4G/5G無線網融合和協同的規劃與建設

張福林

（廣西千萬里通信工程有限公司，廣西 南寧 530000）

1 4G/5G組網架構的融合和協同

目前，第三代合作伙伴計劃已經就5G網絡規劃部署的多種模式進行了深入的探討，依照5G控制面錨點的區別可以將規劃部署的模式分成如下兩類：一類是SA——“獨立部署模式”，另一類是NSA——“非獨立部署模式”。SA是指以5GNR（新無線接入）作為控制面錨點接入NGCN（下一代核心網）。NSA區別于SA，通過4G基站作為5G信令接入錨點，采用雙連接的方式，4G為主連接，5G為從連接，5G非獨立部署模式的具體網絡架構如圖1所示。

圖1 5GNSA組網架構

非獨立部署方式的網絡組織架構能夠很好地支持5G建網初始階段所需要的功能，不過在技術與資源這些方面上要想解決5G的部分問題還需要借助4G現網設備的優化與升級以及5G網元數量的新增等方式。

在主從連接的情形之下，信令與小數據包一般都通過4G基站進行傳輸，而大數據流的有關業務則需要依靠5G網絡來進行，因此這種模式具備更強的互操作性，并且能夠大幅度降低語音的時間延遲，確保數據進行切換時不會中斷，從而大幅度優化用戶的使用體驗，確保5G NR能夠迅速地大規模部署與建設，也為SA與NSA兩種模式的共存提供了條件[1]。

與此同時，由于5G NR具備較大的帶寬，因此如果將NSA用于過渡期的方案仍然有如下缺陷。（1）雙連接的時間延遲性與LTE時間延遲性高度相關。（2）4G基站的終端功放往往是與基帶同時進行各自的工作，因此會帶來較高的功能消耗。（3）不具備切片的靈活性。

2 4G/5G無線網規劃的融合和協同

2.1 網絡定位

5G網絡的建設過程應該秉持這樣一條基本原則，那就是：4G和5G雙網互相協同并且有效配合，從而最大程度上符合業務數量的需要，為用戶提供更好的網路體驗。4G網絡定位主要由4個方面組成：（1）VoLTE基礎覆蓋層；（2）窄帶物聯網；（3）NBIoT；（4）4G容量層。5G網絡定位則相對而言更加精確，主要是室外主力承載層，針對超高速率和垂直行業的應用。根據上文所描述的網絡定位基本內容，可以看出5G網絡不需要保持和4G相同的全覆蓋性，因此應該全方位地對業務匹配方面的有關因素進行考量，充分把握目標市場，按照市場需要開展有關建設，最大程度上提升投資回報率。

2.2 夯實4G網絡基礎，全力提升VoLTE

對VoLTE開展有關部署能夠極大程度上優化手機用戶使用5G語音的體驗，當前主要發展趨勢是建議將5G語音落回到4G VoLTE，更低級的通信網絡則不再考慮的范圍之內，一旦將5G語音回落到2G或者3G網，則很有可能發生二次回落的問題，進而導致語音接通的時間延遲大幅度加長，使得用戶的體驗較低。而借助VoLTE和VoNR來實現對CS的代替是大勢所趨，這樣的替代能夠加速2G網絡與3G網絡的退網，進而避免多網運維可能帶來的亂象。

2.3 規劃策略

在建設5G網絡的初始階段，主要將主要中心放在室外的覆蓋方面，而僅以室內覆蓋為次要中心，只有這樣才能夠加速5G在寫字樓、交通樞紐等場景之下的具體應用。而在挑選覆蓋區的時候也應該著重關注當地的業務需要，同時將品牌的宣傳作為建設的目標，重點關注城區和垂直行業示范區等位置，切忌盲目地擴張網絡覆蓋的規模。

農村和一些偏遠地區在建設初始階段應該避免開展5G網絡的部署，除非當地擁有較大的流量需求，否則農村仍然應該以4G為主，讓農村長期保持4G和與5G網絡并存的狀態才是最為合適的部署模式。

3 4G/5G無線網建設的融合和協同

3.1 4G/5G室外覆蓋融合和協同建設策略

現如今，有的廠家為了減少頻段的損耗而使用一些較為先進的空口技術，如SDMA（空分復用接入）和Massive MIMO（大規模天線技術）等。借助這些空口技術能夠確保在應用場景不同的情況之下都能夠實現4G網絡與5G網絡的共存，甚至使得5G網絡的覆蓋規模和4G網絡的覆蓋規模相當。為充分發揮5G設備的能力，同時兼顧到4G業務需求，5G無線網設備應支持160 MHz全帶寬，同時應具備4G/5G共模、頻譜動態共享等技術特性，以充分發揮單比特建設成本和運營成本優勢。可能設置方案如圖2所示。

