廣電5G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)分析

龔健

中廣有線信息網(wǎng)絡(luò)有限公司啟東分公司 江蘇 南通 226200

引言

隨著信息技術(shù)的普及，對通信業(yè)務(wù)的要求也越來越多樣化，傳統(tǒng)4G已經(jīng)不能適應(yīng)日益多樣化的用戶需要，使得移動通信服務(wù)需要不斷地進(jìn)行革新；5G的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開始出現(xiàn)。相對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)在性能上具有更低的時延、更快的優(yōu)勢，而且還可以同時使用。在此背景下，中國廣播公司應(yīng)抓住5G建設(shè)的需求，積極探討今后的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案和規(guī)劃，以便更好地為用戶服務(wù)。在節(jié)能、降低成本等關(guān)鍵技術(shù)的構(gòu)建上，還存在著諸多難題，所以要深入研究5G無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到5G無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋建設(shè)，并提出相應(yīng)的對策。

1 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃的基本要求

1.1 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基本原理

1.1.1 以技術(shù)發(fā)展的革新為先導(dǎo)。當(dāng)前，5G移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以更好地指導(dǎo)新的產(chǎn)業(yè)服務(wù)方式，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)劃中，選擇潛力較大、基礎(chǔ)較好的區(qū)域作為重點(diǎn)，可以起到“以點(diǎn)帶面”的作用，產(chǎn)生示范效應(yīng)，從而促進(jìn)區(qū)域全覆蓋發(fā)展。

1.1.2 要有遠(yuǎn)見。在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)將面臨更大規(guī)模的組網(wǎng)運(yùn)營計劃，所以有關(guān)部門要在充分考慮到組網(wǎng)連續(xù)性的前提下，結(jié)合今后的業(yè)務(wù)需求；掌握技術(shù)發(fā)展趨勢，預(yù)測未來5G技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，提升服務(wù)能力，確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的連續(xù)性。

1.1.3 先進(jìn)的思想。為了滿足廣播電視業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，必須采取先進(jìn)的5G技術(shù)，確保技術(shù)的靈活性和適應(yīng)性。

1.2 以智慧廣電引領(lǐng)發(fā)展

“智慧廣電”是由廣電系統(tǒng)多層次、全系統(tǒng)的智能化升級改造而形成的一個完整的信息生態(tài)系統(tǒng)。智慧廣電是一項(xiàng)以提高廣播電視業(yè)務(wù)能力和服務(wù)水平為核心的新型技術(shù)，以人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為基礎(chǔ)，以廣播電視智慧化傳播、智慧化生產(chǎn)以及智能型服務(wù)為標(biāo)準(zhǔn)，最終提供高質(zhì)量的廣播電視服務(wù)。

在廣電發(fā)展的大背景下，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案要從智能化發(fā)展的需求出發(fā)，尋求新的發(fā)展方向。智慧廣電對傳輸能力的需求是很大的，普通的社會上傳服務(wù)都是“1∶10”的，通常1Mbps就可以完成上傳服務(wù)，也就是480P的視頻上傳帶寬；5Mbps，既能保證上傳高清視頻，又能上傳1080P的視頻，滿足了大多數(shù)智慧廣電的需要。從業(yè)務(wù)處理的觀點(diǎn)出發(fā)，各個區(qū)段的業(yè)務(wù)處理必須圍繞5G業(yè)務(wù)的需要，當(dāng)前主要是eMBB，以滿足基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的需要，根據(jù)智慧廣電的服務(wù)要求，可以對其進(jìn)行更多的定義，比如，在市郊的覆蓋，必須要達(dá)到2K以上的高清服務(wù)要求。

2 5G無線網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的難點(diǎn)

