從中國電信5G階段性測試談5G建網與部署探究

江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司|王浩宇 李新 彭雄根 陳旭奇

隨著5G NSA標準的正式凍結，5G網絡商用已進入倒計時。國家發改委曾指出，2018年將重點支持5G規模組網建設及應用示范工程，在不少于5個城市開展5G網絡建設。根據此前的消息，我國計劃在2019年完成5G規模試驗及試商用，并于2020年實現大規模商用。距離5G商用的時間節點愈來愈近，如何在兼顧與4G網絡融合的前提下引入5G網絡，最終實現長遠的5G網絡目標架構，成為運營商乃至全行業重點關注的問題之一。

5G建網挑戰

未來的5G網絡應該體現大容量、低能耗、低成本三大技術要求。與現有的4G網絡相比，5G基站的天線數目可能從4根增至64根或者更高，致使基站的處理能力倍增，能耗也相應增大，這將對基站機房提出更高的要求。

5G將是一種高、低頻混用的技術體系，當前頻譜資源日趨緊張，3GHz～6GHz是未來滿足6GHz以下頻譜缺口的主要頻率范圍，較4G核心頻段連續頻譜資源更寬，較毫米波頻段傳播特性更好，是峰值速率和覆蓋能力兩方面的理想折中。

由此帶來的問題是，頻率升高造成基站的覆蓋范圍從4G網絡覆蓋的數百米縮小至數十米。同時為了滿足高速率大容量的需求，基站數目將大大增加。在同樣的連續覆蓋場景中，所需5G基站的數量可能達到4G基站的1.5～2倍，這將導致基站部署更加密集化。

除了上述因素可能帶來的一系列技術難題外，對運營商影響最大的是5G網絡建設及運營成本的問題，包括設備采購、能源消耗、站點建設以及機房租用等負擔都將十分沉重。加之基站選址和租賃經常遇到物業協調方面的阻礙，上述問題會進一步加劇在4G網絡建設中已經出現的站址資源獲取困難等情況，從而影響網絡建設進度，降低網絡質量。利用5G新技術和新型建設方式有效解決上述問題，對于推動我國5G網絡建設進程具有重要的意義。

5G建網技術

為解決上述問題，降本增效地實現5G網絡建設的落地，需要充分利用如下幾種新技術。

基站云化

未來5 G基站的建設將采用BBU+AAU的模式，其中BBU包含CU（Centralized Unit，集中單元）和DU（Distributed Unit，分布單元）功能。CU、DU可靈活實現合并或分離部署，而AAU一般集成了射頻單元的16TR或64TR天線。

5G網絡將實現轉發與控制分離，CU、DU可以有3種主要的部署方式，分別為D-RAN、云化CU分布式DU、云化CU集中式DU。D-RAN方式，即將CU與DU共同部署在5G節點機房中，形成分布式結構；云化CU分布式DU，即CU為部署在中心機房的云化模塊，而DU隨AAU部署在相應的5G節點機房中；云化CU集中式DU，即CU為部署在中心機房的云化模塊，DU集中部署在一個5G節點機房中，形成DU池。

小基站

小基站是作為分流技術引入的低功率無線接入節點，利用智能化技術對傳統宏蜂窩網絡補充與完善，信號一般可以覆蓋10～200m的區域范圍。4G階段引入了異構網絡的概念HetNet，網絡成為由宏蜂窩與微蜂窩組成的多層蜂窩網絡，開始呈現多制式融合的趨勢。小微基站的大量部署尤其適合高樓林立、用戶集中的中國城市環境。運營商通過部署小微基站可以增強頻譜資源的復用能力，提升用戶服務質量。5G時代無線網絡將變為多種無線技術全面融合的超密集型網絡結構，站址資源更加緊張。而小基站在密集組網、快速選址、快速建設以及室內外覆蓋等多個方面都具備良好的性能，將在5G階段得到更加廣泛的應用。

室內覆蓋

現網DAS（Distributed Antenna System）系統存量室分無源器件（包括天線、功分器、耦合器、合路器）工作頻段一般為800MHz～2.7GHz，不支持5G主流的C頻段或更高頻段。部署5G室內分布系統無法利用已有分布系統，需全部新建。即使新建適合5G主流頻段的DAS系統，因為3.5GHz以上頻段線纜損耗較大，為了使覆蓋能力和原有系統相當，需提高信源功率或者增加信源。而5G對流量密度需求很高，現有DAS系統很難實現較高的流量密度。

同時，隨著5G多天線技術在室分的應用，4T4R信源將成為Sub-6GHz的主流信源形態，甚至會出現8T8R室分信源。在5G系統中使用現有DAS支持4/8路室分，則需要四/八路饋線，即使采用雙極化天線，饋線數量也需要加倍，工程落地十分困難，且建設多路室分DAS系統，饋線、耦合器、功分器、天線數量翻倍，導致成本直線增長。這些共同決定了5G室內覆蓋需要新建新型室內分布系統。

