700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案探討

劉亞楠，劉邦琛，王 玨

（安徽電信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031）

0 引 言

2019年6月，工信部正式向中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通以及中國廣電發(fā)放了5G商用牌照，這標(biāo)志著中國正式步入5G時(shí)代。與其他3家電信運(yùn)營商相比，中國廣電必須探索5G商業(yè)模式，打造差異化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)集融合傳播、手機(jī)通信運(yùn)營商、智能萬物互聯(lián)以及有線電視網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)同的5G網(wǎng)絡(luò)。

1 700 MHz頻段組網(wǎng)形式分析

5G網(wǎng)絡(luò)已開始大規(guī)模建設(shè)，在5G過渡階段的發(fā)展過程中，中國廣電5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營無論是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還是手機(jī)通信技術(shù)，都會(huì)發(fā)生一系列變化。相對(duì)于5G中高頻段而言，700 MHz頻段是中國廣電發(fā)展建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具有傳輸距離較遠(yuǎn)、覆蓋面廣、繞射力強(qiáng)以及穿透性好等特點(diǎn)，被行業(yè)界稱為“黃金頻段”[1,2]。此外，700 MHz頻段部署5G網(wǎng)絡(luò)所需要的網(wǎng)絡(luò)基站數(shù)量相對(duì)較少，覆蓋效果較好，可以有效地降低建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的成本與能耗。

1.1 5G 700 MHz頻段使用情況

當(dāng)前5G競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)異常激烈，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，頻譜資源是發(fā)展無線通信最關(guān)鍵的戰(zhàn)略資源。2020年1月3日，工信部批準(zhǔn)了中國廣電使用4.9 GHz頻段（4 900～5 000 MHz），同意其在北京等16個(gè)省市部署5G網(wǎng)絡(luò)。2020年5月，工信部依申請(qǐng)?jiān)S可中國廣電使用703～733 MHz和758～788 MHz頻段，分批、分步地在全國范圍內(nèi)部署5G網(wǎng)絡(luò)[3]。

根據(jù)協(xié)議，N12、N28、N83頻段涉及700 MHz，其 中N12、N28為頻分雙工（Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD）制式，N83為補(bǔ)充上行（Supplementary Uplink，SUL）制式，N12頻段上下行帶寬僅有14 M。預(yù)計(jì)N28頻段為主要使用的頻段，N83頻段作為SUL頻譜使用。700 MHz頻段使用情況如圖1所示。

圖1 700 MHz頻段使用情況

1.2 700 MHz頻段標(biāo)準(zhǔn)情況

2019年6月，中國廣電獲得5G商用牌照，并規(guī)劃通過700 MHz+4.9 GHz協(xié)同組網(wǎng)方案，形成全國性的中國廣電5G服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。2020年3月，由中國廣電牽頭提出的700 MHz頻段2×30/40 MHz技術(shù)提案獲得采納，并作為5G國際標(biāo)準(zhǔn)，成為世界第一個(gè)5G低頻段(Sub-1 GHz)大帶寬5G國際標(biāo)準(zhǔn)，在極大程度上解決了700 MHz的容量短板。

在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)，N28頻率（700 MHz）已通過國際標(biāo)準(zhǔn)，其支持30 M/40 M帶寬；在基站側(cè)，3GPP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)于2020年3月支持700 MHz頻段2×30/40 MHz NR技術(shù)能力；在終端側(cè)，3GPP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)于2020年3月明確要求支持30 MHz NR技術(shù)能力，40 MHz能力尚未正式納入；在系統(tǒng)設(shè)備側(cè)和終端側(cè)，預(yù)計(jì)隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會(huì)進(jìn)一步成熟。

1.3 700 MHz頻段組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)

1.3.1 700 MHz頻段覆蓋能力強(qiáng)

