5G移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略探討

田小寧

（甘肅省通信產(chǎn)業(yè)服務(wù)有限公司郵電規(guī)劃咨詢設(shè)計分公司，甘肅 蘭州 730000）

1 5G移動通信概述

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)涵義

5G網(wǎng)絡(luò)是在4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展衍變形成的第五代移動通信技術(shù)，也是一種重要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，主要服務(wù)于eMBB增強移動寬帶、mMTC海量機器類通信以及uRLLC超高可靠低時延通信三處場景，向用戶提供極致的業(yè)務(wù)體驗，有效解決了下載峰值速率低下、網(wǎng)絡(luò)時延過長等通信問題，使通信服務(wù)質(zhì)量得到明顯提升。

1.2 網(wǎng)絡(luò)特點

相比于4G網(wǎng)絡(luò)，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)有著高速率、大連接、低時延和高頻譜效率的特點，這也是5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用價值的主要體現(xiàn)。第一，高速率特點在于，在理論層面上，5G網(wǎng)絡(luò)的單小區(qū)下行峰值速率和用戶體驗速率分別達到20 Gbps與100 Mbps，而4G網(wǎng)絡(luò)運行期間的實際速率僅為1 Gbps與10 Mbps，網(wǎng)絡(luò)峰值速率提升10倍以上，信息傳輸效率得到明顯提升。第二，大連接特點在于，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)可以在每平方千米內(nèi)接入百萬級別的設(shè)備，具備海量多終端連接條件，設(shè)備連接能力遠超過4G網(wǎng)絡(luò)，也為物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)掃清障礙。第三，低時延特點在于，5G網(wǎng)絡(luò)的空中接口時延值在1 ms及以內(nèi)，首次達到毫秒級別，低時延保證了用戶通信服務(wù)質(zhì)量，而傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)的時延高達40 ms。第四，高頻譜效率特點在于，5G網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率在LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提升了3倍以上，通過拓展頻譜資源來滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

在5G移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用到載波聚合、靈活頻譜共享、超密集組網(wǎng)、同時同頻全雙工等多項關(guān)鍵技術(shù)。例如，載波聚合技術(shù)是通過合并若干載波形成單個信道的方法，起到消除鄰區(qū)同頻干擾、提升網(wǎng)絡(luò)峰值速率、平衡主輔小區(qū)負載、降低網(wǎng)絡(luò)容量增加難度等多重作用，如通過部署相同基站覆蓋相同區(qū)域來起到強化覆蓋區(qū)域數(shù)據(jù)處理能力的作用，或通過覆蓋部分熱點小區(qū)來強化小區(qū)熱點數(shù)據(jù)處理能力。大規(guī)模天線列陣技術(shù)多用于覆蓋密集居住區(qū)、高校校園等場景，起到創(chuàng)造靈活復(fù)用空間、解決基站收發(fā)信號容量問題、提高頻譜利用效率等作用。而新型多址接入技術(shù)則通過依賴接收端數(shù)據(jù)處理算法的方式來接入多址，在下行鏈路等場景中的工作原理較為簡單，并在信噪比差較大場景中發(fā)揮著顯著優(yōu)勢[1]。

2 5G移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需求

2.1 帶寬需求

相比于4G網(wǎng)絡(luò)，在5G網(wǎng)絡(luò)中采取新推出的空口技術(shù)，5G基站對帶寬提出了更高要求，只有實際帶寬能力需要保持在LTE網(wǎng)絡(luò)的10倍以上，方可充分滿足在智慧交通、智慧教育、物聯(lián)網(wǎng)等場景中的實際應(yīng)用需求，體現(xiàn)出5G網(wǎng)絡(luò)的價值所在。以大型城域網(wǎng)絡(luò)為例，需要在網(wǎng)絡(luò)體系中規(guī)劃建設(shè)總數(shù)量不少于12 000個的5G通信基站，要求實際運營期間的網(wǎng)絡(luò)中心寬帶保持在6 Tbps及以上，成熟期的帶寬提升至17 Tbps及以上，如果實際帶寬低于這一標準，將對5G網(wǎng)絡(luò)運行情況、用戶服務(wù)體驗造成明顯影響。