圖2 4G/5G雙模設備設置方案

上下行解耦在5G NR之中的應用確保下行數據能夠在3.5 GHz和4.9 GHz這樣的高頻段進行傳導與輸送，這使得離基站距離較近的區域能夠獲得更加快速的5G，同時能夠確保上行數據能夠在1.8 GHz這樣的低頻段實現傳導與輸送，進而提升上行覆蓋的范圍與效果。

上下行解耦技術的應用一方面能夠彌補上行缺陷，實現在密集城區5G基站數量的大規模減少，從而大幅度降低初始階段網絡建造的成本。另一方面，依據有關試驗數據可得，上下行解耦的應用能夠優化5G的室外覆蓋程度。

3.2 4G/5G室內覆蓋融合和協同建設策略

由于高頻段在空中傳播以及建筑材料的傳播之中會較低頻段有更大的損耗，故而要想在3.5/4.9 GHz這樣的高頻段之中實現室外覆蓋相較于1.8 GHz這樣低頻段而言是更困難的。此外，對于傳統的無源分布式天線系統而言，不管是否對其進行優化與完善，都無法滿足高頻段5G網絡的應用需求。

新型室分網絡逐漸由無源和光分的傳統模式演變成當前的有源數字化微站模式，能夠在沒有多余衰減的情況之下滿足多頻段的應用需求，與此同時在進行容量的擴增時也不需要進行新增或者替換，就可以實現室內定位的高精準性，以及端口到端口的可控制性，并為用戶帶來極佳的使用體驗。

4 5G技術4G化的應用

3D-MIMO技術是為了適應網絡需要而出現的產物，該項技術借助時分雙工的優勢，能夠有利于5G技術在4G網絡之中的有效應用，這幾年已經慢慢投入到一些熱點位置開展具體應用，如高校所在地、高話務量區域等場景。現如今，5G的多天線MIMO技術已經研發到了一定的高度，可以實現較好的應用，3D-MIMO也能夠應用于高頻段的5G網絡之中，并且能夠和5G網絡的新空口技術相互協調配合，從而提升頻譜的效率、優化業務容量、擴大覆蓋的范圍。

（1）3D-MIMO融合了多天線技術與空分復用技術這兩種技術的長處，使得多流量多用戶群體的資源重復使用成為可能，同時該項技術也實現了對三維精準波束的形狀賦予，讓信號的能量能夠更為集中，整體的方向準確性也能夠進一步提升，還能夠避免小區與小區之間的干擾和影響，最大程度上提升了小區的業務吞吐規模，優化了邊緣用戶的使用體驗。

（2）當前，3D-MIMO技術只能夠在TDD2.6 GHz的頻段上投入使用，再加上TDD具備獨有的上下行信道互相交換性，借助5G技術在4G網絡下的優質應用，使得網絡的穩定性與迅捷性快速提升，進而優化了用戶網絡體驗。

（3）3D-MIMO技術能夠依據場景的不同進行參數的靈活調整，一方面能夠優化信號的室外穿透與室內覆蓋，另一方面也能夠滿足普通宏站應用場景的基本需要。

5 4G/5G配套資源融合和協同

5.1 4G/5G機房天面的融合和協同

5G AAU是在64T64R多天線和RRU的基礎之上進行融合建設而成的，其特點有體積小、重量大以及寬度大等。因此，5G AAU難以與其他系統天線合路。4G和5G共用的站點在未來也能夠使用多模多頻的BBU與RRU來更換原有的基站設備，從而讓每個基站都能夠配備至少一個BBU、一個RRU和5G AAU，再加上一面多頻共用天線的安設（見圖3），勢必會騰出更多的空間來進行后續有關設備的安放。

5.2 4G/5G配套電源的融合和協同

5G宏基站的有關設備往往具備能耗大的缺點，而且原有宏站往往設備數量龐大，設備種類繁雜，整體面臨較多的負荷，不過鑒于2G和3G網絡正在逐漸進行退網，可以考慮使用開關電源來對5G設備進行直接供電。

此外，建議對小區、社區、商圈、城中村這類處于5G網絡底層的場景建造5G微站。如果是和4G微站共用地址的情況之下，建議考慮一下共用電源或者進行電源柜的新增，盡可能確保每一個微站都能夠和至少一個電源柜相匹配，電源應該由最近的位置接入，也可以考慮借助附近的電源來實現電源的供給，如附近監控攝像頭、路燈以及交通信號燈這類的公共電源。

圖3 4G/5G天面多頻共用天線

6 結 論

目前，我國的三大運營商已經建設完成并擁有位居全球覆蓋率第一的優質4G網絡，我國的4G網絡用戶總數也是全球第一。基于這種大規模性，再加上5G網絡的頻段較高、建造成本較高，運營商應該著重關注自身的比較優勢，進一步維持自身的競爭實力，優化自身資源配置的同時提升社會的效益，從而進一步優化完善4G/5G融合技術，在深化4G技術的同時加速5G技術的4G化進程，從而確保4G網絡能夠與5G網絡實現長久地協調配合與互利共存。