王家旭 畢健有 王浩年




【摘要】? ? 5G的地位在國內已經被上升到國家戰略層面,我國對5G建設發展的政策支持在全球領先。組建好5G網絡對運營商來說是接下來幾年公司發展的關鍵性問題。在5G階段新加入的中國廣電700MHz頻段可以說是核武器級別,但是廣電沒有通信行業的基礎,如果獨立從零開始起步太晚,跟不上5G發展不說,需要投入的成本也不是廣電可以承受的。所以廣電選擇與中國移動合作建設其5G網絡,依托與移動的雄厚基礎快速進入賽道,參與競爭。那么中國移動的5G頻段與廣電的700MHz頻段如何組網,配合建設5G網絡達到1+1>2的效果是本文研究重點。
【關鍵詞】? ? 5G? ? 700MHz? ? 2.6GHz/4.9GHz
引言:
2020年,中國廣電正式進入5G運營商行列,其核心資產5G 700MHz頻譜意義非凡。如此低的5G頻段能充分發揮低頻段的頻譜優勢,大大加快我國5G網絡實現全國廣覆蓋的步伐,也可節省部分組網成本,對促進我國5G產業繁榮、實現5G引領全球起到重要作用。
頻譜資源是無線通信網絡的基石,是各大運營商的戰略性資源,與國際市場的頻譜拍賣不同,國內的頻譜資源依靠于國家的規劃分配,回首國內3大運營商的發展,每代網絡制式的頻譜分配都會引起各大運營商的市場份額大幅變動,極其重要關鍵。5G也不例外,從中國移動引入2.6GHz上的160M大帶寬及4.9GHz,再到電信聯通3.5GHz的200M帶寬共建共享,以及2.1GHz新NR頻段的引入,最近確定了中國廣電引入700MHz后與中國移動共建共享,國內5G商用之路可謂跌宕起伏。未來更高頻段的分配是否還會有變局不可預測,但從當前5G發展格局來看,運營商各具優勢,平分秋色。
一、700 MHz頻段分析
我們都知道目前國際上無線通信頻譜的低頻部分都早已分配殆盡,想要更高的無線通信網絡速率,頻譜帶寬是越大越好,根據現狀,只有高頻才有大帶寬,這也是美國5G早期提出發展毫米波的原因。高頻段的大帶寬滿足了5G網絡要點中的超高峰值速率指標,但根據電磁波頻率與波長的關系我們得知,頻率與波長成反比,頻率越高,波長越短。再考慮到無線信號在空間傳播過程中損耗與波長的關系,波長越短,損耗越大。因此,頻段越高,覆蓋范圍越小,這也是無線通信網絡隨著發展從2G到5G基站站間距越來越小的原因。基站密度大了,建網成本肯定也越高,網絡優化也越復雜。另一方面,頻率越高,信號穿透能力越差,宏基站就無法打穿樓體,室內就會產生弱覆蓋,目前無線通信業務大多發生在室內,這種情況是不可忽視的。
目前,中國移動5G基站已開通115萬余,只完成了大城市的城區廣覆蓋,如要完成與4G相同的全國范圍內的覆蓋,5G基站數量還要翻上幾倍,再考慮到5G基站每個幾十萬元的建站成本,組網成本將是一個驚人的數字。由此可見廣電700MHz 5G頻段的可貴之處,700MHz頻段甚至比2G的900MHz還要低,所以700MHz組網5G的站間距可以很大,節省了大量的建站數量,帶來的好處不言而喻。萬事都沒有完美無缺,由于700MHz的頻率低,所以其對應天線振子會很大,在5G MIMO技術應用下,支持700MHz的天線的和設備會很笨重,不符合當今無線通信網絡小型化、隱蔽性強的發展趨勢。
二、中國廣電與中國移動5G頻譜分析
中國移動目前有2.6GHz 160M和4.9GHz? 100M兩個NR頻段,而廣電則擁有700MHz 和4.9GHz 各60MHz 的帶寬。雙方應充分利用頻譜特點,合理規劃組網。
可利用700MHz低頻段良好的信號穿透和覆蓋特性,以中國移動現有站址資源為依托,快速實現城市深度覆蓋以及郊縣農村的廣覆蓋部署。網絡規劃、建設一步到位,城區和郊縣均衡發展,提升網絡性能及建設效率,降低建設成本。
700MHz與2.6GHz可以組成兩張相互協同優勢互補的兩張5G網絡,在全國大范圍鋪開,完成5G網絡的廣覆蓋與深度覆蓋;4.9GHz 因頻段較高,穿透和覆蓋能力較差,可以在熱點區域作為容量補充網絡來部署,也可根據需求作為to B或to C等專網來使用,形成多層網絡立體覆蓋,共同應對未來5G各種應用的高速發展。在這種立體組網的5G網絡建設中,網間如何協同至關重要,既決定了網絡的性能,還決定了網絡運維的靈活性和效率。運營商在網絡全局策略上要避免700MHz與2.6GHz強耦合捆綁,這樣會影響網絡建設選擇的靈活性,并帶來全網范圍內網絡間流量結算困難,還會提升未來網絡優化及運維的復雜度和增加成本;一些特殊場景,如體驗區域以及亟需上行能力提升的區域,可以考慮引入網絡能力增強技術,實現700MHz與2.6GHz甚至4.9GHz的能力協同,改善特殊場景下的網絡性能和用戶體驗。
三、700MHz與2.6GHz協同組網
