5G 700M網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)

李挺，張道勇，劉鑫，王昕，孫安寧

（1.中國(guó)鐵塔西安市分公司，陜西 西安 710061；2．安徽電信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031；3.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610042）

0 引 言

5G 700M技術(shù)已逐步成熟，相關(guān)產(chǎn)品陸續(xù)實(shí)現(xiàn)供貨，作為低頻5G網(wǎng)，頻率低，覆蓋遠(yuǎn)，穿透能力強(qiáng)，可作為VoNR語音托底網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)5G基礎(chǔ)薄網(wǎng)覆蓋。本文在介紹700M技術(shù)能力、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，對(duì)工程建設(shè)方案、無線網(wǎng)絡(luò)仿真、網(wǎng)間干擾協(xié)調(diào)、設(shè)備選型、基站同步、基站傳輸給出了具體要求。

1 700 M技術(shù)能力

700 MHz頻率低，覆蓋半徑遠(yuǎn)、穿透能力強(qiáng)，但帶寬窄、難以實(shí)現(xiàn)大陣列天線，速率和容量有限，難以支撐大帶寬、高速率業(yè)務(wù)。

在網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面，基于理論分析，700 MHz具備廣度覆蓋和深度覆蓋優(yōu)勢(shì)。在農(nóng)村廣覆蓋方面，700 MHz4TR在農(nóng)村平原區(qū)域單站覆蓋半徑可達(dá)6.2公里（用戶接入極限拉遠(yuǎn)距離），平原、丘陵、山地等不同地形覆蓋半徑也大于其他5G中高頻段。在城區(qū)深度覆蓋方面，密集城區(qū)按400～600米站距組網(wǎng)上行邊緣速率可達(dá)3～5 Mbps，小區(qū)邊緣具備支持720 P/1 080 P視頻實(shí)時(shí)上傳的能力，上行業(yè)務(wù)體驗(yàn)領(lǐng)先。

網(wǎng)絡(luò)容量方面，700 MHz峰值速率、平均吞吐量低。具體如表所示。

表1 5G 700 MHz頻段容量能力表

時(shí)延方面，由于700 MHz采用FDD方式，空口時(shí)延降至1.6～3.6 ms，優(yōu)于TDD方式。

因此，5G 700 MHz網(wǎng)絡(luò)可作為VoNR語音托底網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)5G基礎(chǔ)薄網(wǎng)覆蓋，并承載速率低、時(shí)延要求高業(yè)務(wù)。

2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

700 MHz產(chǎn)業(yè)已基本成熟，具備大規(guī)模商用部署的條件：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化情況。700 MHz端到端30M帶寬已納入3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)/3GPP暫未計(jì)劃支持端到端40M帶寬?；贜R幀結(jié)構(gòu)的5G廣播多播服務(wù)在R17版本中定義、R17版本預(yù)計(jì)最快在2022年6月凍結(jié)。

（2）國(guó)際商用情況。2020年5月，Vodafone德國(guó)宣布全球首個(gè)700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)商用。截至2021年1月，全球已建設(shè)700 MHz 5G商用網(wǎng)絡(luò)13張，主要分布在歐洲和北美地區(qū)，頻譜帶寬以2×10 MHz為主、設(shè)備以4通道宏站為主。

（3）系統(tǒng)側(cè)情況。國(guó)際上4通道宏站已成熟商用，技術(shù)難度不大。700 MHz主設(shè)備設(shè)備規(guī)范已完成評(píng)審，主設(shè)備供應(yīng)商已均可提供2×30 MHz帶寬的測(cè)試設(shè)備、規(guī)模供貨。

（4）終端側(cè)情況。截至2020年12月，累計(jì)700 MHz上市手機(jī)達(dá)到36款。

主流芯片基本支持700 MHz，20 MHz帶寬，海思、高通已支持30 MHz帶寬，MTK于2022年Q1支持30 MHz帶寬。

3 產(chǎn)品要求

3.1 700 MHz基站主設(shè)備

主要應(yīng)用700 MHz宏站設(shè)備。700 MHz基站主設(shè)備硬件采用BBU+RRU架構(gòu)。

BBU應(yīng)具備高集成度、大容量、低功耗等特性。一塊BBU基帶板至少可支持3個(gè)5G小區(qū)，一個(gè)BBU機(jī)框至少可支持配置成15個(gè)5G小區(qū)，一個(gè)S111基站的BBU最大功耗不超過240 W。當(dāng)配置成5個(gè)S111基站時(shí)，BBU總功耗不超過570 W。當(dāng)配置成10個(gè)S111基站時(shí)，BBU總功耗不超過920 W。

