通過天饋整合實現(xiàn)5G天饋快速部署的探討

1 概述

目前中國移動通信市場競爭呈白熱化，中國聯(lián)通壓力重重。自2019年6月6日工信部正式向運營商發(fā)放5G商用牌照以來，中國聯(lián)通快速部署5G網(wǎng)絡(luò)，力爭取得5G網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)先，在競爭高度激烈的通信市場中取得優(yōu)勢。為了降低5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運維成本，快速高效實現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，2019 年9 月9 日，中國聯(lián)通攜手中國電信開展5G 網(wǎng)絡(luò)共建共享合作。自2020 年以來，又啟動4G 網(wǎng)絡(luò)的共享工作，進一步擴大共建共享范圍，力求快速改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋和質(zhì)量，提升網(wǎng)絡(luò)競爭力，降低網(wǎng)絡(luò)整體TCO。此外，中國聯(lián)通還通過2G退網(wǎng)、3G減容的方式，進一步打造極簡網(wǎng)絡(luò)，降低運營成本。

自鐵塔公司成立以來，3 家運營商共站址站點越來越多，每家運營商又同時運營多個制式的網(wǎng)絡(luò)，因此天面資源非常緊張，大量存量站點新建5G時面臨著無處安裝AAU 設(shè)備的情況。如何通過對現(xiàn)網(wǎng)天饋進行整合騰挪空間安裝5G，同時兼顧網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)成本，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化需要面對和解決的問題。

隨著多頻段多端口天線的不斷成熟，通過對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的天線進行整合騰挪空間可以解決部分5G 安裝問題；由于中國聯(lián)通與中國電信頻譜資源相鄰，隨著雙方共建共享工作的深入開展，對雙方天線進行整合，也能提供部分站點5G 安裝空間；此外，廠家研發(fā)的A+P新型天線，同時支持現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備及5G 設(shè)備，也可以解決部分極端條件的5G安裝問題。

2 5G天饋系統(tǒng)

為了提升網(wǎng)絡(luò)性能，5G 引入了Massive MIMO 技術(shù)，天饋采用有源天線陣列。5G 主流產(chǎn)品64T64R 天線無法通過饋線連接天線與RRU 設(shè)備，所以設(shè)備廠家出廠時將RRU 和有源天線陣列封裝在一起集成為AAU，省去了饋線物理連接，可以減少饋損和插損。同時AAU 也可以節(jié)省安裝空間。圖1 示出的是傳統(tǒng)天饋安裝方式與5G天饋安裝方式的區(qū)別。

圖1 傳統(tǒng)天饋安裝方式與5G天饋安裝方式的區(qū)別

5G 也可以用傳統(tǒng)RRU 通過饋線連接天線結(jié)構(gòu)，如3.5 GHz NR 的8T8R 和2.1 GHz NR 的4T4R 均采用RRU+天線方式。

3 中國聯(lián)通與中國電信的頻段分析

中國聯(lián)通與中國電信通過5G 共建共享，5G 只需合建一張網(wǎng)；對于現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/4G 天饋系統(tǒng)，可通過對雙方現(xiàn)網(wǎng)頻譜分析，在不影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的前提下進行整合，減少天線數(shù)量，騰挪空間用于5G 建設(shè)。同時天線數(shù)量的減少也可以降低鐵塔租金成本。

目前，中國聯(lián)通與中國電信用于宏站覆蓋的主要頻譜及網(wǎng)絡(luò)制式如表1所示。

目前中國聯(lián)通與中國電信所使用的頻段主要為3個，包括800/900 MHz、1 800/2 100 MHz、3 500 MHz。

3.1 800/900 MHz頻段

中國電信800 MHz頻段目前包括5 MHz帶寬的CDMA系統(tǒng)以及5 MHz帶寬的LTE800系統(tǒng)，用來承載2G/3G語音業(yè)務(wù)及VoLTE語音業(yè)務(wù)。中國電信L800全部采用與CDMA800共硬件的方式通過SDR開通；中國聯(lián)通900 MHz目前已重耕用于開通10 MHz LTE系統(tǒng)，用于廣覆蓋和承載VoLTE業(yè)務(wù)，GSM900已退網(wǎng)。