2.1 超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前，我國的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已進(jìn)入了一個跨越式發(fā)展階段，5G時代的來臨預(yù)示著我國的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展將會朝著智能化、多元化、集成化這些新的方向發(fā)展。4G和3G的使用狀況，已經(jīng)大大落后于網(wǎng)絡(luò)容量的增長，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方式一般都是通過分裂單元的方式來減少網(wǎng)絡(luò)的半徑，但這種方式提高了網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋面；但隨著小區(qū)半徑的縮小，低功耗節(jié)點(diǎn)的數(shù)目也會隨之增長，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的分布密度增大，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度和質(zhì)量下降。而5G無線網(wǎng)絡(luò)則是采用了中高頻段的通訊，因此需要更多的節(jié)點(diǎn)，而超密度的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以有效地解決這個問題，但是在實(shí)際的建設(shè)中，會引起一系列的問題，例如移動端的管理難度，頻繁切換小區(qū)等。

2.2 大規(guī)模MIMO技術(shù)

在5G無線通信系統(tǒng)的建設(shè)中，要考慮到網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的實(shí)際需求，選擇合適的天線結(jié)構(gòu)，以提高網(wǎng)絡(luò)的承載能力。在未來，若能在5G無線網(wǎng)路的實(shí)際建設(shè)中加以運(yùn)用，將會大大提高5G網(wǎng)路的整體性能[1]。目前MIMO技術(shù)的應(yīng)用情況，已經(jīng)在國內(nèi)逐步推廣，但從理論上說，天線的安裝數(shù)目將會增加；它的信息傳遞的質(zhì)量和安全也將得到提高?，F(xiàn)在，華為、中興等公司研發(fā)了16T/R、32T/R、64T/R、128T/R的AAU設(shè)備。但是，在大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用中，存在著許多問題。首先，MIMO技術(shù)對現(xiàn)有站點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)效益造成了一定的影響，以經(jīng)濟(jì)效益為衡量網(wǎng)絡(luò)發(fā)展質(zhì)量的主要指標(biāo)，若出現(xiàn)下滑的趨勢，則說明這種技術(shù)在實(shí)際中的運(yùn)用并不是很好。其次，由于5G技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使得現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源利用率不斷降低，而5G無線網(wǎng)絡(luò)的主要依賴于中、低波段的頻譜資源，而當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源不足。第三，5G下行鏈路的正常運(yùn)行是通過多根天線進(jìn)行高功率的傳輸來實(shí)現(xiàn)的，但是，這樣的情況也會對上行鏈路的終端天線數(shù)目和發(fā)送功率產(chǎn)生一定的影響，從而進(jìn)一步證明了MIMO技術(shù)在5G無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；它的上行線路將受到限制。當(dāng)前4G網(wǎng)站建設(shè)的覆蓋面很廣，即便是在密集地區(qū)，其站點(diǎn)間距也被嚴(yán)格限制在300m以內(nèi)，因此，要達(dá)到5G的覆蓋范圍，光靠增加基站的數(shù)目是很困難的。從以上分析可知，要實(shí)現(xiàn)5G無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，僅靠已有的族譜資源和站址，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

3 5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建設(shè)中的難點(diǎn)及對策

3.1 宏觀和微觀的整合

5G無線網(wǎng)絡(luò)的建造流程比4G無線網(wǎng)絡(luò)要復(fù)雜得多，但是它的性能卻要比4G無線網(wǎng)絡(luò)好得多，因此，為了促進(jìn)5G無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，必須通過科學(xué)、合理的方式來解決這一問題。5G無線網(wǎng)絡(luò)是一種集成了各種先進(jìn)技術(shù)的集成技術(shù)，采用了許多先進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，有效地解決了原有網(wǎng)絡(luò)不完整的問題。在住宅小區(qū)，引入宏小區(qū)的概念，使宏小區(qū)周圍的鄰近的微型小區(qū)成為一個整體，而宏基站則是整個小區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)。這一結(jié)構(gòu)的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步擴(kuò)展了5G無線網(wǎng)絡(luò)的承載能力，實(shí)現(xiàn)了宏基站和微基站兩個單元之間的資源整合。在整個建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)建中，必須保證終端系統(tǒng)在小區(qū)的覆蓋范圍或在一定的容量范圍之內(nèi)。