2.2 時延需求

在3GPP標準中，對5G移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的時延性能指標提出明確要求，分別將e M BB移動終端-CU、eV2X和uRLLC移動終端-CU的時延標準時長設(shè)定為4 ms、3～10 ms和0.5 ms，并要求前傳時延不超過100 μs。相比于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的接口時延得到大幅降低，這在改善移動通信實時服務(wù)質(zhì)量的同時，也對網(wǎng)絡(luò)性能提出十分嚴格的要求，舊有網(wǎng)絡(luò)未達到這一標準，需要從調(diào)整網(wǎng)絡(luò)組建方式方面著手來滿足時延需求。

2.3 組網(wǎng)需求

5G移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)對組網(wǎng)靈活性有著嚴格要求，原有組網(wǎng)方式缺乏合理性，在構(gòu)建回傳網(wǎng)絡(luò)、中傳網(wǎng)絡(luò)時暴露出多個問題有待解決。例如，在構(gòu)建回傳網(wǎng)絡(luò)時，傳統(tǒng)組網(wǎng)方式采取人工靜態(tài)連接來保持CU-核心層網(wǎng)絡(luò)-相鄰CU的連接狀態(tài)，具有配置量過大、靈活性差的局限性。而在構(gòu)建中傳網(wǎng)路時，DU、CU二者在初級部署階段尚能保持相對穩(wěn)定的歸屬關(guān)系，但在5G網(wǎng)絡(luò)部署至CU云化階段時，對網(wǎng)絡(luò)的冗余保護、負載分擔(dān)等方面能力提出新的要求，DU、CU二者關(guān)系發(fā)生改變，一對多關(guān)系取代了原有的一對一關(guān)系，應(yīng)采取單獨配置、統(tǒng)一調(diào)度的方式來解決這一問題[2]。

3 5G移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)策略

3.1 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)部署

對于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)部署問題，當前主要采取現(xiàn)網(wǎng)升級NSA+后向SA演進、SA純新建網(wǎng)兩種方式。其中，現(xiàn)網(wǎng)升級演進是在不大規(guī)模改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的前提下，依托LTE進行升級覆蓋，由LTE和NR二者保持雙連接態(tài)勢，升級為EPC+和NGC，從而將通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景由單一的eM BB拓展至mMTC+eMBB+uRLLC，徹底涵蓋5G網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用場景，這一方式具有投資效益高、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施改動規(guī)模小、用戶易于接受的優(yōu)勢。而純新建網(wǎng)是在NR終端基礎(chǔ)上新建NGC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由NGC網(wǎng)絡(luò)獨自承擔(dān)向5G應(yīng)用場景提供實時通信服務(wù)的重要職責(zé)，這一方式具有技術(shù)完全覆蓋、周期過長、建網(wǎng)成本高昂、引入速度受限的局限性，目前來看，并不是部署5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的主流做法[3]。

3.2 制訂組網(wǎng)方案

在5G組網(wǎng)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)實際建網(wǎng)需求來選取正確的前傳、中傳與回傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方法。一般情況下，對于前傳網(wǎng)絡(luò)，主流方法為有源WDM、無源WDM兩種，推薦采取無源WDM方案，這套方案可以在全面改善網(wǎng)絡(luò)連接集中性、接入側(cè)使用性能的前提下，明顯降低接入側(cè)成本和總體建網(wǎng)成本。對于中傳、回傳網(wǎng)絡(luò)，則以滿足組網(wǎng)靈活性與帶寬要求作為首要目的，實施統(tǒng)一承載方案來實現(xiàn)中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為接入層、骨干層和匯聚層三部分，并采取多協(xié)議標簽交換流量監(jiān)控等優(yōu)化措施來強化網(wǎng)絡(luò)承載能力。與此同時，在制定組網(wǎng)方案時，還應(yīng)重點關(guān)注頻譜規(guī)劃、立體組網(wǎng)站點、設(shè)備選型三項問題，具體如下。

