面向5G的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房規(guī)劃方法研究

0 引言

5G 商用，承載先行。5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的完善，需要海量無線站點(diǎn)的支持。海量無線站點(diǎn)的連接，需要龐大的傳送網(wǎng)絡(luò)支持，傳送網(wǎng)是5G 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。如何合理、高效地構(gòu)建傳送網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首要問題。機(jī)房資源是傳送網(wǎng)中最重要的戰(zhàn)略資源之一，并且機(jī)房的建設(shè)周期較長，因此，在5G 全面展開建設(shè)的情況下擺在各運(yùn)營商面前的首要問題是如何提前建設(shè)、完善機(jī)房。本文以某地運(yùn)營商為研究對象，研究面向5G的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房規(guī)劃方法的研究。

1 5G承載需求分析

1.1 5G無線業(yè)務(wù)需求

在5G時代，移動通信網(wǎng)絡(luò)不僅要滿足人與人之間的通信需求，還要滿足人與物、物與物之間的通信需求，實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”。因此，與前面幾代通信技術(shù)相比，5G 需要解決不同場景下的差異化需求問題。

5G 主要有連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接和低時延高可靠等技術(shù)場景。

a）連續(xù)廣域覆蓋。確保極端情況下，有100 Mbit/s以上的用戶體驗(yàn)速率。

b）熱點(diǎn)高容量。為用戶提供1 Gbit/s 的體驗(yàn)速率、數(shù)十Gbit/s的峰值速率等。

c）低功耗大連接。要求具備100萬/km2以上的連接密度，還要保證終端的超低功耗和超低成本。

d）低時延高可靠。需要提供1 ms的空口時延、毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性。

1.2 5G承載網(wǎng)絡(luò)要求

在5G 時代，無線接入網(wǎng)演變?yōu)? 級結(jié)構(gòu)，分別是集中單元（CU）、分布單元（DU）和有源天線單元（AAU）等。為滿足無線接入的需求，5G 承載網(wǎng)也演變?yōu)榍皞鳌⒅袀?、回傳? 級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在5G 初期，RAN網(wǎng)絡(luò)部署將以宏站為主。隨著5G商用的繼續(xù)推進(jìn)，超低時延業(yè)務(wù)需求的增加，將推動CU、DU 和AAU 分離的大規(guī)模CRAN部署。

傳輸機(jī)房完成區(qū)域業(yè)務(wù)的收斂，是傳送網(wǎng)系統(tǒng)組網(wǎng)中起承上啟下作用的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。以某地運(yùn)營商為例，機(jī)房網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括機(jī)樓、重要匯聚機(jī)房、普通匯聚機(jī)房、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房和接入節(jié)點(diǎn)等網(wǎng)絡(luò)層次。業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房是5G 時代新增加的網(wǎng)絡(luò)層次，是分布單元（DU）集中部署的重要節(jié)點(diǎn)。5G 規(guī)?；逃脦泶笠?guī)模的CRAN 部署，給傳輸機(jī)房帶來最重要的影響就是對業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的需求加大。

2 5G機(jī)房規(guī)劃評估模型

業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的規(guī)劃首先是建立機(jī)房覆蓋評估模型，評估需要規(guī)劃的機(jī)房數(shù)量。然后是建立機(jī)房利舊評估模型，評估現(xiàn)有機(jī)房是否可以利舊。最后建立機(jī)房指標(biāo)加權(quán)評估模型，評估機(jī)房建設(shè)的先后順序。

2.1 5G機(jī)房覆蓋評估模型

5G 機(jī)房覆蓋評估模型是基于連續(xù)覆蓋的要求，根據(jù)不同覆蓋類型，評估業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的需求數(shù)量。具體的估算步驟如下。

2.1.1 劃分機(jī)房的覆蓋類型

連續(xù)覆蓋主要是針對整個城市的有人的活動區(qū)域，不包含類似高山、海域和湖泊等無人、少人活動區(qū)域。根據(jù)不同類型的區(qū)域的業(yè)務(wù)密集的程度和無線業(yè)務(wù)的覆蓋需求，可以劃分為主城區(qū)、一般城區(qū)/縣城城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村等覆蓋類型，并統(tǒng)計(jì)每種覆蓋類型的區(qū)域面積。

2.1.2 設(shè)置覆蓋的計(jì)算參數(shù)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，分別設(shè)置不同的覆蓋場景下，無線站點(diǎn)的覆蓋半徑、單個無線站點(diǎn)承載AAU 的數(shù)量和單個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房承載的AAU 數(shù)量等參數(shù)。

2.1.3 計(jì)算業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的覆蓋面積

根據(jù)工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)管理的經(jīng)驗(yàn)，不同場景下覆蓋面積計(jì)算模型如下。

a）主城區(qū)、一般城區(qū)/縣城城區(qū)。主城區(qū)、一般城區(qū)/縣城城區(qū)的覆蓋面積為圓內(nèi)的正四邊形的面積，r為覆蓋半徑。單個無線站點(diǎn)覆蓋面積（S無線）計(jì)算見公式（1）。

b）鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村。鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村的覆蓋面積為圓內(nèi)的正六邊形的面積，r為覆蓋半徑。單個無線站點(diǎn)覆蓋面積（S無線）計(jì)算見公式（2）。

