5G無線網絡規劃設計工作需滿足四大要求

江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司│聶磊

5G無線網絡規劃設計工作需滿足四大要求

江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司│聶磊

5G無線網的特點決定了設計中必然要做出變革，要向著“綜合、靈活”的方向發展，只有做好準備工作，設計才能夠在5G無線網建設中發揮更重要的作用。

5G將滲透到未來社會的各個領域，以用戶為中心構建全方位的信息生態系統。5G支持0.1～1Gbit/s的用戶體驗速率，每平方千米100萬的連接數密度，毫秒級的端到端時延，每平方米10Mbit/s以上的流量密度，每小時500千米的移動性和10Gbit/s以上的峰值速率。5G為虛擬現實、智慧城市、物聯網等提供了有效的網絡支持。

目前，ITU、3GPP(國際移動通信標準化組織)均已成立專門的工作組研究和制定5G標準，我國也成立了IMT-2020推進組(以下簡稱“5G推進組”)，聯合產業界對5G需求、頻率、技術與標準等進行研究。初步預計2019年5G標準可以確定。

5G關鍵技術研究尚在進行

由于5G標準尚未成熟，5G網絡采用的關鍵技術也沒有最終確定，目前各個相關廠家和運營商也都在各自推進5G關鍵技術的研究。

例如華為在其“新空口和無線接入虛擬化”的白皮書中提出了空口自適應和無線虛擬化的概念，包括了濾波OFDM（Filtered OFDM）、稀疏編碼多址（SCMA，Sparse Code Multiple Access）、極化編碼（Polar Codes）、多天線MIMO（Massive MIMO）、全雙工（Full Duplex）等技術，其中的Polar碼已經被3GPP采納為5G eMBB(增強移動寬帶)控制信道標準方案。

再如中國移動的“網絡2020”技術愿景中，提出了超大規模天線、智能頻譜接入、設備直接通信、超密集組網、超高速光傳輸系統、新型網絡架構、車聯網通信、業務和用戶的智能感知、網絡虛擬化、軟件定義網絡、軟件定義空口、C-RAN、下一代前傳接口、智能節能網絡大數據安全態勢感知、特征行為安全鑒權、網絡安全服務開放與定制化、量子保密通信、網絡自組織與自管理等關鍵技術。

總體來看，5G技術創新主要來源于無線技術和網絡技術兩方面。在無線技術領域，大規模天線陣列、超密集組網、新型多址和全頻譜接入等技術已成為業界關注的焦點；在網絡技術領域，基于軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）的新型網絡架構已取得廣泛共識。此外，基于濾波的正交頻分復用（F-OFDM）、濾波器組多載波（FBMC）、全雙工、靈活雙工、終端直通（D2D）、多元低密度奇偶檢驗（Q-ary LDPC）碼、網絡編碼、極化碼等也被認為是5G重要的潛在無線關鍵技術。

5G無線網建設具備三大特點

根據工信部、5G推進組的工作部署以及三大運營商的5G商用計劃，我國將于2017年展開5G網絡第二階段測試，2018年進行大規模組網試驗，并在此基礎上于2019年啟動5G網絡建設，最快2020年正式商用5G網絡。根據5G網絡發展的趨勢而言，在無線網絡建設方面具有如下幾個特點。

首先，頻段更高。2014年9月，國家無線電監測中心、國家無線電頻譜管理中心與全球移動通信系統協會（GSMA）共同發布了《關于未來寬帶移動通信與頻譜高效利用的合作研究報告》。報告顯示，我國下一代移動網絡將繼續以6GHz以下相關頻譜為主，包括現有2G/3G頻譜的重耕、在《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》中通過腳注標記給移動通信系統的頻譜，比如3400～3600MHz、以及WRC-15上為移動通信系統新劃分/規劃的頻譜，目前中國支持的主要有3段：3300～3400 MHz、4400～4500 MHz、4800～4990 MHz。在此基礎上，下一代移動網絡還將可能使用6GHz以上頻譜資源，目前主要面向6～100GHz。結合中國的頻率劃分、規劃、分配和使用情況，報告在6～100GHz提出了十余段值得研究的頻率，如下圖所示：