第一，頻譜規(guī)劃。以充分發(fā)揮2.6 GHz頻譜優(yōu)勢作為核心目標，分三步開展5G頻譜建設(shè)工作，第一步是將160 Mbps硬件一步到位，第二步是按實際需求向4G與5G網(wǎng)絡(luò)分配帶寬，第三步是由160 Mbps全頻譜NR徹底取代現(xiàn)有的LTE。如此，既可以實現(xiàn)改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果、獲取更大帶寬等5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標，同時，還可以加快5G網(wǎng)絡(luò)部署速度，在多種頻段以及制式間建立起穩(wěn)定、和諧的協(xié)同關(guān)系。

第二，立體組網(wǎng)站點?？紤]到當前多數(shù)地區(qū)正處于4G網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)的交替演變的關(guān)鍵時期，既要建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)向用戶提供更高質(zhì)量服務(wù)，同時也需要兼顧4G容量發(fā)展需求，避免因網(wǎng)絡(luò)超負荷、滿負荷運載而造成使用速率下降等情況。對此，需要制訂三層立體組網(wǎng)的建網(wǎng)方案，從上到下劃分為宏站覆蓋層、桿站覆蓋層和室分覆蓋層三個層級。其中，宏站覆蓋層連續(xù)部署中心城區(qū)、兼容網(wǎng)絡(luò)容量與覆蓋，起到連續(xù)覆蓋室外場景與滿足建筑室內(nèi)淺層覆蓋需求的作用；桿站覆蓋層的功能定位是分擔(dān)局部話務(wù)熱點和深度覆蓋，起到補充宏站應(yīng)用場景的作用，多用于覆蓋室外道路、住宅建筑等區(qū)域；而室分覆蓋層的功能定位是分擔(dān)室外站點話務(wù)和室內(nèi)高價值覆蓋，多用于實現(xiàn)對辦公樓、商業(yè)綜合體建筑等人員密集、通信服務(wù)質(zhì)量要求高的場景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

第三，設(shè)備選型。為解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施站址資源緊缺的問題，需要在5G網(wǎng)絡(luò)中安裝一批新型設(shè)備，根據(jù)組網(wǎng)需求來選擇設(shè)備型號、形態(tài)。例如，在某5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中，最終采取3DMIMO設(shè)備，在小容量需求場景中安裝160 Mbps的32T32R 3DMIMO設(shè)備，在一般場景下安裝64T64R 3DMIMO設(shè)備。根據(jù)實際應(yīng)用情況來看，該套方案靈活利用NR廣播信道，具有十分優(yōu)異的覆蓋能力，且室內(nèi)外機房部署難度較小，具備在小空間環(huán)境中部署機房的條件。

3.3 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

3.3.1 LTE與5G同頻鄰區(qū)優(yōu)化

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)運行情況來看，雖然存在LTE和5G同頻鄰區(qū)干擾問題，但LTE、NR二者干擾程度具備可控性，以帶CRS導(dǎo)頻信號LTE主動干擾無CRS信號NR為主，而NR并不會主動對LTE造成明顯影響。對此，為解決下行區(qū)域干擾問題，應(yīng)采取波束賦性方法，通過調(diào)節(jié)功率來控制干擾，當處于邊緣以及滿載狀態(tài)時形成UE滿功率，確保在100 Mbps帶寬條件下不對LTE形成明顯影響。

3.3.2 TDD流量優(yōu)化

在5G網(wǎng)絡(luò)運行期間，偶爾出現(xiàn)TOD流量飽和情況，對容量分擔(dān)效果和用戶感知體驗造成一定程度的影響。對此，需要采取1800 MHz加速重耕手段來重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)容量層，在中心城區(qū)重耕15～20 MHz，率先完成FDD成片區(qū)域部署任務(wù)，再使用25 MHz重耕來實現(xiàn)縣域、村鎮(zhèn)、城市郊區(qū)等區(qū)域的部署任務(wù)，最終依托FDD1800 MHz實現(xiàn)增大5G網(wǎng)絡(luò)帶寬與優(yōu)化峰值的目的。與此同時，在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度要求較為嚴格的前提下，也可選擇使用900 MHz帶寬來解決TDD流量飽和問題，由900 MHz負責(zé)承載VoLTE業(yè)務(wù)，并由VoLTE基礎(chǔ)網(wǎng)搭載上下行業(yè)務(wù)。