表1 中國聯(lián)通與中國電信頻率分配情況（單位：MHz）

前期中國電信和中國聯(lián)通低頻天線產(chǎn)品均為窄頻段設(shè)計，通過犧牲不用頻段的性能，提升應(yīng)用頻段的指標(biāo)，所以不能夠同時支持800M&900M 頻段。廠家已經(jīng)研發(fā)生產(chǎn)出支持800/900 多端口天線，滿足天線整合時中國電信和中國聯(lián)通雙方對低頻段800/900M 的性能要求。

3.2 1 800～2 100 MHz頻段

目前中國電信1 800 MHz 和2 100 MHz 頻段均用于LTE 系統(tǒng)。中國聯(lián)通1 800 MHz 包括GSM 和LTE 系統(tǒng)，共30 MHz 帶寬，2020 年2G 退網(wǎng)后可開通20+10 MHz 雙載波LTE1800 系統(tǒng)；3G 縮頻后2 100 MHz 可開通20 MHz帶寬L2100和單載波5 MHz的U2100。

1 800 MHz和2 100 MHz頻段是雙方主用頻段，雙方現(xiàn)網(wǎng)所使用的1 800/2 100 MHz頻段天線絕大部分均支持對方頻段，對于少量早期的單頻天線可更換淘汰。

后續(xù)中國聯(lián)通和中國電信通過對2 100 MHz頻段頻率重耕，采用DSS動態(tài)頻譜共享方式開通50 MHz NR2100系統(tǒng)，可低成本擴大郊區(qū)覆蓋，保持5G網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)先。

3.3 3 500 MHz頻段

中國電信5G 頻段為3 400～3 500 MHz，中國聯(lián)通5G 頻段為3 500～3 600 MHz。雙方采購的5G 設(shè)備，大都支持這200 MHz 帶寬。5G 共建共享時承建方一套設(shè)備，即可支持雙方頻段。早期雙方可通過共享單載波方式擴大覆蓋范圍，后期可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求，通過軟件擴容雙載波或開通200 MHz載波聚合，保持網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)先。

4 5G建設(shè)天饋整合方案

2G/3G/4G/5G 多制式多頻段共存，導(dǎo)致鐵塔/天面空間、承重受限，因此，5G 建設(shè)面臨的首要挑戰(zhàn)就是網(wǎng)絡(luò)改造且保障網(wǎng)絡(luò)性能不下降?？紤]成本因素，天饋改造有如下原則。

對于租賃鐵塔站點：網(wǎng)絡(luò)改造方案以成本優(yōu)先、兼顧網(wǎng)絡(luò)覆蓋和質(zhì)量的原則，典型天面方案為900&1 800&2 100 +3 500 MHz。按優(yōu)先順序選取舊天線騰退、更換多端口天線進行天線整合、新增抱桿/平臺方式的優(yōu)先級順序為5G AAU 提供安裝空間需求。選用更換多端口天線方式或新增抱桿/平臺方式，應(yīng)考慮綜合成本最優(yōu)，若（多端口天線購置費用+天線更換施工費）/（物理單站租金/單站計費單元數(shù)量×20%）≥3（等效回收期），則優(yōu)先考慮新增抱桿/平臺方式，否則優(yōu)先考慮更換多端口天線方式。

當(dāng)租賃鐵塔、桿塔站中中國聯(lián)通有3 層平臺的站點，要同步整合為2層平臺（考慮整改成本與鐵塔租金對比），保留最高的2層平臺。

對于自有站點：網(wǎng)絡(luò)改造方案以網(wǎng)絡(luò)覆蓋、質(zhì)量優(yōu)先，兼顧成本的原則。按次序優(yōu)先選取利舊抱桿、新建抱桿、更換抱桿、更換多端口天線、現(xiàn)網(wǎng)天線整合的方式為5G AAU提供安裝空間需求。

鐵塔公司通過對現(xiàn)網(wǎng)站址進行改造，如在桿體增加平臺、新增支臂、H 桿改造等，可以增加抱桿新增5G，但可能存在5G 天線掛高不夠，租賃成本增加等問題，需綜合考慮工程建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和成本因素。

天饋整合是將現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/4G 主流無源天線按需替換為多頻段多端口天線，以快速為5G AAU 騰挪安裝空間的有效方法。結(jié)合中國聯(lián)通和中國電信共建共享，可以通過對雙方存量天線進行深度整合，騰挪空間用于建設(shè)5G。

經(jīng)過2G、3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，中國聯(lián)通和中國電信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每小區(qū)有1～4個系統(tǒng)（單一頻段單一制式定義為一個系統(tǒng)）。隨著2G/3G 減頻退網(wǎng)及多端口天線替換及SDR 設(shè)備的逐步實施，現(xiàn)網(wǎng)天面形成單天線/雙天線+單系統(tǒng)/雙系統(tǒng)/三系統(tǒng)/四系統(tǒng)的分布格局。