為提升上下行容量，選用4T4R RRU。RRU工作帶寬2×30 MHz，最大發(fā)射功率不小于240 W，額定功率輸出時(shí)設(shè)備滿載功耗不大于700 W，50%負(fù)載率功耗不大于420 W。RRU間至少能實(shí)現(xiàn)3集級(jí)聯(lián)。

3.2 700 MHz天線

結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)基站技術(shù)制式和頻段要求，規(guī)定三類6款含700 MHz天線，分別是：4+4+4天線（700/900/1 800 MHz），分普通增益和高增益；4+4+4+8天線（700/900/1 800/FA），分長(zhǎng)款和短款；單4天線（700 MHz），分普通增益和高增益。要求天線迎風(fēng)面積不大于0.8 m2，重量不大于47 kg。

4 工程建設(shè)方案

4.1 規(guī)劃指標(biāo)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)及以上的連續(xù)覆蓋區(qū)域應(yīng)按照穿透一堵墻的上行邊緣速率達(dá)3 Mbps或5 Mbps規(guī)劃。

上行邊緣速率3 Mbps可支持VoNR語音連續(xù)覆蓋。對(duì)應(yīng)的室外連續(xù)覆蓋分場(chǎng)景規(guī)劃指標(biāo)如表2所示。

表2 700 MHz室外連續(xù)覆蓋分場(chǎng)景規(guī)劃指標(biāo)（上行3M）

上行邊緣速率5 Mbps可支持1 080 P視頻實(shí)時(shí)上傳，有助于提高VoNR語音承載比例、提升5G用戶通話體驗(yàn)。對(duì)應(yīng)的室外連續(xù)覆蓋分場(chǎng)景規(guī)劃指標(biāo)如表3所示。

表3 700 MHz室外連續(xù)覆蓋分場(chǎng)景規(guī)劃指標(biāo)（上行5M）

農(nóng)村組網(wǎng)特征為廣域非完全連續(xù)覆蓋，通常為單點(diǎn)覆蓋，規(guī)劃目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)行政村覆蓋率，因此無須制定專門的邊緣電平或速率指標(biāo)要求。

4.2 工作頻段和載波帶寬

使用700 MHz頻段以下頻率：上行：703～733 MHz；下行：758～788 MHz。

700 MHz頻段標(biāo)記信道柵格的NR絕對(duì)射頻信道編號(hào)（NR-ARFCN）的計(jì)算公式為：

FREF=FREF-Offs+ΔFraster（NREF–NREF-Offs）

700 MHz的NR-ARFCN如表4所示。

表4 全球頻率柵格的NR-ARFCN參數(shù)

5G 700 MHz頻段的帶寬可按表5選擇：

表5 5G 700 MHz頻段的帶寬選擇

綜合頻段、競(jìng)爭(zhēng)、技術(shù)、應(yīng)用與設(shè)備現(xiàn)狀等因素，建議700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)采用30 MHz帶寬組網(wǎng)，15 kHz子載波間隔。

4.3 基站建設(shè)方案

700M前期優(yōu)先實(shí)現(xiàn)縣城區(qū)域連續(xù)覆蓋、鄉(xiāng)鎮(zhèn)良好覆蓋，農(nóng)村區(qū)域適度覆蓋為目標(biāo)，在地市城區(qū)、百?gòu)?qiáng)縣的覆蓋指標(biāo)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村的覆蓋率兩方面加以差異化考慮。

宏基站配置以S111為主。站址選擇優(yōu)選共址建設(shè)，BBU優(yōu)先部署于C-RAN機(jī)房中。

天饋方案：700 MHz宏基站天饋采用“RRU+天線”形式。

4.3.1 天面建設(shè)總體原則

考慮到天面資源普遍緊張，可新增天面比例低，且新增天面一般涉及的新增租金，因此天饋建設(shè)以采用多頻段多端口獨(dú)立電調(diào)天線進(jìn)行整合為主，一般不新增天面，新增獨(dú)立天線比例原則上控制在10%以下。

天饋建設(shè)應(yīng)在確保支持現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)的前提下，統(tǒng)籌考慮700 MHz與其他5G頻段的需求，天線整合盡量一步到位，避免“翻燒餅”。

