5G移動通信傳輸網絡建設策略探討

田小寧

（甘肅省通信產業(yè)服務有限公司郵電規(guī)劃咨詢設計分公司，甘肅 蘭州 730000）

1 5G移動通信概述

1.1 5G網絡涵義

5G網絡是在4G網絡基礎上發(fā)展衍變形成的第五代移動通信技術，也是一種重要的網絡基礎設施，主要服務于eMBB增強移動寬帶、mMTC海量機器類通信以及uRLLC超高可靠低時延通信三處場景，向用戶提供極致的業(yè)務體驗，有效解決了下載峰值速率低下、網絡時延過長等通信問題，使通信服務質量得到明顯提升。

1.2 網絡特點

相比于4G網絡，5G移動通信網絡有著高速率、大連接、低時延和高頻譜效率的特點，這也是5G網絡應用價值的主要體現。第一，高速率特點在于，在理論層面上，5G網絡的單小區(qū)下行峰值速率和用戶體驗速率分別達到20 Gbps與100 Mbps，而4G網絡運行期間的實際速率僅為1 Gbps與10 Mbps，網絡峰值速率提升10倍以上，信息傳輸效率得到明顯提升。第二，大連接特點在于，5G移動通信網絡可以在每平方千米內接入百萬級別的設備，具備海量多終端連接條件，設備連接能力遠超過4G網絡，也為物聯(lián)網的實現掃清障礙。第三，低時延特點在于，5G網絡的空中接口時延值在1 ms及以內，首次達到毫秒級別，低時延保證了用戶通信服務質量，而傳統(tǒng)4G網絡的時延高達40 ms。第四，高頻譜效率特點在于，5G網絡的頻譜效率在LTE網絡的基礎上提升了3倍以上，通過拓展頻譜資源來滿足日益增長的業(yè)務需求。

1.3 關鍵技術

在5G移動通信傳輸網絡中，應用到載波聚合、靈活頻譜共享、超密集組網、同時同頻全雙工等多項關鍵技術。例如，載波聚合技術是通過合并若干載波形成單個信道的方法，起到消除鄰區(qū)同頻干擾、提升網絡峰值速率、平衡主輔小區(qū)負載、降低網絡容量增加難度等多重作用，如通過部署相同基站覆蓋相同區(qū)域來起到強化覆蓋區(qū)域數據處理能力的作用，或通過覆蓋部分熱點小區(qū)來強化小區(qū)熱點數據處理能力。大規(guī)模天線列陣技術多用于覆蓋密集居住區(qū)、高校校園等場景，起到創(chuàng)造靈活復用空間、解決基站收發(fā)信號容量問題、提高頻譜利用效率等作用。而新型多址接入技術則通過依賴接收端數據處理算法的方式來接入多址，在下行鏈路等場景中的工作原理較為簡單，并在信噪比差較大場景中發(fā)揮著顯著優(yōu)勢[1]。

2 5G移動通信傳輸網絡的建設需求

2.1 帶寬需求

相比于4G網絡，在5G網絡中采取新推出的空口技術，5G基站對帶寬提出了更高要求，只有實際帶寬能力需要保持在LTE網絡的10倍以上，方可充分滿足在智慧交通、智慧教育、物聯(lián)網等場景中的實際應用需求，體現出5G網絡的價值所在。以大型城域網絡為例，需要在網絡體系中規(guī)劃建設總數量不少于12 000個的5G通信基站，要求實際運營期間的網絡中心寬帶保持在6 Tbps及以上，成熟期的帶寬提升至17 Tbps及以上，如果實際帶寬低于這一標準，將對5G網絡運行情況、用戶服務體驗造成明顯影響。

2.2 時延需求

在3GPP標準中，對5G移動通信傳輸網絡的時延性能指標提出明確要求，分別將e M BB移動終端-CU、eV2X和uRLLC移動終端-CU的時延標準時長設定為4 ms、3～10 ms和0.5 ms，并要求前傳時延不超過100 μs。相比于4G網絡，5G網絡的接口時延得到大幅降低，這在改善移動通信實時服務質量的同時，也對網絡性能提出十分嚴格的要求，舊有網絡未達到這一標準，需要從調整網絡組建方式方面著手來滿足時延需求。