中國廣電獨(dú)家享有700 MHz頻段資源。700 MHz的無線網(wǎng)絡(luò)頻段作為目前多數(shù)國家網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的“黃金頻段”，具備穿透力強(qiáng)、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠以相對(duì)較小的基站規(guī)模進(jìn)行最大范圍的地域覆蓋，是中國廣電事業(yè)發(fā)展的新資源[4,5]。中國廣電作為繼中國電信、中國移動(dòng)及中國聯(lián)通后的移動(dòng)通信新興力量，由于沒有2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，因此缺乏現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源和基礎(chǔ)設(shè)備，但同時(shí)也沒有現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)負(fù)擔(dān)。中國廣電和中國移動(dòng)公司共同制定了網(wǎng)路建設(shè)規(guī)劃，按照1∶1比例聯(lián)合投資共建的700 MHz 5G無線網(wǎng)絡(luò)。兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，減少復(fù)雜工程，節(jié)省5G網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)投資。

1.3.2 700 MHz頻段穿透損耗小

當(dāng)無線信號(hào)經(jīng)過建筑或車輛時(shí)，無線信息的穿透損失很大。穿透損耗的高低與無線電波頻譜、建筑物種類以及電磁波入射角率等相關(guān)[6,7]。一般來說，無線電波的頻譜越高，穿透損失就越大。700 MHz和3.5 GHz的穿透損失對(duì)比如表1所示。

表1 700 MHz和3.5 GHz穿透損耗對(duì)比

1.4 700 MHz組網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

1.4.1 規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的局限

中國廣電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中缺乏分類指導(dǎo)意見，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不一致。目前，由于全國各地廣電有線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)差距較大，因此必須進(jìn)行不斷的體制改革，以確定全省網(wǎng)建規(guī)范與全國智慧廣電統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[8,9]。相對(duì)于投入了大量人力、物力并運(yùn)營多年的3大通信網(wǎng)絡(luò)，廣電網(wǎng)絡(luò)與其之間仍有差距，在建設(shè)、運(yùn)維、業(yè)務(wù)推廣以及服務(wù)方面都面臨許多挑戰(zhàn)。

1.4.2 技術(shù)研發(fā)和技術(shù)體系局限

雖然中國廣電擁有自己的網(wǎng)絡(luò)支撐、技術(shù)系統(tǒng)以及頻譜資源，但并沒有建立起自己獨(dú)特的且滿足我國發(fā)展?fàn)顩r的新式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，而且在技術(shù)開發(fā)方面的投入也存在較大缺陷，因此研究5G相關(guān)、智能廣電網(wǎng)的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化非常有必要。

1.4.3 專業(yè)人才局限

在建設(shè)5G的工作內(nèi)容和技能需要方面，中國廣電將會(huì)發(fā)生很大變化，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生更多人才缺口，其主要原因是現(xiàn)有從業(yè)者多以傳統(tǒng)廣播電視為主，能力和知識(shí)系統(tǒng)不適應(yīng)5G業(yè)務(wù)發(fā)展及相關(guān)建設(shè)需要。此外，高校人才培養(yǎng)制度與社會(huì)實(shí)踐發(fā)展和行業(yè)需要不符合，人才的引進(jìn)視野并不開闊，引進(jìn)和選拔方式仍然有限，尤其是熟悉新媒體的經(jīng)營技術(shù)和管理工作的專業(yè)人員難以引入。

2 700 MHz組網(wǎng)方案

中國廣電聯(lián)合中國移動(dòng)，以1∶1的比例共同投資建設(shè)700 MHz頻段的5G無線網(wǎng)，雙方共同持有和授權(quán)使用700 MHz頻段的5G無線網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)，并實(shí)行700 MHz共同建網(wǎng)戰(zhàn)略（700 MHz+4.9 GHz協(xié)同組網(wǎng)），采取新的方式單獨(dú)組網(wǎng)路線（Standalone，SA）。在700 MHz基站覆蓋區(qū)域，由5G基站完成業(yè)務(wù)接入，經(jīng)中國移動(dòng)承載網(wǎng)重傳至省級(jí)中心，通過互聯(lián)互通系統(tǒng)將業(yè)務(wù)承載至中國廣電核心網(wǎng)。在未覆蓋700 MHz基站的地區(qū)，借助中國移動(dòng)2G、4G或5G移動(dòng)網(wǎng)完成業(yè)務(wù)承載。

2.1 無線網(wǎng)