單業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的覆蓋面積為該機(jī)房所帶的無線站點(diǎn)的總覆蓋面積，單個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房覆蓋面積（S機(jī)房）計(jì)算見公式（3）。

式中：

T——單業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房平均承載的AAU數(shù)量

D——單個無線站點(diǎn)承載的AAU數(shù)量

2.1.4 計(jì)算業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的需求量

S機(jī)房為各種覆蓋場景總的覆蓋面積，業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的需求量（N）計(jì)算見公式（4）。

2.2 5G機(jī)房利舊評估模型

經(jīng)過多年的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，電信運(yùn)營商已經(jīng)具備較豐富的機(jī)房資源，充分利用現(xiàn)有資源，有利于快速建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，同時有利于已有投資的保護(hù)?，F(xiàn)有機(jī)房的評估主要包括機(jī)房空間和機(jī)房電源等方面的評估。在空間方面，主要評估機(jī)房空間是否能滿足5G的需求。在動力方面，主要評估機(jī)房外電、開關(guān)電源和蓄電池等是否滿足5G建設(shè)的需求，經(jīng)評估現(xiàn)有機(jī)房的主要制約因素是蓄電池。因此，利舊機(jī)房的評估模型主要考慮機(jī)房空間和蓄電池后備時長2 個因素，將機(jī)房分類為12種場景。評估模型見表1。

2.3 5G機(jī)房指標(biāo)加權(quán)模型

規(guī)劃建設(shè)的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的數(shù)量較多，由于投資原因，機(jī)房需要分年滾動推進(jìn)建設(shè)。指標(biāo)加權(quán)評估模型就是鎖定規(guī)劃的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房優(yōu)先實(shí)施的順序。評估主要從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安全、區(qū)域業(yè)務(wù)形態(tài)等維度建立業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房指標(biāo)加權(quán)評估方法。評估步驟如下。

表1 利舊機(jī)房評估模型

2.3.1 建立機(jī)房指標(biāo)加權(quán)模型

機(jī)房指標(biāo)加權(quán)模型從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性和區(qū)域業(yè)務(wù)形態(tài)2 個維度進(jìn)行評估，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性維度權(quán)重為40%，區(qū)域業(yè)務(wù)形態(tài)維度權(quán)重為60%。2 個維度的指標(biāo)設(shè)置如下。

a）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性。主要評估規(guī)劃的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房所在的微網(wǎng)格、相鄰的微網(wǎng)格是否已經(jīng)有機(jī)房覆蓋。評估的指標(biāo)為微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房個數(shù)（a），指標(biāo)權(quán)重為100%。評估標(biāo)準(zhǔn)為，城區(qū)微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房數(shù)量≥1 個，得分為100 分；城區(qū)微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房數(shù)量為0 個，但緊鄰微網(wǎng)格有1 個機(jī)房，得分為85 分；城區(qū)微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房數(shù)量為0 個，同時緊鄰微網(wǎng)格機(jī)房數(shù)量也為0 個，得分為0 分；非城區(qū)微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房數(shù)量≥1 個，得分為100分；非城區(qū)微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房數(shù)量為0，緊鄰微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房數(shù)量為1 個，得分為60 分；非城區(qū)微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房數(shù)量為0，同時緊鄰微網(wǎng)格內(nèi)機(jī)房數(shù)量為0 個，得分為30分。

b）區(qū)域業(yè)務(wù)形態(tài)。主要評估的是規(guī)劃的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房所在的區(qū)域的業(yè)務(wù)價值，優(yōu)先建設(shè)業(yè)務(wù)價值高的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。評估指標(biāo)主要有區(qū)域業(yè)務(wù)密集度（b）、區(qū)域業(yè)務(wù)價值（c）和微網(wǎng)格面積（d）。

區(qū)域業(yè)務(wù)密集度的指標(biāo)權(quán)重為40%，評估的標(biāo)準(zhǔn)：區(qū)域類型為農(nóng)村，得分為100分；區(qū)域類型為鄉(xiāng)鎮(zhèn)，得分為80 分；區(qū)域類型為一般城區(qū)，得分為50 分；區(qū)域類型為主城區(qū)，得分為30分。

區(qū)域業(yè)務(wù)價值的指標(biāo)權(quán)重為40%，評估的標(biāo)準(zhǔn)為微網(wǎng)格屬性是公共綠地未發(fā)展區(qū)域，得分為100分；微網(wǎng)格屬性為工業(yè)園區(qū)/城中村，得分為80 分；微網(wǎng)格屬性為專業(yè)市場、住宅小區(qū)、超大型住宅小區(qū)和大專院校，得分為50分；微網(wǎng)格屬性為商業(yè)區(qū)，得分為30分。