2.3 組網需求

5G移動通信傳輸網絡對組網靈活性有著嚴格要求，原有組網方式缺乏合理性，在構建回傳網絡、中傳網絡時暴露出多個問題有待解決。例如，在構建回傳網絡時，傳統(tǒng)組網方式采取人工靜態(tài)連接來保持CU-核心層網絡-相鄰CU的連接狀態(tài)，具有配置量過大、靈活性差的局限性。而在構建中傳網路時，DU、CU二者在初級部署階段尚能保持相對穩(wěn)定的歸屬關系，但在5G網絡部署至CU云化階段時，對網絡的冗余保護、負載分擔等方面能力提出新的要求，DU、CU二者關系發(fā)生改變，一對多關系取代了原有的一對一關系，應采取單獨配置、統(tǒng)一調度的方式來解決這一問題[2]。

3 5G移動通信傳輸網絡的建設策略

3.1 網絡基礎架構部署

對于網絡基礎架構部署問題，當前主要采取現網升級NSA+后向SA演進、SA純新建網兩種方式。其中，現網升級演進是在不大規(guī)模改變現有網絡基礎設施的前提下，依托LTE進行升級覆蓋，由LTE和NR二者保持雙連接態(tài)勢，升級為EPC+和NGC，從而將通信網絡的應用場景由單一的eM BB拓展至mMTC+eMBB+uRLLC，徹底涵蓋5G網絡的主要應用場景，這一方式具有投資效益高、網絡基礎設施改動規(guī)模小、用戶易于接受的優(yōu)勢。而純新建網是在NR終端基礎上新建NGC網絡架構，由NGC網絡獨自承擔向5G應用場景提供實時通信服務的重要職責，這一方式具有技術完全覆蓋、周期過長、建網成本高昂、引入速度受限的局限性，目前來看，并不是部署5G網絡基礎架構的主流做法[3]。

3.2 制訂組網方案

在5G組網環(huán)節(jié)，需要根據實際建網需求來選取正確的前傳、中傳與回傳網絡建設方法。一般情況下，對于前傳網絡，主流方法為有源WDM、無源WDM兩種，推薦采取無源WDM方案，這套方案可以在全面改善網絡連接集中性、接入側使用性能的前提下，明顯降低接入側成本和總體建網成本。對于中傳、回傳網絡，則以滿足組網靈活性與帶寬要求作為首要目的，實施統(tǒng)一承載方案來實現中傳和回傳網絡，將網絡架構分為接入層、骨干層和匯聚層三部分，并采取多協(xié)議標簽交換流量監(jiān)控等優(yōu)化措施來強化網絡承載能力。與此同時，在制定組網方案時，還應重點關注頻譜規(guī)劃、立體組網站點、設備選型三項問題，具體如下。

第一，頻譜規(guī)劃。以充分發(fā)揮2.6 GHz頻譜優(yōu)勢作為核心目標，分三步開展5G頻譜建設工作，第一步是將160 Mbps硬件一步到位，第二步是按實際需求向4G與5G網絡分配帶寬，第三步是由160 Mbps全頻譜NR徹底取代現有的LTE。如此，既可以實現改善網絡覆蓋效果、獲取更大帶寬等5G網絡建設目標，同時，還可以加快5G網絡部署速度，在多種頻段以及制式間建立起穩(wěn)定、和諧的協(xié)同關系。

第二，立體組網站點。考慮到當前多數地區(qū)正處于4G網絡與5G網絡的交替演變的關鍵時期，既要建設5G網絡向用戶提供更高質量服務，同時也需要兼顧4G容量發(fā)展需求，避免因網絡超負荷、滿負荷運載而造成使用速率下降等情況。對此，需要制訂三層立體組網的建網方案，從上到下劃分為宏站覆蓋層、桿站覆蓋層和室分覆蓋層三個層級。其中，宏站覆蓋層連續(xù)部署中心城區(qū)、兼容網絡容量與覆蓋，起到連續(xù)覆蓋室外場景與滿足建筑室內淺層覆蓋需求的作用；桿站覆蓋層的功能定位是分擔局部話務熱點和深度覆蓋，起到補充宏站應用場景的作用，多用于覆蓋室外道路、住宅建筑等區(qū)域；而室分覆蓋層的功能定位是分擔室外站點話務和室內高價值覆蓋，多用于實現對辦公樓、商業(yè)綜合體建筑等人員密集、通信服務質量要求高的場景的網絡覆蓋。

第三，設備選型。為解決現有網絡基礎設施站址資源緊缺的問題，需要在5G網絡中安裝一批新型設備，根據組網需求來選擇設備型號、形態(tài)。例如，在某5G移動通信網絡中，最終采取3DMIMO設備，在小容量需求場景中安裝160 Mbps的32T32R 3DMIMO設備，在一般場景下安裝64T64R 3DMIMO設備。根據實際應用情況來看，該套方案靈活利用NR廣播信道，具有十分優(yōu)異的覆蓋能力，且室內外機房部署難度較小，具備在小空間環(huán)境中部署機房的條件。