無線網(wǎng)是中國廣電建設(shè)5G的重要組成部分，按照獨(dú)立的5G特性模式，極簡(jiǎn)的架構(gòu)方法建設(shè)，選擇700 MHz+4.9 GHz的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。以700 MHz作為一個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，通過4T4R天線增加基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的容量，上下行的寬帶距離也隨之增加。而4.9 GHz頻率則以熱點(diǎn)覆蓋范圍為主，通過64T64R天線來提高業(yè)務(wù)熱點(diǎn)的區(qū)域覆蓋范圍及深度，以更容易、更快捷、更高效的方法進(jìn)行多場(chǎng)景寬帶覆蓋。5G覆蓋場(chǎng)景分類如圖2所示。

圖2 5G覆蓋場(chǎng)景分類

2.1.1 室外宏站

室外宏站主要用來供給中國廣電5G的托底信號(hào)，應(yīng)以700 MHz網(wǎng)絡(luò)基站覆蓋范圍為主、4.9 GHz網(wǎng)絡(luò)基站在熱點(diǎn)地區(qū)補(bǔ)充為輔的規(guī)劃原則。戶外宏站的站間距大小直接決定著通信品質(zhì)和投資規(guī)模。為了形成合理的覆蓋范圍結(jié)構(gòu)，減小弱覆蓋范圍，較少強(qiáng)信號(hào)越區(qū)覆蓋等諸多問題，一般戶外宏站的天線系統(tǒng)掛高宜在30 m左右。以達(dá)到95%的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面、25 Mb/s的邊緣用戶下行平均速度為設(shè)計(jì)目標(biāo)，并通過傳輸模式和信號(hào)品質(zhì)要求，測(cè)算出不同應(yīng)用場(chǎng)景室外宏站的站間距，如表2所示。

表2 700 MHz頻段5G典型場(chǎng)景室外宏站站間距

2.1.2 室外微站

室外宏站的覆蓋范圍內(nèi)難免會(huì)存在信息盲點(diǎn)，最有效的優(yōu)化方法是利用室外微站實(shí)現(xiàn)局部信息補(bǔ)充覆蓋。目前，室外微站建設(shè)中大多利用道路桿架設(shè)及掛墻架設(shè)，道路桿架設(shè)通常使用道路照明桿及供電桿，掛高為6～12 m，掛墻施工時(shí)通常使用小型一體化微站裝置。將微站的覆蓋間距控制在100 m以內(nèi)為宜，除彌補(bǔ)室外宏站的覆蓋盲區(qū)之外，也可作為部分居民小區(qū)室內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案。

2.1.3 室分覆蓋建設(shè)

室內(nèi)場(chǎng)景將優(yōu)先采用分布式皮基站的建設(shè)方式，而按照國家工信部信息共享要求，公共交通與商業(yè)場(chǎng)所部分覆蓋的主體將采用鐵塔公司、運(yùn)營商租賃的方式，而對(duì)其他室內(nèi)分布的要求，運(yùn)營商則可自行設(shè)計(jì)。在室內(nèi)施工過程中，要統(tǒng)籌考慮到施工的時(shí)間與效率，并盡量以樓間對(duì)打、廣角天線以及微室內(nèi)分的施工形式為主。

2.2 承載網(wǎng)

承載網(wǎng)絡(luò)主要包括前傳、中傳以及回傳3個(gè)部分，架構(gòu)如圖3所示。中國移動(dòng)5G的前傳技術(shù)方法分為光纜直連、無源波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）以及有源WDM/光傳送網(wǎng)（optical transport network，OTN）等。充分考慮到基站密集度提高以及潛在多頻點(diǎn)組網(wǎng)方法，光纜直驅(qū)方法需耗費(fèi)大批光纜，在部分光纜資源緊缺的地方無法滿足光纜需求，需要波分設(shè)備承載作為補(bǔ)償措施。分布式無線接入網(wǎng)（Distributed Radio Access Network，D-RAN）組網(wǎng)模式下，由于組建模式比較單一，所需要的光纜資源很少，因此前傳網(wǎng)絡(luò)通常采取光纜直驅(qū)方法。集中化無線接入網(wǎng)（Centralized Radio Access Network，C-RAN）組網(wǎng)模式需要的光纜資源較多，前傳網(wǎng)絡(luò)通常采取以WDM技術(shù)為主的波分復(fù)用方法，以節(jié)約光纜資源，也可以選擇光纜直驅(qū)方法。中、回傳承載技術(shù)方法按照負(fù)載技術(shù)的分類方式，可分成切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）、無線接入網(wǎng)IP化（IP Radio Access Network，IP RAN）和下一代光傳送網(wǎng)（Metro-Optimized OTN，M-OTN）。在篩選實(shí)施方案時(shí)應(yīng)充分考慮中國廣電的現(xiàn)網(wǎng)設(shè)施，并根據(jù)中國廣電700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及投資等綜合比選。