700MHz在4G時代國外已有應用,所以技術和配套產業都能滿足700MHz NR網絡快速獨立組網,可與中國移動2.6GHz NR形成雙層組網。如上文所述700MHz的低頻覆蓋優勢明顯,如圖4-1所示,700MHz單位面積覆蓋能力約為2.6GHz網絡的3~4倍,我們在做網絡規劃時可以在城區按700MHz與2.6GHz站點1:3左右的比例部署,作為5G網絡廣覆蓋的主要承載,2.6GHz網絡具備容量和頻段優勢,下行為700MHz的20倍左右,上行則在7倍以上,是作為5G容量為主的主要承載。
基于共建共享合作,廣電與中國移動的用戶共享網絡資源,分別優先接入700MHz 與2.6GHz網絡,采用合理的小區駐留、切換等互操作策略即可滿足早期用戶的業務需求。隨著5G不斷發展,用戶數不斷增多,兩張網絡間可適時引入負載均衡技術,充分利用網絡資源,保障用戶體驗。采用這種解耦獨立建網方式的好處是避免強耦合綁定帶來的兩張網絡在規劃及后期網絡優化的大量繁瑣工作,也避免因為單一網絡的升級改造帶來整網性能的急劇惡化,同時給運營商在設備商選擇上留有更大的空間。
四、5G時頻雙聚合
5G目前處于發展初級階段,短視頻直播等大火使得用戶對無線通信網絡速率更加敏感,在有限的帶寬下,想提高網絡速率除了MIMO技術的應用外,載波聚合技術CA(Carrier Aggregation)也可以提升頻譜利用率提高網絡速率。廣電700MHz與移動2.6GHz組網輔以載波聚合技術CA技術可以充分發揮高低頻優勢,提升網絡的上行覆蓋能力,改善邊緣用戶業務體驗,降低建網成本。對于一些亟需上行增強的區域的特殊場景,可引入載波聚合技術CA,提升網絡性能和競爭力。
5G時頻雙聚合是在載波聚合技術CA基礎上提出的一種體驗增強技術,把FDD和TDD頻譜在時域和頻域優勢巧妙結合,在不增加終端成本的基礎上,創新引入載波間協同與調度技術,使終端在小區近中點可利用FDD+TDD頻譜采用多天線輪發(UL Tx Switching)以及并發的方式進行上下行傳輸,獲得更大帶寬和更低時延,提升業務體驗。在小區邊緣,終端在上行方向則可切換到覆蓋更好的700MHz小區,從而解決2.6GHz及4.9GHz網絡的上行覆蓋受限問題。此外,還可以在下行方向繼續聚合700MHz和2.6GHz的下行帶寬,下行邊緣速率得到進一步提高。
5G時頻雙聚合是載波間的協同技術,700MHz和2.6G/4.9GHz載波都有獨立的上下行鏈路,能夠支持標準的鄰區測量,并支持載波獨立調度,網絡測量和功控功能完備,終端可以同時接入多載波,選擇最佳載波進行聚合。因此在商用組網時700MHz與2.6G/4.9GHz完全可以支持跨站獨立建設,相比業界其他類似技術,時頻雙聚合方案組網更加靈活,網絡部署更便捷。
五、700MHz與2.6GHz共建共享的優勢
廣電和中國移動共建共享是雙方共贏的互利合作,在面對中國電信與聯通的合作可以擴大優勢:
(一)天面資源
現在鐵塔的天面資源緊張,好的天面資源早已被占用,700MHz 可以替換掉退網的900M Hz 天線,擁有更好的天面資源,取得更好的覆蓋效果。
(二)傳輸資源
5G網絡組網相比于無線側的建設傳輸建設更加困難,中國移動在整合了鐵通的資源后在傳輸資源方面已經非常完善,廣電與其合作700MHz不僅可以快速開通投入使用,組網成本還較低。
(三)容量共享
廣電的700MHz NR帶寬只有60M,5G發展到中后期容量會相形見絀,且廣電沒有無線通信網絡用戶基礎;中國移動2.6GHz在有160M,帶寬大但是頻段高,覆蓋不足,5G用戶方面不需贅述,用戶量全國第一。雙方合作各取所需,相得益彰。
(四)組網成本
5G設備價格還是較高,每站成本在幾十萬元左右,且眾所周知5G設備時耗電大戶,電費在成本占比要高出4G很多,考慮到5G的組網成本無論是廣電和中國移動還是聯通和電信的合作都是降低成本的無奈之舉。
(五)加速5G發展
廣電在傳統廣播電視的用戶基礎可以在今后5G應用中起到快速推廣的作用,可加快推進5G產業成熟。傳統媒體與無線通信網絡會碰撞出更多的火花,共同進步。
六、結束語
中國移動作為國內三家運營商中的龍頭無線用戶數眾多,與鐵通整合后發力與有線寬帶及廣播電視等領域,但始終成效甚微。廣電作為國家新批準的5G運營商,還是初生牛犢,前途未卜,如無新意斷無法與其他三大運營商競爭。廣電有廣播電視的夯實基礎,可在5G? eMBMS(增強的多媒體廣播多播業務)上優先發力,而這方面正是移動所求不可得的領域。所以廣電與中國移動合作5G是各有所求,優勢互補。廣電700M將與中國移動2.6G/4.9G網絡相融共進,共同推動5G產業的繁榮發展。
參? 考? 文? 獻
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王家旭(1987-),男,學士學位,高級工程師,項目經理, 2020年被評為沈陽高層次人才;
畢健有(1976-),男,漢族,遼寧沈陽,本科,高級工程師,無線設計部經理,研究方向:4G、5G等無線通信網絡技術及應用、網絡規劃優化及工程咨詢設計;
王浩年(1987-),男,漢族,遼寧沈陽,本科,高級工程師,入選遼寧省百千萬人才工程,研究方向:LTE、5G移動通信網絡技術研究、網絡規劃優化及工程咨詢設計。