后4G時(shí)代如何做好網(wǎng)絡(luò)協(xié)同建設(shè)方案淺析

寧亞可 張興旺

【摘要】? ? 移動(dòng)通信，十年一代。21世紀(jì)20年代，將是全球5G網(wǎng)絡(luò)蓬勃發(fā)展的十年。盡管眾多運(yùn)營(yíng)商開始了5G網(wǎng)絡(luò)的投資與建設(shè)，但較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)4G與5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)長(zhǎng)期共存，且5G高昂的建設(shè)和維護(hù)成本也制約著業(yè)務(wù)5G的全面推廣。

【關(guān)鍵詞】? ? 4G? ? 5G? ? 協(xié)同建設(shè)? ? 共建共享

引言：

隨著5G時(shí)代的到來，大帶寬高容量、低功耗大連接、低時(shí)延和高可靠已成為各種應(yīng)用場(chǎng)景的基本訴求。未來5G必然成為主流，但目前從業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)來看無論是從新增用戶規(guī)模還是在網(wǎng)用戶占比，4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展并未出現(xiàn)拐點(diǎn)，仍處于增長(zhǎng)狀態(tài)。在2G/3G逐漸退網(wǎng)之后，未來較長(zhǎng)一段時(shí)間4G和5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)長(zhǎng)期共存，而如何做好網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同建設(shè)將是本文所探討的內(nèi)容。

一、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀概述

1.1 4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

自4G技術(shù)上市以來，中國(guó)4G移動(dòng)電話用戶持續(xù)增長(zhǎng)，2020年中國(guó)4G移動(dòng)電話用戶為12.89億戶，較2019年增加了0.09億戶，同比增長(zhǎng)0.7%，2020年中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量達(dá)1656億GB，較2019年增加了436億GB，同比增長(zhǎng)35.7%。

這表明，隨著中國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，4G移動(dòng)通信信息技術(shù)已經(jīng)廣泛普及，其傳輸效率高、通信質(zhì)量好、自動(dòng)化水平高以及通信方式便捷等優(yōu)勢(shì)受到社會(huì)各界的廣泛青睞，在一定程度上拓展了其應(yīng)用范圍。4G移動(dòng)通信信息技術(shù)的普及為人與人、人與物、物于物之間的溝通和交流提供便利，同時(shí)改善了人們的上網(wǎng)方式，支撐著各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的需求。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

5G通信技術(shù)是移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展中的最新技術(shù)，是在原有4G基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的更新與突破。當(dāng)前，在全球范圍內(nèi)5G正在快速發(fā)展過程中，眾多電信運(yùn)營(yíng)商均已經(jīng)宣布5G商用。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，截至2020年9月中旬，全球共有129個(gè)國(guó)家和地區(qū)的397家運(yùn)營(yíng)商對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了投資，124家運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，其中來自44個(gè)國(guó)家和地區(qū)的101家運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)推出了符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G服務(wù)。根據(jù)中國(guó)工信部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止2020年11月我國(guó)5G基站已達(dá)70萬個(gè)，占全球5G基站的70%，連接超過1.8億個(gè)終端。由于基站建設(shè)規(guī)模尚有待提升，在全球范圍內(nèi)，5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)比，尚難體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

1.3 4G向5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的必然與挑戰(zhàn)

任何一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，都需要一段漫長(zhǎng)的建設(shè)周期，從目前看5G的建設(shè)周期也不會(huì)短。工信部發(fā)布的2020年1～10月通信業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況顯示，截至10月底，三家電信運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)電話用戶總數(shù)達(dá)16億戶，其中4G用戶數(shù)為12.96億戶，同比增長(zhǎng)2.1%，比上年末凈增1392萬戶;4G用戶在移動(dòng)電話用戶總數(shù)中占比為80.9%，占比較9月底提高0.1%。數(shù)據(jù)表明，4G仍是電信運(yùn)營(yíng)商的基本盤。

5G是未來的方向，是各類無線、網(wǎng)絡(luò)及IT新技術(shù)的融合和集成，也是我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心推動(dòng)力量。5G要解決的是4G無法解決的問題。例如互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)等對(duì)高速率、大帶寬、低遲延、高可靠、大連接的需求。因此它也不同于以往的移動(dòng)通信換代，4G向5G演進(jìn)面臨的不確定性和挑戰(zhàn)更大。如何實(shí)現(xiàn)從4G到5G的協(xié)同發(fā)展，成為各運(yùn)營(yíng)商無法避開的問題。

