700 MHz頻段5G網絡建設方案探討

劉亞楠，劉邦琛，王 玨

（安徽電信規劃設計有限責任公司，安徽 合肥 230031）

0 引 言

2019年6月，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯通以及中國廣電發放了5G商用牌照，這標志著中國正式步入5G時代。與其他3家電信運營商相比，中國廣電必須探索5G商業模式，打造差異化服務，實現集融合傳播、手機通信運營商、智能萬物互聯以及有線電視網絡相互協同的5G網絡。

1 700 MHz頻段組網形式分析

5G網絡已開始大規模建設，在5G過渡階段的發展過程中，中國廣電5G網絡的建設和運營無論是傳統的網絡結構還是手機通信技術，都會發生一系列變化。相對于5G中高頻段而言，700 MHz頻段是中國廣電發展建設5G網絡的獨特優勢，具有傳輸距離較遠、覆蓋面廣、繞射力強以及穿透性好等特點，被行業界稱為“黃金頻段”[1,2]。此外，700 MHz頻段部署5G網絡所需要的網絡基站數量相對較少，覆蓋效果較好，可以有效地降低建設5G網絡的成本與能耗。

1.1 5G 700 MHz頻段使用情況

當前5G競爭態勢異常激烈，發展勢頭迅猛，頻譜資源是發展無線通信最關鍵的戰略資源。2020年1月3日，工信部批準了中國廣電使用4.9 GHz頻段（4 900～5 000 MHz），同意其在北京等16個省市部署5G網絡。2020年5月，工信部依申請許可中國廣電使用703～733 MHz和758～788 MHz頻段，分批、分步地在全國范圍內部署5G網絡[3]。

根據協議，N12、N28、N83頻段涉及700 MHz，其 中N12、N28為頻分雙工（Frequency Division Duplexing，FDD）制式，N83為補充上行（Supplementary Uplink，SUL）制式，N12頻段上下行帶寬僅有14 M。預計N28頻段為主要使用的頻段，N83頻段作為SUL頻譜使用。700 MHz頻段使用情況如圖1所示。

圖1 700 MHz頻段使用情況

1.2 700 MHz頻段標準情況

2019年6月，中國廣電獲得5G商用牌照，并規劃通過700 MHz+4.9 GHz協同組網方案，形成全國性的中國廣電5G服務網絡。2020年3月，由中國廣電牽頭提出的700 MHz頻段2×30/40 MHz技術提案獲得采納，并作為5G國際標準，成為世界第一個5G低頻段(Sub-1 GHz)大帶寬5G國際標準，在極大程度上解決了700 MHz的容量短板。

在標準側，N28頻率（700 MHz）已通過國際標準，其支持30 M/40 M帶寬；在基站側，3GPP技術標準于2020年3月支持700 MHz頻段2×30/40 MHz NR技術能力；在終端側，3GPP技術標準于2020年3月明確要求支持30 MHz NR技術能力，40 MHz能力尚未正式納入；在系統設備側和終端側，預計隨著產業的發展會進一步成熟。

1.3 700 MHz頻段組網優勢

1.3.1 700 MHz頻段覆蓋能力強

中國廣電獨家享有700 MHz頻段資源。700 MHz的無線網絡頻段作為目前多數國家網絡發展的“黃金頻段”，具備穿透力強、覆蓋面廣等優點，并且能夠以相對較小的基站規模進行最大范圍的地域覆蓋，是中國廣電事業發展的新資源[4,5]。中國廣電作為繼中國電信、中國移動及中國聯通后的移動通信新興力量，由于沒有2G、3G、4G網絡建設，因此缺乏現有的網絡資源和基礎設備，但同時也沒有現有網絡建設負擔。中國廣電和中國移動公司共同制定了網路建設規劃，按照1∶1比例聯合投資共建的700 MHz 5G無線網絡。兩者優勢互補，減少復雜工程，節省5G網絡工程建設投資。

1.3.2 700 MHz頻段穿透損耗小

當無線信號經過建筑或車輛時，無線信息的穿透損失很大。穿透損耗的高低與無線電波頻譜、建筑物種類以及電磁波入射角率等相關[6,7]。一般來說，無線電波的頻譜越高，穿透損失就越大。700 MHz和3.5 GHz的穿透損失對比如表1所示。

表1 700 MHz和3.5 GHz穿透損耗對比

1.4 700 MHz組網面臨的挑戰

1.4.1 規范和標準的局限

中國廣電網絡建設中缺乏分類指導意見，相關標準不一致。目前，由于全國各地廣電有線網標準差距較大，因此必須進行不斷的體制改革，以確定全省網建規范與全國智慧廣電統一標準[8,9]。相對于投入了大量人力、物力并運營多年的3大通信網絡，廣電網絡與其之間仍有差距，在建設、運維、業務推廣以及服務方面都面臨許多挑戰。

1.4.2 技術研發和技術體系局限

雖然中國廣電擁有自己的網絡支撐、技術系統以及頻譜資源，但并沒有建立起自己獨特的且滿足我國發展狀況的新式網絡結構體系，而且在技術開發方面的投入也存在較大缺陷，因此研究5G相關、智能廣電網的技術和標準化非常有必要。