3.3.3 網(wǎng)絡(luò)容量優(yōu)化

對于5G網(wǎng)絡(luò)容量不足的問題，需要采取調(diào)劑垂直波束的方式來增加實際網(wǎng)絡(luò)容量，使用64 Tbps/32 Tbps來取代原有的16 Tbps，在塔下邊緣部位照射3D波束。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際運行情況來看，在使用64 Tbps/32 Tbps的前提下，網(wǎng)絡(luò)上下行容量都得到顯著提升，上行容量提升2.2倍左右，下行容量提升1.8倍左右，并在密集城區(qū)覆蓋場景中取得十分顯著的增益。

3.3.4 宏站覆蓋優(yōu)化

宏站覆蓋不足是5G建網(wǎng)期間面臨的一項重要難題，5G輻射區(qū)域廣度受限，難以同時滿足醫(yī)療、交通、教育、物聯(lián)網(wǎng)等全部場景的覆蓋需求，且實時容納用戶數(shù)量有限。對此，主流解決方法為同步采取1.9G 8T8R和2.6G 64T的覆蓋方式，也可選擇1.8 GHz和3.5 GHz共同覆蓋的方式，這兩種宏站覆蓋方式都有著十分顯著的普適性，有效解決了信號覆蓋不足、用戶容納數(shù)量有限、無法釋放更多流量等多項問題。例如，在大站間距場景中，將32TRX的站間距控制在600 m左右，將16TRX站間距控制在500 m左右。

3.3.5 存量DAS性能優(yōu)化

在5G建網(wǎng)期間，如果直接將存量DAS進行單改雙，將會出現(xiàn)DAS功率平衡性、削弱小區(qū)容量、邊緣部位用戶實際速率體驗縮水等多項問題。對此，可選擇采取信源疊加與數(shù)字化室分改造的優(yōu)化方法，在一般情況下疊加RRU信源與存量DAS，在大容量需求情況下改造數(shù)字化室分。

3.4 實現(xiàn)5G空口

目前來看，在各地5G移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案中，普遍采取4G演進路線和新空口路線兩種方式來實現(xiàn)5G空口，不同路線的建網(wǎng)成本、頻段滿足情況有著明顯差異，需要圍繞建網(wǎng)目標和實際業(yè)務(wù)需求加以選擇。其中，4G演進路線是在原有4G通信網(wǎng)絡(luò)框架上進行升級改造，綜合采取強化信號穿透能力、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)扁平化調(diào)整等措施，直至滿足物聯(lián)網(wǎng)、智慧工廠等5G網(wǎng)絡(luò)的通信服務(wù)需求，這一路線具有建網(wǎng)成本低、技術(shù)難度小的優(yōu)勢，但在建網(wǎng)期間將會面臨著網(wǎng)絡(luò)兼容性等多項問題有待解決。而新空口線路是根據(jù)業(yè)務(wù)需求來重新構(gòu)建一套移動通信技術(shù)框架，將空口接入頻譜范圍涵蓋至全部種類的高頻段，走這一路線來建立的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)性能更為優(yōu)異，且無須考慮網(wǎng)絡(luò)兼容性等問題，但具有建網(wǎng)成本高昂、開發(fā)周期長的局限性。

4 結(jié)束語

綜上所述，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)是我國通信事業(yè)的必然發(fā)展趨勢，也是加快各行業(yè)領(lǐng)域升級轉(zhuǎn)型步伐的重要舉措。運營商必須對5G建網(wǎng)工作予以高度重視，正確認識到5G建網(wǎng)需求，積極落實基礎(chǔ)架構(gòu)部署、制訂組網(wǎng)方案、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、實現(xiàn)5G空口四方面的建設(shè)策略，及早構(gòu)建成完善、穩(wěn)定的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)，保證5G網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、高效運行?！?/p>