4.3.2 天線類型

700 MHz天線共有三類6款：4+4+4天線（700 MHz、900 MHz、1 800 MHz共用天線，每頻段4通道），4 448天線（700 MHz、900 MHz、1 800 MHz、FA頻段共用天線，除FA頻段為8通道外，其余頻段為4通道），單4天線（700 MHz單頻天線，4通道）。其中4+4+4與單4天線均區(qū)分高低增益，4 448天線分長(zhǎng)短款。具體天線選擇應(yīng)根據(jù)基站頻段制式和已有天饋情況選擇。

5 無線網(wǎng)絡(luò)仿真

根據(jù)建設(shè)方案，各區(qū)域應(yīng)達(dá)到的規(guī)劃指標(biāo)如表6所示。

表6 本項(xiàng)目700 MHz室外連續(xù)覆蓋規(guī)劃指標(biāo)要求

主要對(duì)城區(qū)、縣城進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)仿真，公共信道的仿真結(jié)果應(yīng)達(dá)到規(guī)劃指標(biāo)要求：仿真區(qū)域內(nèi)SS-RSRP不小于門限值的面積比例不小于95%，仿真區(qū)域內(nèi)50%加載時(shí)SSSINR不小于門限值的面積比例不小于95%。

6 網(wǎng)間干擾協(xié)調(diào)

6.1 700 MHz頻段與地面數(shù)字電視干擾分析

5G 700 MHz頻段與地面數(shù)字電視頻率之間的干擾屬于同頻/鄰頻干擾?；菊局凡荒茉O(shè)置在大功率廣播塔附近，且盡量滿足以下條件：

（1）廣播塔和基站間非視距（NLOS環(huán)境）。

（2）廣播塔和基站不在對(duì)方天線主瓣方向之內(nèi)。

干擾分析在以下參數(shù)條件下進(jìn)行：

（1）廣播塔發(fā)射功率：2 kW。

（2）廣播塔天線增益：12 dB（含饋線接頭損耗）。

（3）5G NR（700 MHz）基站接收天線增益：12.5 dB（含饋線接頭損耗）。

（4）系統(tǒng)天線間耦合損耗：-21 dB。

（5）空間隔離距離計(jì)算使用的傳播模型：Okumura-Hata模型。

干擾分析結(jié)果以下：

（1）若廣播塔發(fā)射頻率為694 ~ 702 MHz（上行703 ~733 MHz的鄰道）：5G NR（700 MHz）基站接收機(jī)靈敏度降低3 dB所需隔離度為123 dB。若全部采用空間隔離方式，基站距離廣播塔應(yīng)大于3.1 km；若加裝15 dB濾波器，基站距離廣播塔應(yīng)大于1.1 km。

（2）若廣播塔發(fā)射頻率為686 ~ 694 MHz（上行703 ~733 MHz的次鄰道）：5G NR（700 MHz）基站接收機(jī)靈敏度降低3 dB所需隔離度為108 dB。若全部采用空間隔離方式，基站距離廣播塔應(yīng)大于1.1 km；若加裝15 dB濾波器，基站距離廣播塔應(yīng)大于410 m（NLOS環(huán)境。由于廣播塔很高，410 m距離內(nèi)較難有NLOS環(huán)境），或應(yīng)大于2 km（LOS環(huán)境）。

目前700 MHz頻段部分頻率被地面數(shù)字/模擬電視頻道占用，在重慶、貴州、甘肅、廣東等地，700 MHz還被用于智慧城市、Wi-Fi覆蓋保障等服務(wù)。由于地面數(shù)字/模擬電視系統(tǒng)功率大、覆蓋廣的特點(diǎn)，700 MHz的5G NR系統(tǒng)與之干擾嚴(yán)重，其建設(shè)、開通都存在很大的困難，因此必須做好現(xiàn)有694 ~ 788 MHz頻段的清頻工作，才能正常開通700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)。

6.2 與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)共站時(shí)的干擾協(xié)調(diào)

經(jīng)過分析計(jì)算，各系統(tǒng)間的干擾協(xié)調(diào)要求為：

5G NR（700 MHz頻段）與其他無線系統(tǒng)共址且獨(dú)立天線部署時(shí)，需預(yù)留足夠的干擾隔離距離規(guī)避干擾，同時(shí)多系統(tǒng)共址時(shí)需要預(yù)留不同天饋系統(tǒng)間的安裝和維護(hù)空間，因此建議：

