絡(luò)，可采用與重點領(lǐng)域、行業(yè)、企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)融合，并通過5G、光纖、WiFi6等異構(gòu)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)運營商公網(wǎng)投資成本降低，推動5G健康發(fā)展。

2.3 配套工程層面

（1）重用現(xiàn)有站址、開放5G站址資源，減少建站難度。首先，需要基于運營商現(xiàn)有的3/4G站址，進行站址重用，以減少新建站址及配套投資；深化5G通信基礎(chǔ)設(shè)施的布局，充分利用黨政機關(guān)、事業(yè)單位、國有企業(yè)的公共區(qū)域、公共建筑、公共設(shè)施進行5G站址優(yōu)先布局；并盡可能結(jié)合公園綠地、道路和市政設(shè)施用地等劃撥用地布局，增強通信基礎(chǔ)設(shè)施落地的可操作性。

（2）高低頻搭配、靈活選用5G設(shè)備，降低配套建設(shè)標準和造價。充分利用運營商現(xiàn)有的頻率資源，充分發(fā)揮高頻的容量和速率優(yōu)勢、低頻的廣覆蓋和成本優(yōu)勢。室外站應(yīng)基于覆蓋、容量目標，區(qū)分場景選擇不同的多通道基站設(shè)備，比如對于熱點或補盲區(qū)域可以選擇燈桿小站，以減少基站選址和配套要求；對于一般縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)可采用2.1GHz 4TR低配設(shè)備為主，3.5GHz設(shè)備按需作為容量補充;對于農(nóng)村區(qū)域可采用700MHz低頻覆蓋；室分系統(tǒng)則對于低價值的覆蓋型樓宇，采用低頻段室分合路或有源室分+外接天線方式，降低主設(shè)備成本。

圖3 分場景5G設(shè)備選型示意圖

圖4 5G基站CWDM承載前傳示意圖

（3）創(chuàng)新配套設(shè)計方案，提高現(xiàn)有資源可用度，節(jié)省配套投資。光纖配套方面，通過采用單纖雙向、無源波分等新技術(shù)新產(chǎn)品，減少對纖芯需求，使得原來需要6芯光纖減少到只要1芯光纖，以提高現(xiàn)有資源利用率，減少新建/改造工程量。電源配套方面，加大對5G射頻模塊節(jié)能技術(shù)研究，強化基站動態(tài)節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用，采用BBU豎裝子框改善BBU散熱，并促進5G基站用電規(guī)劃和保障，出臺相關(guān)5G電費補貼政策，緩解5G電費高的運營成本壓力。天面配套方面，對于天面空間不足場景可通過將現(xiàn)有2/3/4G都整合到一副天線里面，騰挪出1個天面空間供5G用，最終達到2/G/G與5G共站部署時每個扇區(qū)只有2面天線，形成1個現(xiàn)網(wǎng)天線+1個5G AAU的天面格局。

圖5 現(xiàn)網(wǎng)天線整合示意圖

3 結(jié)束語

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)任重道遠，如何化解投資難題是一個重要的現(xiàn)實問題。需要政府、運營商、設(shè)備制造商、科研設(shè)計單位及相關(guān)應(yīng)用行業(yè)達成共識、共同研究攻克。本文拋磚引玉從宏觀政策、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、配套工程等三個層面探討了降低5G建網(wǎng)成本的應(yīng)對策略及方案，以期能降低5G總體建設(shè)成本、促進5G有效益有規(guī)模地快速發(fā)展。