典型的天饋組合形式如表2 所示，其中中國聯(lián)通12類，中國電信11類。

對天饋整合有如下原則：

a）優(yōu)先整合運營商內(nèi)部天線，更換多端口天線減少天線數(shù)量騰挪空間。

b）低業(yè)務(wù)區(qū)可進行4G 共享減少天線數(shù)量騰挪空間。

表2 中國聯(lián)通與中國電信現(xiàn)網(wǎng)天饋和系統(tǒng)關(guān)系

c）更換多端口天線，與中國電信共用天線不共端口，一般不考慮中國聯(lián)通與中國電信合路，需合路時內(nèi)部合路。

假設(shè)該存量站點上中國聯(lián)通單扇區(qū)天線數(shù)量為m，中國電信單扇區(qū)天線數(shù)量為n，則

當(dāng)m≥2時，即中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)存量天線多于2根時，可按照圖2所示原則進行整合。

如果m≥2，可考慮對位置最佳的2 根天線進行整合；如果能壓縮成本，還可以考慮進一步整合成1根天線。

圖2 中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)天線整合方案

當(dāng)m=1，而n≥2時，即中國聯(lián)通只有1根天線，而中國電信天線數(shù)量多于2 時，則對中國電信天線進行整合，騰挪空間建設(shè)5G（見圖3）。

圖3 中國電信現(xiàn)網(wǎng)天線整合方案

當(dāng)m=1 且n=1 時，即中國聯(lián)通和中國電信雙方各只有一根天線時，則對雙方天線進行整合共用一根天線（見圖4）。

圖4 中國電信和中國聯(lián)通天饋整合共用天線方案

當(dāng)m+n=1 時，即現(xiàn)網(wǎng)中國聯(lián)通和中國電信只有一方有一根天線時，可采用A+P 天線形式來安裝。A+P天線在下文介紹（見圖5）。

圖5 A+P天饋整合方案

5 多頻多端口天線

現(xiàn)在中國電信和中國聯(lián)通多采用多端口天線來整合現(xiàn)有天饋系統(tǒng)，目前使用最多的是4+4八端口天線、4+6十端口天線和4+8十二端口天線。

5.1 4+4八端口天線

4+4 八端口天線有4 個低頻段800～900 MHz 頻段端口，4 個1 800～2 100 MHz 頻段端口。該天線可以應(yīng)用于雙方低業(yè)務(wù)場景的天饋整合。

4+4 八端口天線只有4 個2 100 MHz 頻段端口，網(wǎng)絡(luò)擴容時端口容易受限，在天饋整合時需考慮長遠規(guī)劃。

a）對于低頻端口，當(dāng)只有一方有800/900M 網(wǎng)絡(luò)，最大可以采用4T4R 安裝方式；雙方均有800/900M 網(wǎng)絡(luò)，可分別獨立2T2R安裝，各使用2個低頻端口。

b）對于1 800～2 100 MHz頻段4個端口，一般用于運營商內(nèi)部2 個單系統(tǒng)整合，或中國聯(lián)通和中國電信雙方各單系統(tǒng)整合各使用2個端口。當(dāng)端口需求超過4 個時，建議使用4+6 十端口天線或4+8 十二端口天線。采用4T4R 1800/2100 雙頻RRU 使用天線端口不變，可進一步精簡網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備能耗，也為后期開通NR2100打下基礎(chǔ)。

5.2 4+6十端口天線

4+6 十端口天線有4 個低頻段800～900 MHz 頻段端口，6 個1 800～2 100 MHz 頻段端口。該天線可以應(yīng)用于雙方中低業(yè)務(wù)場景的天饋整合。

4 個低頻800/900M 端口使用情況與4+4 八端口天線使用一致。6 個1 800～2 100 MHz 端口，雙方可以協(xié)商使用。

a）低業(yè)務(wù)場景當(dāng)雙方高頻端口需求合計不超過6個時，按需使用；一般情況下中國聯(lián)通1 800 MHz 使用2 個端口，2 100 MHz（3G）使用2 個端口，中國電信1 800 MHz使用2個端口。

b）當(dāng)雙方站點高頻端口需求各需要4 個時，按照天饋整合優(yōu)先整合內(nèi)部天線原則，5G 承建方使用2 個端口，共享方使用4 個端口。當(dāng)然也可以采用4+8 十二端口解決。

c）雙方共享開通4T4R NR2100 后，雙方4G 通過全面共享，可以用獨立載波方式共用剩余2個端口。

5.3 4+8十二端口天線

4+8 十二端口天線有4 個低頻段（800～900 MHz）端口，8 個1 800～2 100 MHz 頻段端口。該天線可以應(yīng)用于雙方高業(yè)務(wù)場景的天饋整合。