（1）5G NR（700 MHz）系統(tǒng)定向天線與其他系統(tǒng)定向天線并排同向安裝時(shí)，需保證0.5 m以上隔離距離。

（2）5G NR（700 MHz）系統(tǒng)定向天線與其他系統(tǒng)定向天線垂直安裝時(shí)，需保證0.4 m以上隔離距離。

（3）如果安裝空間有限，可以適當(dāng)縮減隔離距離，以不影響天饋系統(tǒng)安裝和維護(hù)為宜。

7 設(shè)備選型要求

為滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，700M擬選用的主設(shè)備BBU硬件和射頻硬件技術(shù)要求如表7所示。

表7 主設(shè)備技術(shù)要求表

700 MHz天線主要技術(shù)性能指標(biāo)要求如表8所示。

表8 700 MHz 天線主要技術(shù)要求表

8 基站同步要求

同步方案包括衛(wèi)星同步、IEEE 1588V2等：

（1）衛(wèi)星同步：指接收定位衛(wèi)星（如GPS，北斗等）的定位信號(hào)，獲取時(shí)鐘同步。此技術(shù)可獲得較高的同步精度（50～100 ns），但在衛(wèi)星信號(hào)難以獲取的室外樓宇遮擋較嚴(yán)重區(qū)域、室內(nèi)區(qū)域等此技術(shù)可能失效。5G基站應(yīng)優(yōu)先采用衛(wèi)星同步方案。5G基站同步要求支持北斗和GPS雙模工作，具備自動(dòng)切換功能。

（2）IEEE 1588V2：在回傳鏈路具備條件時(shí)，可采用IEEE 1588V2的時(shí)鐘同步，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘服務(wù)器獲取時(shí)鐘同步，精度可達(dá)到亞微秒級(jí)。IEEE 1588V2部署包括時(shí)間同步源部署和地面回傳網(wǎng)絡(luò)改造，地面回傳網(wǎng)絡(luò)改造需解決抖動(dòng)測(cè)量和時(shí)延配置補(bǔ)償?shù)葌鬏斣O(shè)備配置與調(diào)整問題。當(dāng)具備IEEE 1588V2同步條件時(shí)，對(duì)于北斗/GPS天線安裝困難場(chǎng)景，可利用傳輸1588V2信號(hào)進(jìn)行同步。

9 基站傳輸需求

9.1 基站回傳

由于帶寬小及無法采用大規(guī)模天線陣列技術(shù)，5G 700 MHz基站速率有限，其平均速率及峰值速率如表8所示。

表8 5G 700 MHz基站平均數(shù)據(jù)速率與峰值數(shù)據(jù)速率表（2×30 MHz載波帶寬）

5G 700 MHz基站回傳帶寬需求應(yīng)根據(jù)現(xiàn)階段部署場(chǎng)景的業(yè)務(wù)模型對(duì)以上峰值速率和平均速率進(jìn)行加權(quán)，例如對(duì)于典型S111宏站（2×30 MHz載波帶寬），若按照1個(gè)小區(qū)達(dá)到峰值速率、2個(gè)小區(qū)達(dá)到均值速率配置單站回傳帶寬，S111單站回傳帶寬需求約為570 Mbps。具體配置及預(yù)留的傳輸帶寬由傳輸專業(yè)根據(jù)傳輸環(huán)的不同層面和不同因素綜合取定。

700 MHz基站回傳接口，可根據(jù)需求配置GE、10 GE、25 GE光模塊。

9.2 基站前傳

5G BBU至AAU或RRU之間的信號(hào)傳輸稱為“基站前傳”。

當(dāng)基站前傳信號(hào)不壓縮時(shí)，5G 700 MHz基站單小區(qū)前傳帶寬需求小于10 Gbps。

700 MHz前傳接口支持配置10 GE光模塊（白光或彩光），支持前傳信號(hào)1：2壓縮，支持RRU3級(jí)級(jí)聯(lián)。

10 結(jié) 論

5G網(wǎng)絡(luò)作為新基建之首，3.5G及2.6G建設(shè)頻段高，700M網(wǎng)絡(luò)的低頻段先天優(yōu)勢(shì)，是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。建設(shè)700M網(wǎng)絡(luò)，可以效解決城區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋、農(nóng)村區(qū)域5G廣度覆蓋不足問題，能為用戶提供良好的通信服務(wù)，能為社會(huì)發(fā)展創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。