3.2 對低頻資源的合理使用

從以上幾個方面分析了5G無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，指出了其主要技術(shù)的應(yīng)用，將會影響到系統(tǒng)的傳輸功率和天線數(shù)目，從而限制了系統(tǒng)的終端結(jié)構(gòu)，使整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍無法得到大幅提高。在5G網(wǎng)絡(luò)中，中低頻段是最常用的頻段，而在5G的上行鏈路覆蓋范圍中，中低頻段并不是最優(yōu)的，因?yàn)橹械皖l段的使用會對上行鏈路設(shè)備的終端天線數(shù)目和傳輸功率造成不利的影響，因此要針對5G的實(shí)際情況，合理地選取5G的應(yīng)用頻段；這是提高5G無線網(wǎng)絡(luò)總體運(yùn)營質(zhì)量的唯一途徑。隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展和日趨成熟，5G技術(shù)將取代之前的網(wǎng)絡(luò)模式，成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的重要手段。

3.3 合理建設(shè)容量小區(qū)

正如前面提到的，5G系統(tǒng)要優(yōu)于4G。但同時，這種現(xiàn)象也變得更加復(fù)雜。為有效地解決以上問題，采用適當(dāng)?shù)碾娖拷Y(jié)構(gòu)是比較切實(shí)可行的方法。在國內(nèi)，通過建立集中式小型微基站，可以有效地改善原有4G基站的工作效率。特別是，宏觀團(tuán)體的概念可以被恰當(dāng)?shù)赜糜谖覈煌木幼^(qū)。

3.4 上下行解耦

在上述的基礎(chǔ)上，提出了對容量單元進(jìn)行合理設(shè)計、對低頻資源的復(fù)用，以及對上行鏈路與下行鏈路的解耦。如前所述，3.5GHz是5G戶外頻率，典型地因?yàn)槎喾N理由而受限。例如，它們的終端一般不能達(dá)到下行鏈路覆蓋的同一目標(biāo)，這是因?yàn)閭鬏敼β驶蛘咛炀€的數(shù)目?？梢姡?.5GHz的上行鏈路覆蓋頻率的選取是不可取的。為解決此問題，我們可以不采用3.5GHz，而采用目前的頻率，如1.8GHz或2.5GHz。一般來說，1.8GHz可以得到大約10dB的增益，而3.5GHz與下行鏈路的覆蓋程度更加接近。這樣，下行鏈路與上行鏈路的解耦將會推動5G無線網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展。

4 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)施

4.1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建要點(diǎn)

智慧廣電的建設(shè)體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)管、終端等方面的需求，而在5G技術(shù)發(fā)展的全過程中，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是重中之重，因此，要適應(yīng)未來的商業(yè)功能需要；在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，應(yīng)進(jìn)一步拓寬思路，擺脫傳統(tǒng)的管線和鏈路定位，而要結(jié)合有線、無線衛(wèi)星進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，利用智能技術(shù)來提升無線網(wǎng)絡(luò)的智能服務(wù)；建立5G綜合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

4.2 載體網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施

城市5G承載網(wǎng)由接入層、核心層和會聚層組成，核心層可以通過省干網(wǎng)與省級中心站相連，省級骨干則通過國家干線將核心網(wǎng)大區(qū)連通；承載網(wǎng)采用IPRAN技術(shù)，包括一層匯聚結(jié)構(gòu)、接入環(huán)網(wǎng)等，為確保網(wǎng)絡(luò)的通訊功能，省級公司的核心節(jié)點(diǎn)通過省網(wǎng)OTN和國網(wǎng)OTN完成數(shù)據(jù)連接之后，共同并入核心網(wǎng)中[2]。