二、4G/5G協(xié)同建設(shè)方案

2.1天面協(xié)同，為5G騰退較高平臺(tái)

天面是安裝天線地方，其高度和方位直接決定建成后網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果。對(duì)5G 3.5G高頻，掛高對(duì)覆蓋的影響更大。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)測(cè)試數(shù)據(jù)來看，掛高每升高一米覆蓋距離將增加25%-30%。

多種制式和多種頻段并存造成5G在選擇最優(yōu)質(zhì)天面時(shí)，面臨五類問題，分別是空間不足、無平臺(tái)可用，天面最高平臺(tái)被其他運(yùn)營(yíng)商占用、現(xiàn)有天支承重問題、有天面但鐵塔租金高。尤其是三家運(yùn)營(yíng)商共享的站址，很容易出現(xiàn)由于天面空間不足而導(dǎo)致站點(diǎn)不可用的情況，這極大地增加了 5G 基站選址和建設(shè)難度。

為解決5G部署的空間受限問題，需考慮對(duì)現(xiàn)有天饋系統(tǒng)進(jìn)行整合。

首先應(yīng)從已退網(wǎng)下電且尚未拆除的2G天線入手。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的迭代順序，現(xiàn)有2G天線如未拆除，則大概率在天面的第一平臺(tái)，拆除已退網(wǎng)的2G天線是目前整合天面中最經(jīng)濟(jì)、最有效的方案。

其次，若備選站址2G天面已退，3G基站尚在網(wǎng)運(yùn)行，可考慮整合現(xiàn)有3/4G天線。以聯(lián)通為例，目前在網(wǎng)運(yùn)行的4G天線多以四端口高頻天線為主，而常規(guī)4G L1800制式天線只占用兩個(gè)高頻端口。通過下移或同平臺(tái)天饋整合能夠?yàn)?G AAU設(shè)備騰出最高，最好平臺(tái)。

最后，如果備選站僅有一套4G系統(tǒng)，且電信和聯(lián)通4G同時(shí)存在，則可通過雙方4G競(jìng)合方式拆除一家天線，騰退最佳平臺(tái)為5G使用。電信和聯(lián)通共建共享的合作模式在4G時(shí)代已合作多年，目前此模式已從4G延伸到5G建設(shè)。

2.2站址協(xié)同，整合現(xiàn)有4G站址

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相應(yīng)基站配套的投資越來越大。而且在城市規(guī)劃越來越規(guī)范、居民健康意識(shí)越來越強(qiáng)的情況下，機(jī)房獲取、光纜布放、市電引入等困難日益突出，尤其在一些高話務(wù)、高流量的大型密集社區(qū)、高校、城中村、大型商圈附近，5G基站的選址更為困難。

如何解決5G選址難的問題，對(duì)現(xiàn)有4G站址資源的整合騰退成為一個(gè)研究方向。目前可通過新型天線，整合現(xiàn)網(wǎng)4G站址為5G使用。如龍伯透鏡天線，此種新型天線為4G基站的站址合并提供了一種可能。它利用多層介質(zhì)球體的折射特性，將單個(gè)天線單元的低增益、寬波束的電磁波信號(hào)匯集成高增益、窄波束的電磁波信號(hào)，該工作原理與光學(xué)透鏡聚焦原理相似。

普通透鏡寬頻的焦點(diǎn)不在同一物理位置上，而龍伯透鏡滿足超寬頻的焦點(diǎn)都在同一個(gè)位置。透鏡采用低介電常數(shù)的輕質(zhì)發(fā)泡材料，在發(fā)泡材料之間填充特殊人工合成材料，使球體的介電常數(shù)由內(nèi)向外漸變，其特點(diǎn)是體積小，重量輕，集束性好，能夠覆蓋較遠(yuǎn)距離且波束不變形。多波束天線端口隔離度高，方向圖邊緣滾降陡，水平旁瓣低，波束間的干擾小。

容易實(shí)現(xiàn)立體多波束，所有波束的增益一致，覆蓋更均勻。特別適合場(chǎng)館、車站、廣場(chǎng)、高校等場(chǎng)景。采用此種天線的多波束天線可整編多個(gè)4G基站，整合后的原4G站址可作為5G備選站址。