微網(wǎng)格面積的指標(biāo)權(quán)重為20%，評估的標(biāo)準(zhǔn)為微網(wǎng)格的覆蓋半徑≤100 m，得分為100分，微網(wǎng)格的覆蓋半徑為100～600 m，得分為100～30（線性計(jì)分）；微網(wǎng)格覆蓋半徑≥600 m，得分為30分。

2.3.2 測算業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房指標(biāo)得分

根據(jù)評估指標(biāo)及評判準(zhǔn)則，梳理統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有機(jī)房的基礎(chǔ)信息，定量評估機(jī)房情況，測算業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房指標(biāo)得分（I），見公式（5）。

根據(jù)業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的指標(biāo)得分（I）的測算結(jié)果，按分值從小到大排序，分值越低說明該區(qū)域?qū)C(jī)房需求度越高。最后根據(jù)投資計(jì)劃情況，可以得出機(jī)房的建設(shè)進(jìn)度安排。

3 5G機(jī)房規(guī)劃評估模型應(yīng)用效果

3.1 5G機(jī)房覆蓋評估模型應(yīng)用效果

5G 機(jī)房覆蓋評估模型在某地運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的應(yīng)用情況如下。

3.1.1 劃分機(jī)房的覆蓋類型

根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的特點(diǎn)和某地的經(jīng)濟(jì)、地理等環(huán)境的實(shí)際情況，將無線覆蓋類型分為主城區(qū)、一般城區(qū)/縣城城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村3種類型，主城區(qū)的覆蓋面積為73.4 km2，一般城區(qū)/縣城城區(qū)的覆蓋面積為670 km2，鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村的覆蓋面積為257 km2。

3.1.2 設(shè)置覆蓋的計(jì)算參數(shù)

不同覆蓋場景下，覆蓋參數(shù)的設(shè)置如下：

a）主城區(qū)。無線站點(diǎn)的覆蓋半徑為0.15 km，單無線站點(diǎn)承載AAU 的數(shù)量為6 個和單業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房承載的AAU數(shù)量為70個。

b）一般城區(qū)/縣城城區(qū)。無線站點(diǎn)的覆蓋半徑為0.20 km，單無線站點(diǎn)承載AAU 的數(shù)量為5.4 個和單業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房承載的AAU數(shù)量為70個。

c）鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村。無線站點(diǎn)的覆蓋半徑為0.25 km，單無線站點(diǎn)承載AAU 的數(shù)量為3.3個和單業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房承載的AAU數(shù)量為70個。

3.1.3 計(jì)算業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的覆蓋面積

經(jīng)過測算主城區(qū)單業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房覆蓋面積為0.53 km2，一般/縣城城區(qū)單業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房覆蓋面積為1.04 km2，鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村單業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房覆蓋面積為3.44 km2。

3.1.4 計(jì)算業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的需求量

根據(jù)5G 機(jī)房覆蓋評估模型和某地運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，計(jì)算各種覆蓋場景的匯聚機(jī)房的需求數(shù)量，其結(jié)果是主城區(qū)需要規(guī)劃建設(shè)140 個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，一般/縣城城區(qū)需要規(guī)劃建設(shè)646 個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村需要規(guī)劃建設(shè)75個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。

3.2 5G機(jī)房利舊評估模型應(yīng)用效果

經(jīng)初步排查，某地運(yùn)營商的機(jī)房一共有108 個備選的機(jī)房可以改造為業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。通過實(shí)地勘察和模型評估，據(jù)統(tǒng)計(jì)一共有94 個機(jī)房可供利舊，其中16 個機(jī)房的無線設(shè)備需要限制加電小于3 300 W，22個機(jī)房的無線設(shè)備需要限制加電小于5 500 W，35 個機(jī)房的無線設(shè)備需要限制加電小于8 800 W，4 個機(jī)房的無線設(shè)備需要限制加電小于10 000 W，17 個機(jī)房需要新增電源系統(tǒng)。

3.3 5G機(jī)房指標(biāo)加權(quán)模型應(yīng)用效果

從3.1、3.2 節(jié)可知某地運(yùn)營商需要規(guī)劃建設(shè)861個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，有94 個現(xiàn)有機(jī)房可以利用，還需新建767個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。根據(jù)覆蓋評估模型的結(jié)果和某地本地的實(shí)際情況（業(yè)務(wù)需求、路網(wǎng)狀況、地理環(huán)境和微網(wǎng)格劃分等），制定新建機(jī)房的規(guī)劃方案。經(jīng)過指標(biāo)加權(quán)評估模型的測算，可以知道各業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的指標(biāo)得分，并且根據(jù)投資的計(jì)劃，將機(jī)房的建設(shè)分3批進(jìn)行，其中第1 批計(jì)劃新建225 個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，第2 批計(jì)劃新建335 個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，第3 批計(jì)劃新建207個業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過5G 機(jī)房規(guī)劃評估模型，可以有效地指導(dǎo)5G 機(jī)房的規(guī)劃建設(shè)，該方案在某地運(yùn)營商的5G 機(jī)房規(guī)劃中得到很好的應(yīng)用，取得很好的效果。既能確保5G業(yè)務(wù)的快速落地，又能有效地對已有投資進(jìn)行保護(hù)，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。