目前，針對5G室內分布系統主要有兩種設想。一是新建光纖分布系統，用光纖進行室內布網，降低施工難度，降低施工成本，同時滿足5G的高工作頻段要求，能夠實現多系統間的共享。二是采用分布式小基站，主流設備廠家已有類似產品，但4G的分布式小基站目前只支持單模，無法實現多模共用，5G仍需要新建分布式小基站系統。

5G建網與部署

運營商的5G戰略投資受到市場形態以及運營商在競爭中的地位等因素影響，進而使其在網絡的部署規劃上選擇不同的方案、時間點和部署節奏。目前，業界普遍認為5G將有兩種網絡部署場景：獨立組網和非獨立組網。

獨立組網即新建5G網絡，包括新基站、回程鏈路和核心網。非獨立組網將借助于已有4G基礎設施，將5G小基站部署在高業務密度區域。獨立組網的優點是可以在提供高性能的前提下形成較大的規模性經濟，5G獨立組網將使得4G和5G業務并行運行，并且避免了與LTE網絡整合過程中可能會出現的互操作復雜等問題，覆蓋全國范圍內的規模組網對于5G普及和提升服務質量具有重要意義，但是這樣的獨立組網建設在初期成本相對較高。

相比之下，非獨立組網能夠更快地將5G推向市場，但非獨立組網可能更適合局部熱點區域部署，而不是大規模的全國性部署，并且非獨立組網與現有LTE網絡的互操作也非常復雜。運營商需要根據自身實際情況選擇是否在5G部署初期直接引入NGC（Next Generation Core），或在引入NR（New Radio）之后，再進行NGC的建設。不同的現狀與建設方式，會使5G網絡的建設節奏與形態演變出現很大的差異。

出于對不同戰略和業務發展需要的考慮，運營商對不同使用場景的訴求也不同。運營商可在5G初期以eMBB（enhance Mobile Broadband，增強移動寬帶）為主導引入，后續逐漸加入、加強mMTC（massive Machine Type of Communication，大規模物聯網）和uRLLC（ultra Reliable& Low Latency Connection，低時延高可靠連接）業務。也可以拓展更廣闊客戶資源為出發點，以開拓政企業務、IoT業務為目的，在5G初期一起引入eMBB、mMTC和uRLLC。

除了發展戰略與商業因素外，現網條件和未來技術規劃也對5G網絡的引入具有很大影響。例如，網絡虛擬化技術的發展也影響到運營商5G部署的選擇：虛擬化程度領先的運營商，可能傾向于接受架構中選項的數目和演進步驟較多的情況；由于硬件是通用的，很多情況下演進只需要進行軟件升級。相反，虛擬化程度較低的運營商，則希望選項的數目盡量少一些，最大程度簡化網絡演進的步驟。這樣可以減小演進對于現網帶來的影響，特別是需要硬件更換的演進升級。

運營商所擁有的頻譜資源的豐富性，包括5G低頻（Sub-6GHz）和高頻毫米波頻段資源，也是重要影響因子。若運營商擁有較豐富、優質的Sub-6GHz作為覆蓋，同時又有高頻來增強容量，那么采用SA（Standalone，獨立組網）的可能性相對較大。反之，則采用NSA（Non-Standalone，非獨立組網）可能性較大。另外，不同運營商對于Sub-6GHz覆蓋能力的考慮、評估和需求也不盡相同，這也將影響到運營商對于SA或NSA的傾向性。

同時，還有很多其他的因素，包括終端、站點站址的選擇、傳輸資源、NGC與4G核心網的關系和演進、漫游等，尤其是標準的制定凍結時間點以及相關的產品設計時間點，都會影響到網絡部署與演進方案的選擇。

5G試驗網建設

運營商的5G試驗正在加緊進行中。中國移動在2017年5月確立了全國首批5G試驗網城市：北京、上海、廣州、蘇州、寧波，在這些城市開展5G試驗網建設，進行5G外場測試，以推進5G平臺架構成熟，并驗證3.5GHz頻段組網的關鍵性能，2018年將在數個城市，每個城市建大約20個站點進行規模試驗，形成端到端商用產品和預商用網絡；2019年，繼續擴大試驗網規模，完成預商用和多廠家互操作測試；2020年，預計全網5G基站將會達到萬站規模，從而實現商用產品規模部署。

中國聯通也計劃從2017-2019年在6個城市進行容量和性能測試，2020年商用前建設約1000個站。

中國電信在某市的5G試驗已完成階段測試，站點位于城區的樓頂站。階段性測試中選擇了極近、近、中、遠點進行測試，極近點速率達到近1.1Gbit/s，遠點速率約0.2Gbit/s，平均端到端時延和PDCP層環回時延均少于8ms。

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。新一代通信技術將使信息突破時空限制，提供極佳的交互體驗，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴，還將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實現人與萬物的智能互聯。相信在不久的將來，5G網絡部署將為全社會的建設與發展做出巨大的貢獻。