圖3 5G承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.3 核心網(wǎng)

中國廣電700 MHz 5G核心網(wǎng)摒棄傳統(tǒng)的內(nèi)核網(wǎng)軟硬件相結(jié)合的緊耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型，使用基于服務(wù)架構(gòu)（Service-Based Architecture，SBA）的體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能則通過服務(wù)接口向外提供業(yè)務(wù)，容許其他網(wǎng)絡(luò)功能訪問并調(diào)用其自身業(yè)務(wù)。5G核心網(wǎng)總體上采取虛擬、服務(wù)結(jié)構(gòu)，按照用戶的規(guī)模、傳輸要求以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況等因素，按大區(qū)集中設(shè)置，實(shí)行大容量、小局所原則的網(wǎng)絡(luò)功能部署。

中國廣電700 MHz 5G核心網(wǎng)應(yīng)用遵循先局部后整體、先控制面后用戶面逐步快速發(fā)展，迭代升級(jí)的發(fā)展思路，根據(jù)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)力和產(chǎn)品成熟度有序引入網(wǎng)元進(jìn)行虛擬化系統(tǒng)部署。

3 700 MHz頻段下5G商業(yè)模式探討

2019年，中國廣電獲頒5G牌照，扎實(shí)推進(jìn)規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)、合作、業(yè)務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等各項(xiàng)工作。中國廣電計(jì)劃于2020年正式掛牌啟動(dòng)5G商用，同時(shí)逐步推出面向個(gè)人用戶和其他垂直廣播業(yè)務(wù)，爭(zhēng)取在2021年將廣電5G廣播網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)發(fā)展成為一個(gè)傳遞正能量、廣電互聯(lián)接、人人互聯(lián)通、應(yīng)用新廣播服務(wù)以及可接受管制的新型廣播網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)中國廣電來說，在獲得重大政策開放紅利后，考慮到自身財(cái)政資金、科技發(fā)展經(jīng)驗(yàn)以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)用戶等各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際狀況，項(xiàng)目建設(shè)5G的實(shí)際投資規(guī)模和解決技術(shù)困難等基本要求，未來仍需要不斷深入研究。

3.1 近期模式

中國廣電5G的建立與發(fā)展將展現(xiàn)其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，即傳播速度快、傳輸廣泛以及覆蓋全面等。相對(duì)于其他中高頻段，中國廣電700 MHz頻段部署5G時(shí)，其快速建網(wǎng)所需的基站數(shù)量相對(duì)較少，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力更強(qiáng)，在同樣的覆蓋條件下可快速實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，同時(shí)有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

按照5G技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，超高清視頻業(yè)務(wù)將是5G最先成熟的大寬帶應(yīng)用，也是中國廣電發(fā)力的重心。從電視機(jī)大屏幕、移動(dòng)小屏幕以及多類型智慧屏的互動(dòng)入手，充分發(fā)揮廣播電視媒體文化內(nèi)容與視頻萬物互聯(lián)優(yōu)勢(shì)，革新產(chǎn)品服務(wù)業(yè)態(tài)和個(gè)性服務(wù)體驗(yàn)。