由此可見，5G網絡較現有的移動通信網絡而言，將采用更高的頻段，無線信號在傳播的衰減將會更大，在組網過程中對于基站的位置要求將會更高。

其次，基站更加密集。更好的頻段和更大的業務容量都要求基站的間距進一步下降，密度進一步增加。在2G、3G移動通信網中，采用的是800MHz和900MHz的頻段，密集城區站間距保持在1千米、農村站間距保持在6～7千米，即可滿足覆蓋要求。4G移動網工作在2GHz頻段附近，密集城區站間距要小于500米，農村要小于3千米才可以基本滿足覆蓋要求。5G移動網的頻段更高，必將導致站間距的縮小和基站密度的增加。同時，5G支持0.1～1Gbit/s的用戶體驗速率，每平方千米100萬的連接數密度，毫秒級的端到端時延，每平方米10Mbit/s以上的流量密度，每小時500km的移動性和10Gbit/s以上的峰值速率，這些要求都較4G有了大幅度的提升，從而要求單個基站服務的區域不可能太大，導致基站密度的增加。

最后，基站形態的變化。在2G時代，基站以“宏基站+天饋線”方式為主，基站建設中，需要建設專用機房和鐵塔，以滿足設備工作要求和基站覆蓋要求。到了3G時代，逐漸出現了分布式基站，即“BBU+RRU”方式，進而在4G時代發展為“BBU集中設置”的方式，對于機房配套資源的需求有所降低。在5G時代，由于頻段的增高和單個基站能力的增加，要求基站密度大幅度增加，單個基站需要覆蓋的面積不會太大，無線網絡扁平化和網格化將會是演進的方向。因此，對于基站設備而言，小型化、安裝靈活成為必然的方向。5G時代基站將以小、微基站為主，基站天線也將集成于設備內部，以便根據現場的實際情況快速、靈活地進行安裝。

5G網建中規劃設計的四大要求

鑒于5G無線網建設的特點，在對無線網進行規劃設計過程中，與現有模式存在一定的差別。

首先，整體規劃十分重要。5G網絡的定位決定了其不會成為一個全覆蓋網絡，對于高速率、大容量的數據僅僅是人口密集、經濟發達區域對于網絡的需求，如何確定這些業務熱點區域，如何確定網絡范圍和規模是5G網絡建設中十分重要的任務。網絡規劃可以結合業務需求定量地對相關區域進行分析，從而確保網絡建設有的放矢，能夠有效地完成網絡建設投資的回收。同時，由于建設過程中現場的復雜性，需要不斷對規劃方案進行調整以確保規劃目標的實現。因此，在5G無線網建設過程中，整體規劃是十分重要的。

其次，設計與優化結合更加緊密。與現有移動網絡先設計再優化的方式不同，5G網絡建設可能是一個邊設計邊優化的過程。一方面，在規劃中對于業務熱點的預測不會十分準確，100～200米的偏差會導致完全不同的效果；另一方面，現在建設的難度越來越大，不可能所有的基站都能夠在理想的位置按照理想的方式建設，因此，站址的調整是建設過程中的大概率事件。根據現場的情況進行站址的調整，要充分掌握現場的各項數據，同時也要符合規劃的整體要求，這就要求設計與優化手段的緊密結合，在調整站址的同時，對周邊基站也要進行相應的優化，才能確保網絡的整體服務質量。

再次，設計應采用更加靈活的手段。正是由于在現場牽涉設計、規劃方案調整及優化等各項工作，所以對設計手段提出更高的要求?，F有的設計模式是到現場勘察，記錄現場數據，然后針對現場情況結合建設目標形成設計方案，最后以圖紙和概預算等形式體現出來。在5G無線網設計過程中，這樣的過程顯然不足以滿足建設的需求。5G無線網的設計，要求在現場能夠把規劃、優化、設計有機的進行融合，最好能夠使用集規劃、優化、設計工作為一體地終端，在現場完成站點方案的設計、規劃方案的調整和周邊基站的優化工作，這樣才能滿足5G網絡快速建設和快速調整的需求。

最后，設計與施工的結合。無線網絡建設中進場難的問題現在越來越突出，選點、設計、天饋施工、無線設備施工、傳輸設備施工等各個工序都需要進場，對于業主而言十分繁瑣。在5G無線網建設中，基站設備集成了無線、傳輸以及天饋的功能，完全可以通過一次進場完成施工?？紤]到基站小、微設備安裝的易操作性，設計和施工也可以進行有機的結合，在現場確定設計方案后，立即施工，一方面可以避免施工與設計的不一致，另一方面又減少了一次進場次數，既可以降低建設難度又能夠提升施工質量。因此，設計與施工的結合也是5G無線網建設中可能的一個發展方向。

總結

隨著移動通信技術的不斷發展，5G已經距離我們越來越近了，在各項技術標準即將成熟之際，根據5G無線網建設特點研究建設中設計的變化，對于更好地進行5G網絡建設意義重大。5G無線網的特點決定了設計中必然要做出變革，要向著“綜合、靈活”的方向發展，只有做好準備工作，設計才能夠在5G無線網建設中發揮更重要的作用。

編輯｜黃海峰 huanghaifeng@bjxintong.com.cn