三、運(yùn)營(yíng)商之間協(xié)同建設(shè)方案

5G使用的高頻段和4G相比，空間損耗較大、穿透繞射能力較弱。這意味著要使5G實(shí)現(xiàn)目前4G的覆蓋水平，需要建設(shè)3-4倍4G站點(diǎn)的數(shù)量。單個(gè)5G基站的能耗約為4G基站的3倍左右。5G網(wǎng)絡(luò)如此高的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本，讓處在提速降費(fèi)的大環(huán)境下，而且用戶和業(yè)務(wù)趨于飽和，甚至連4G的建網(wǎng)成本都還沒有收回的三大運(yùn)營(yíng)商來獨(dú)自承擔(dān)，顯得尤為困難，因此運(yùn)營(yíng)商之間協(xié)同建設(shè)5G是節(jié)能增效的必然選擇。

3.1聯(lián)通+電信，在4G網(wǎng)絡(luò)共建共享基礎(chǔ)上，繼續(xù)深化5G合作

3.5GHz頻段電信和聯(lián)通各有100M帶寬，并且頻段相鄰。聯(lián)通和電信共建5G一張網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)3.5GHz上的200M帶寬，再加上2.1GHz的45M帶寬，F(xiàn)DD加TDD的組合不但頻段超寬，覆蓋也得到了保障。聯(lián)通和電信通過高低頻的協(xié)同，2.1G用來打造基礎(chǔ)覆蓋層，3.5G用來支撐容量層，這樣能夠充分發(fā)揮TDD+FDD大帶寬的優(yōu)勢(shì)。

主城區(qū)發(fā)揮3.5G大帶寬優(yōu)勢(shì)，在大容量區(qū)域提升用戶體驗(yàn)及口碑。一般區(qū)域以2.1G 為主，基于終端成熟條件，全面加大2.1G建設(shè)力度，全面提升5G覆蓋水平。

中等容量需求的場(chǎng)景如縣城、發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，發(fā)達(dá)農(nóng)村地區(qū)利舊1.8G站址資源，采用2.1G NR覆蓋，達(dá)到4G覆蓋水平。1800MHz為4G網(wǎng)絡(luò)容量層，視需求與產(chǎn)業(yè)鏈逐步重耕用于5G。900MHz/800MHz低頻用于4G打底網(wǎng)覆蓋，兼顧NB-IoT、eMTC等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

3.2移動(dòng)+廣電，利用黃金頻段揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

目前廣電除700M頻譜這張王牌之外，其他資源乏善可陳，如廣電單獨(dú)建網(wǎng)成本太高，回收期未知。移動(dòng)雖說在2.6GHz上有160M帶寬，但目前主要承載著移動(dòng)的4G業(yè)務(wù)，4.9GHz上的100M，由于頻段高覆蓋弱，與電信聯(lián)通在3.5GHz上的200M相比競(jìng)爭(zhēng)力明顯不足。廣電在700M頻段上有45M的大帶寬，如果用于移動(dòng)5G基礎(chǔ)覆蓋的話，將會(huì)極大提高其與電聯(lián)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

移動(dòng)+廣電的5G一張網(wǎng)絡(luò)，需開展在天面、傳輸、核心網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等方面的協(xié)同建設(shè)。天面上廣電700M可直接共用原有移動(dòng)天線和鐵塔，以降低建設(shè)成本。傳輸和核心網(wǎng)方面廣電可利用已經(jīng)建設(shè)完善的移動(dòng)設(shè)備，廣電無需重復(fù)建設(shè)。在充分開放共享的前提下廣電不但能減低成本，而且還可以快速開通5G。

通過協(xié)作建網(wǎng)，廣電解決了建設(shè)資金，建設(shè)、維護(hù)人才、光纖網(wǎng)絡(luò)、國(guó)際出口問題。這大大的降低了廣電的5G建設(shè)難度，也加快了部署5G網(wǎng)絡(luò)的速度。對(duì)移動(dòng)而言700M可謂是“黃金頻”。

無線頻率越低，覆蓋能力就越強(qiáng)，擁有700M頻段，只需要建設(shè)40萬左右的5G基站，就可以完成對(duì)全國(guó)的基礎(chǔ)覆蓋。移動(dòng)將700Mhz低頻作為5G補(bǔ)充覆蓋，將大大提高競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

四、結(jié)束語(yǔ)

5G不僅是技術(shù)革命，更是產(chǎn)業(yè)融合、跨界拓展和生態(tài)重構(gòu)的新機(jī)遇，但真正意義上的商用推廣還在路上。4G目前仍然發(fā)揮著不可替代的作用。各運(yùn)營(yíng)商只有做好現(xiàn)有各制式的協(xié)同建設(shè)才能發(fā)揮各方的資源互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)、節(jié)省建設(shè)投資、降低運(yùn)維成本、實(shí)現(xiàn)合作共贏的目標(biāo)

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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