3.2 遠(yuǎn)期模式

中國廣電5G與3大電信運(yùn)營商相比，應(yīng)該更多地做差異化事業(yè)。語音類不是主流話題，主力部門做與傳輸直播有關(guān)的事業(yè)，同時(shí)主動(dòng)負(fù)責(zé)一些公益業(yè)務(wù)，如應(yīng)急廣播等，這是與3大運(yùn)營商之間存在最大的差異[10]。由于5G基站的覆蓋面積相對(duì)較小，建設(shè)費(fèi)用高，針對(duì)農(nóng)村地區(qū)3大基本電信運(yùn)營商，根據(jù)行業(yè)發(fā)展的需要部署5G，很難實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。中國廣電的低頻資源為700 MHz，所需基站數(shù)量較少，網(wǎng)絡(luò)覆蓋力更強(qiáng)，可以迅速實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋。

中國廣電5G鄉(xiāng)村融媒體服務(wù)，以“融合、創(chuàng)新、三農(nóng)服務(wù)”為中心理念，結(jié)合現(xiàn)在農(nóng)村發(fā)展的新情況、新需要，為農(nóng)村居民提供一種集三農(nóng)、生活、政府服務(wù)、信息和文化娛樂以及鄉(xiāng)村旅游等為一體的新式廣電融媒服務(wù)。利用融媒體業(yè)務(wù)，通過視頻、直播等手段向觀眾傳遞自己家鄉(xiāng)的土特產(chǎn)，觀眾可以根據(jù)需求在視頻、直播中選購的商品，讓農(nóng)產(chǎn)品在全國范圍內(nèi)銷售給消費(fèi)者。

運(yùn)用700 MHz覆蓋的優(yōu)勢(shì)，成功實(shí)施5G智慧全域旅游，并利用聚集“吃住行游購?qiáng)省钡荣Y源，為旅游者創(chuàng)造方便快捷的智能旅行綜合業(yè)務(wù)“總?cè)肟凇?，真正?shí)現(xiàn)了“一鍵暢游體驗(yàn)”。使用“一張手繪圖”，游客在周邊旅館、食品飲料、健康教育、醫(yī)療保健等服務(wù)工作以及購物和娛樂場(chǎng)所進(jìn)行標(biāo)識(shí)，使用“一張?bào)w驗(yàn)卡”即可線上享受到全域文旅產(chǎn)品及線下消費(fèi)的體驗(yàn)。

緊急通信網(wǎng)工程主要包括骨干網(wǎng)、各城域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)信息安全工程以及綜合網(wǎng)絡(luò)管理工程等,并建立上聯(lián)應(yīng)急管理部下接縣應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)信息的高速通道和數(shù)據(jù)交換中心，為省、市、縣、鎮(zhèn)4級(jí)應(yīng)急管理單位以及各轉(zhuǎn)隸機(jī)關(guān)之間橫向互連、縱向運(yùn)行的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)提供了安全、可靠、快捷、實(shí)用且功能先進(jìn)穩(wěn)定的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)通道，從根本上解決了省應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)隸機(jī)關(guān)每個(gè)部門之間網(wǎng)絡(luò)不聯(lián)通、信息資源相互閉塞、數(shù)據(jù)無法資源共享等問題。中國廣電5G應(yīng)急通信系統(tǒng)充分利用廣泛覆蓋范圍的特點(diǎn)，通過大寬帶5G網(wǎng)絡(luò)高塔覆蓋、小塔熱點(diǎn)覆蓋、有線網(wǎng)絡(luò)輔助方式，遵循“平戰(zhàn)結(jié)合”的原則，合理有效地調(diào)度互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。在平時(shí)由5G切片模式保障，既不會(huì)影響5G網(wǎng)絡(luò)正常商用，也不影響節(jié)目的收看收聽。因此，中國廣電5G可在應(yīng)急通信網(wǎng)業(yè)務(wù)方面廣泛應(yīng)用。

4 結(jié) 論

將來，國內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將會(huì)步入到高速發(fā)展階段，在5G科技蓬勃發(fā)展的大方向下，雖然700 MHz頻段具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，但5G技術(shù)對(duì)中國廣電來說仍然是嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，它還面臨技術(shù)、管理、市場(chǎng)以及專業(yè)人才等方面的巨大壓力，因此中國廣電在5G工程建設(shè)中各方面都必須探索研究，在實(shí)踐建設(shè)中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。