4.3 接入網(wǎng)的實(shí)施

根據(jù)國際上常用的 NGMN網(wǎng)絡(luò)帶寬規(guī)劃原理，將單個基站的峰值計算公式為：單個基站的峰值+平均/N-1；單位平均數(shù)=單位數(shù)；接入環(huán)路的帶寬是（N-1）×單個基地臺平均頻寬+單基地臺的最大頻段。在數(shù)據(jù)操作過程中，5G接入網(wǎng)設(shè)計的有關(guān)數(shù)據(jù)需求可以根據(jù)以上的計算方法來決定，在經(jīng)過10GE鏈路訪問載體網(wǎng)絡(luò)的訪問節(jié)點(diǎn)之后，各承載網(wǎng)的接入節(jié)點(diǎn)上行和下行端都是10G帶寬。

5 重點(diǎn)技術(shù)的探討

廣電網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案必須對其建設(shè)需求進(jìn)行全面的評價，并在堅(jiān)持“全國一張網(wǎng)”的原則下，對關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用途徑進(jìn)行探討。

5.1 云服務(wù)

參考各大運(yùn)營商的5G建設(shè)思路，可以在現(xiàn)有的“一省一云”基礎(chǔ)上，建立“廣電云”，以中央一級、省級二級平臺為核心，該平臺在本質(zhì)上是各類資源共享的平臺，不僅代表了當(dāng)前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢，也對智慧廣電目標(biāo)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生直接影響[3]。根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要，在云計算平臺的實(shí)施上，可以根據(jù)目前5G功通信的特點(diǎn)，從5個層面進(jìn)行搭建；分別是 IaaS、CaaS、PaaS、FaaS和SaaS五個級別，可以進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，包括對廣電業(yè)務(wù)的采集、存儲和挖掘，為5G的各項(xiàng)功能提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

5.2 應(yīng)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）技術(shù)

網(wǎng)路切片的基本概念，就是在網(wǎng)絡(luò)上建立一個分隔的服務(wù)，以保證業(yè)者可以透過功能支援來完成這些服務(wù)。而作為網(wǎng)絡(luò)切片的基礎(chǔ)，軟件定義的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)的功能虛擬化在技術(shù)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，它是以開放協(xié)議將軟硬件分開的，同時，不同的網(wǎng)絡(luò)管理行為也會對虛擬資源進(jìn)行更深入的界定；保證不同的切片可以為不同的使用者提供不同的服務(wù)。因此，從技術(shù)上講，通過軟件定義的網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)絡(luò)的功能虛擬化，可以把計算機(jī)機(jī)房的硬件設(shè)施改造成一個數(shù)據(jù)機(jī)房，并對主干網(wǎng)絡(luò)的流量進(jìn)行控制，從而解決了傳統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行效率低的問題。

5.3 廣電物聯(lián)網(wǎng)

廣電物聯(lián)網(wǎng)作為智能廣播系統(tǒng)的核心，它不僅要實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，還要在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的傳輸效率；廣電系統(tǒng)的應(yīng)用保護(hù)，既可以實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的自由通訊，又可以排除外界的干擾，充分利用5G技術(shù)的靈活通訊優(yōu)勢。由于目前半雙工通信很難滿足廣電物聯(lián)網(wǎng)的要求，因此全雙工通信成為了實(shí)現(xiàn)無線通信功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，5G智能廣電的建設(shè)離不開全雙工的支撐；在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)以全雙工通訊為主要通訊方式，建立基于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)的跨地域、跨行業(yè)的信息集群。

6 結(jié)束語

今后幾年，我國5G網(wǎng)絡(luò)將迎來一個快速發(fā)展時期，有關(guān)部門要進(jìn)一步掌握廣電網(wǎng)絡(luò)5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，積極探索新技術(shù)的應(yīng)用途徑，為廣大市民提供優(yōu)質(zhì)的移動通信服務(wù)。