4個低頻800/900 MHz端口使用情況與4+4八端口天線使用一致。8個1 800～2 100 MHz端口，雙方可各使用4個。根據(jù)前文中國聯(lián)通和中國電信現(xiàn)有系統(tǒng)分析，4+8十二端口天線可以滿足現(xiàn)在中國聯(lián)通和中國電信最大配置各4 個系統(tǒng)需求，即中國聯(lián)通L900、GL1800、UL2100，中國電信CL800、L1800、L2100。采用4T4R雙頻RRU可以進一步精簡網(wǎng)絡(luò)，降低網(wǎng)絡(luò)能耗。

5.4 A+P天線

目前某主設(shè)備廠家已經(jīng)發(fā)布一款A(yù)+P 天線，可同時支持Sub 6 GHz 的所有頻段，通過一體化的設(shè)計，將5G Massive MIMO AAU 和2G/3G/4G 無源天線模塊集成一體，解決5G單天面部署的問題，提升5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率，縮短部署周期。

AAU 為32T32R，無源天線為12 端口，其中4 個低頻800～900 MHz 端口，8 個1 800～2 100 MHz 端口，與前文4+8 十二端口天線原理一致。A+P 天線除了5G外，最多還支持開通中國電信和中國聯(lián)通雙方低頻800/900 MHz，以及雙方1 800 MHz 和2 100 MHz，滿足高業(yè)務(wù)場景的需求。A+P集成度高，重量較大，需注意滿足安裝條件。

6 效果驗證

6.1 4+6十端口天線整合

廣深港番禺屏山基站共3 個平臺，由上至下分別是中國電信4G、中國聯(lián)通4G 和中國聯(lián)通3G。通過對中國聯(lián)通二、三平臺的3G/4G天線進行整合，騰出第二平臺安裝5G。

天饋整合前后對4G 進行測試對比，4G 覆蓋RSRP電平分別為-76.43 和-77.21 dBm，質(zhì)量SINR 分別為16.32和17.11 dB，網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定。

整合騰出抱桿安裝開通5G后進行測試，平均覆蓋電平SS-RSRP 為-77.89 dBm，平均下載速率為685.32 Mbit/s，測試結(jié)果正常。

6.2 A+P整合

廣州坑頭百崗基站目前已經(jīng)有5 個平臺，中國聯(lián)通4G 在最高平臺，下面4 個平臺已建設(shè)中國移動2G/3G/4G/5G。中國聯(lián)通5G 新建平臺的話，只能新增第6平臺，天線掛高只有17 m，影響覆蓋效果。采用A+P天線可以將5G與4G共平臺安裝，天線掛高為40 m。

更換A+P 天線前后對4G 進行測試對比，4G 覆蓋RSRP 電平分別為-80.88 和-81.35 dBm，質(zhì)量SINR 分別為14.06和14.51 dB，網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定。

5G 通過A+P方式開通后進行驗證測試，平均覆蓋電平SS-RSRP 為-92.89 dBm，平均質(zhì)量SS-SINR 為9.7 dB，平均下載速率為347.8 Mbit/s，測試結(jié)果正常。

7 結(jié)束語

5G 已進入快速發(fā)展期。中國聯(lián)通和中國電信基于雙方的網(wǎng)絡(luò)和頻率資源，開展5G 網(wǎng)絡(luò)共建共享，有助于降低5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運維成本，高效實現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，快速形成5G服務(wù)能力，增強5G網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的市場競爭力，實現(xiàn)互利共贏。

在存量站點建設(shè)5G時，根據(jù)站點現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)頻段制式配置和天線數(shù)量情況，充分利用與中國電信共建共享的資源，制定天饋整合方案，合理選用多頻段多端口天線，或是采用A+P 天線，保證改造后現(xiàn)網(wǎng)性能不受影響，同時兼顧網(wǎng)絡(luò)成本降低，為5G騰出安裝空間，快速部署5G。