1.4.3 專業人才局限

在建設5G的工作內容和技能需要方面，中國廣電將會發生很大變化，同時還會產生更多人才缺口，其主要原因是現有從業者多以傳統廣播電視為主，能力和知識系統不適應5G業務發展及相關建設需要。此外，高校人才培養制度與社會實踐發展和行業需要不符合，人才的引進視野并不開闊，引進和選拔方式仍然有限，尤其是熟悉新媒體的經營技術和管理工作的專業人員難以引入。

2 700 MHz組網方案

中國廣電聯合中國移動，以1∶1的比例共同投資建設700 MHz頻段的5G無線網，雙方共同持有和授權使用700 MHz頻段的5G無線網絡資產，并實行700 MHz共同建網戰略（700 MHz+4.9 GHz協同組網），采取新的方式單獨組網路線（Standalone，SA）。在700 MHz基站覆蓋區域，由5G基站完成業務接入，經中國移動承載網重傳至省級中心，通過互聯互通系統將業務承載至中國廣電核心網。在未覆蓋700 MHz基站的地區，借助中國移動2G、4G或5G移動網完成業務承載。

2.1 無線網

無線網是中國廣電建設5G的重要組成部分，按照獨立的5G特性模式，極簡的架構方法建設，選擇700 MHz+4.9 GHz的協同網絡建設方案。以700 MHz作為一個基礎網絡的覆蓋，通過4T4R天線增加基礎網絡的容量，上下行的寬帶距離也隨之增加。而4.9 GHz頻率則以熱點覆蓋范圍為主，通過64T64R天線來提高業務熱點的區域覆蓋范圍及深度，以更容易、更快捷、更高效的方法進行多場景寬帶覆蓋。5G覆蓋場景分類如圖2所示。

圖2 5G覆蓋場景分類

2.1.1 室外宏站

室外宏站主要用來供給中國廣電5G的托底信號，應以700 MHz網絡基站覆蓋范圍為主、4.9 GHz網絡基站在熱點地區補充為輔的規劃原則。戶外宏站的站間距大小直接決定著通信品質和投資規模。為了形成合理的覆蓋范圍結構，減小弱覆蓋范圍，較少強信號越區覆蓋等諸多問題，一般戶外宏站的天線系統掛高宜在30 m左右。以達到95%的網絡覆蓋面、25 Mb/s的邊緣用戶下行平均速度為設計目標，并通過傳輸模式和信號品質要求，測算出不同應用場景室外宏站的站間距，如表2所示。

表2 700 MHz頻段5G典型場景室外宏站站間距

2.1.2 室外微站

室外宏站的覆蓋范圍內難免會存在信息盲點，最有效的優化方法是利用室外微站實現局部信息補充覆蓋。目前，室外微站建設中大多利用道路桿架設及掛墻架設，道路桿架設通常使用道路照明桿及供電桿，掛高為6～12 m，掛墻施工時通常使用小型一體化微站裝置。將微站的覆蓋間距控制在100 m以內為宜，除彌補室外宏站的覆蓋盲區之外，也可作為部分居民小區室內的無線網絡覆蓋方案。

2.1.3 室分覆蓋建設

室內場景將優先采用分布式皮基站的建設方式，而按照國家工信部信息共享要求，公共交通與商業場所部分覆蓋的主體將采用鐵塔公司、運營商租賃的方式，而對其他室內分布的要求，運營商則可自行設計。在室內施工過程中，要統籌考慮到施工的時間與效率，并盡量以樓間對打、廣角天線以及微室內分的施工形式為主。

2.2 承載網

承載網絡主要包括前傳、中傳以及回傳3個部分，架構如圖3所示。中國移動5G的前傳技術方法分為光纜直連、無源波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）以及有源WDM/光傳送網（optical transport network，OTN）等。充分考慮到基站密集度提高以及潛在多頻點組網方法，光纜直驅方法需耗費大批光纜，在部分光纜資源緊缺的地方無法滿足光纜需求，需要波分設備承載作為補償措施。分布式無線接入網（Distributed Radio Access Network，D-RAN）組網模式下，由于組建模式比較單一，所需要的光纜資源很少，因此前傳網絡通常采取光纜直驅方法。集中化無線接入網（Centralized Radio Access Network，C-RAN）組網模式需要的光纜資源較多，前傳網絡通常采取以WDM技術為主的波分復用方法，以節約光纜資源，也可以選擇光纜直驅方法。中、回傳承載技術方法按照負載技術的分類方式，可分成切片分組網（Slicing Packet Network，SPN）、無線接入網IP化（IP Radio Access Network，IP RAN）和下一代光傳送網（Metro-Optimized OTN，M-OTN）。在篩選實施方案時應充分考慮中國廣電的現網設施，并根據中國廣電700 MHz 5G網絡規模及投資等綜合比選。

圖3 5G承載網網絡架構

2.3 核心網

中國廣電700 MHz 5G核心網摒棄傳統的內核網軟硬件相結合的緊耦合網絡系統設計模型，使用基于服務架構（Service-Based Architecture，SBA）的體系結構，網絡功能則通過服務接口向外提供業務，容許其他網絡功能訪問并調用其自身業務。5G核心網總體上采取虛擬、服務結構，按照用戶的規模、傳輸要求以及網絡發展情況等因素，按大區集中設置，實行大容量、小局所原則的網絡功能部署。

中國廣電700 MHz 5G核心網應用遵循先局部后整體、先控制面后用戶面逐步快速發展，迭代升級的發展思路，根據業務驅動力和產品成熟度有序引入網元進行虛擬化系統部署。

3 700 MHz頻段下5G商業模式探討

2019年，中國廣電獲頒5G牌照，扎實推進規劃、標準、產業、合作、業務以及網絡建設等各項工作。中國廣電計劃于2020年正式掛牌啟動5G商用，同時逐步推出面向個人用戶和其他垂直廣播業務，爭取在2021年將廣電5G廣播網絡平臺建設發展成為一個傳遞正能量、廣電互聯接、人人互聯通、應用新廣播服務以及可接受管制的新型廣播網絡。

對中國廣電來說，在獲得重大政策開放紅利后，考慮到自身財政資金、科技發展經驗以及網絡服務用戶等各個領域的實際狀況，項目建設5G的實際投資規模和解決技術困難等基本要求，未來仍需要不斷深入研究。

3.1 近期模式

中國廣電5G的建立與發展將展現其獨特優勢，即傳播速度快、傳輸廣泛以及覆蓋全面等。相對于其他中高頻段，中國廣電700 MHz頻段部署5G時，其快速建網所需的基站數量相對較少，網絡覆蓋能力更強，在同樣的覆蓋條件下可快速實現5G網絡全覆蓋，同時有效節省網絡建設成本。

按照5G技術應用發展趨勢，超高清視頻業務將是5G最先成熟的大寬帶應用，也是中國廣電發力的重心。從電視機大屏幕、移動小屏幕以及多類型智慧屏的互動入手，充分發揮廣播電視媒體文化內容與視頻萬物互聯優勢，革新產品服務業態和個性服務體驗。

3.2 遠期模式

中國廣電5G與3大電信運營商相比，應該更多地做差異化事業。語音類不是主流話題，主力部門做與傳輸直播有關的事業，同時主動負責一些公益業務，如應急廣播等，這是與3大運營商之間存在最大的差異[10]。由于5G基站的覆蓋面積相對較小，建設費用高，針對農村地區3大基本電信運營商，根據行業發展的需要部署5G，很難實現完全覆蓋。中國廣電的低頻資源為700 MHz，所需基站數量較少，網絡覆蓋力更強，可以迅速實現5G網絡的全面覆蓋。

中國廣電5G鄉村融媒體服務，以“融合、創新、三農服務”為中心理念，結合現在農村發展的新情況、新需要，為農村居民提供一種集三農、生活、政府服務、信息和文化娛樂以及鄉村旅游等為一體的新式廣電融媒服務。利用融媒體業務，通過視頻、直播等手段向觀眾傳遞自己家鄉的土特產，觀眾可以根據需求在視頻、直播中選購的商品，讓農產品在全國范圍內銷售給消費者。

運用700 MHz覆蓋的優勢，成功實施5G智慧全域旅游，并利用聚集“吃住行游購娛”等資源，為旅游者創造方便快捷的智能旅行綜合業務“總入口”，真正實現了“一鍵暢游體驗”。使用“一張手繪圖”，游客在周邊旅館、食品飲料、健康教育、醫療保健等服務工作以及購物和娛樂場所進行標識，使用“一張體驗卡”即可線上享受到全域文旅產品及線下消費的體驗。

緊急通信網工程主要包括骨干網、各城域網、網絡信息安全工程以及綜合網絡管理工程等,并建立上聯應急管理部下接縣應急管理機構信息的高速通道和數據交換中心，為省、市、縣、鎮4級應急管理單位以及各轉隸機關之間橫向互連、縱向運行的業務信息系統提供了安全、可靠、快捷、實用且功能先進穩定的統一網絡通道，從根本上解決了省應急管理機構轉隸機關每個部門之間網絡不聯通、信息資源相互閉塞、數據無法資源共享等問題。中國廣電5G應急通信系統充分利用廣泛覆蓋范圍的特點，通過大寬帶5G網絡高塔覆蓋、小塔熱點覆蓋、有線網絡輔助方式，遵循“平戰結合”的原則，合理有效地調度互聯網數據。在平時由5G切片模式保障，既不會影響5G網絡正常商用，也不影響節目的收看收聽。因此，中國廣電5G可在應急通信網業務方面廣泛應用。

4 結 論

將來，國內5G網絡建設將會步入到高速發展階段，在5G科技蓬勃發展的大方向下，雖然700 MHz頻段具有得天獨厚的優勢，但5G技術對中國廣電來說仍然是嶄新的技術領域，它還面臨技術、管理、市場以及專業人才等方面的巨大壓力，因此中國廣電在5G工程建設中各方面都必須探索研究，在實踐建設中不斷總結經驗。