3.3 網絡優(yōu)化

3.3.1 LTE與5G同頻鄰區(qū)優(yōu)化

根據5G網絡運行情況來看，雖然存在LTE和5G同頻鄰區(qū)干擾問題，但LTE、NR二者干擾程度具備可控性，以帶CRS導頻信號LTE主動干擾無CRS信號NR為主，而NR并不會主動對LTE造成明顯影響。對此，為解決下行區(qū)域干擾問題，應采取波束賦性方法，通過調節(jié)功率來控制干擾，當處于邊緣以及滿載狀態(tài)時形成UE滿功率，確保在100 Mbps帶寬條件下不對LTE形成明顯影響。

3.3.2 TDD流量優(yōu)化

在5G網絡運行期間，偶爾出現TOD流量飽和情況，對容量分擔效果和用戶感知體驗造成一定程度的影響。對此，需要采取1800 MHz加速重耕手段來重構網絡的基礎容量層，在中心城區(qū)重耕15～20 MHz，率先完成FDD成片區(qū)域部署任務，再使用25 MHz重耕來實現縣域、村鎮(zhèn)、城市郊區(qū)等區(qū)域的部署任務，最終依托FDD1800 MHz實現增大5G網絡帶寬與優(yōu)化峰值的目的。與此同時，在5G網絡覆蓋深度要求較為嚴格的前提下，也可選擇使用900 MHz帶寬來解決TDD流量飽和問題，由900 MHz負責承載VoLTE業(yè)務，并由VoLTE基礎網搭載上下行業(yè)務。

3.3.3 網絡容量優(yōu)化

對于5G網絡容量不足的問題，需要采取調劑垂直波束的方式來增加實際網絡容量，使用64 Tbps/32 Tbps來取代原有的16 Tbps，在塔下邊緣部位照射3D波束。根據網絡實際運行情況來看，在使用64 Tbps/32 Tbps的前提下，網絡上下行容量都得到顯著提升，上行容量提升2.2倍左右，下行容量提升1.8倍左右，并在密集城區(qū)覆蓋場景中取得十分顯著的增益。

3.3.4 宏站覆蓋優(yōu)化

宏站覆蓋不足是5G建網期間面臨的一項重要難題，5G輻射區(qū)域廣度受限，難以同時滿足醫(yī)療、交通、教育、物聯(lián)網等全部場景的覆蓋需求，且實時容納用戶數量有限。對此，主流解決方法為同步采取1.9G 8T8R和2.6G 64T的覆蓋方式，也可選擇1.8 GHz和3.5 GHz共同覆蓋的方式，這兩種宏站覆蓋方式都有著十分顯著的普適性，有效解決了信號覆蓋不足、用戶容納數量有限、無法釋放更多流量等多項問題。例如，在大站間距場景中，將32TRX的站間距控制在600 m左右，將16TRX站間距控制在500 m左右。

3.3.5 存量DAS性能優(yōu)化

在5G建網期間，如果直接將存量DAS進行單改雙，將會出現DAS功率平衡性、削弱小區(qū)容量、邊緣部位用戶實際速率體驗縮水等多項問題。對此，可選擇采取信源疊加與數字化室分改造的優(yōu)化方法，在一般情況下疊加RRU信源與存量DAS，在大容量需求情況下改造數字化室分。

3.4 實現5G空口

目前來看，在各地5G移動通信傳輸網絡建設方案中，普遍采取4G演進路線和新空口路線兩種方式來實現5G空口，不同路線的建網成本、頻段滿足情況有著明顯差異，需要圍繞建網目標和實際業(yè)務需求加以選擇。其中，4G演進路線是在原有4G通信網絡框架上進行升級改造，綜合采取強化信號穿透能力、組網結構扁平化調整等措施，直至滿足物聯(lián)網、智慧工廠等5G網絡的通信服務需求，這一路線具有建網成本低、技術難度小的優(yōu)勢，但在建網期間將會面臨著網絡兼容性等多項問題有待解決。而新空口線路是根據業(yè)務需求來重新構建一套移動通信技術框架，將空口接入頻譜范圍涵蓋至全部種類的高頻段，走這一路線來建立的5G移動通信網絡性能更為優(yōu)異，且無須考慮網絡兼容性等問題，但具有建網成本高昂、開發(fā)周期長的局限性。

4 結束語

綜上所述，5G移動通信網絡是我國通信事業(yè)的必然發(fā)展趨勢，也是加快各行業(yè)領域升級轉型步伐的重要舉措。運營商必須對5G建網工作予以高度重視，正確認識到5G建網需求，積極落實基礎架構部署、制訂組網方案、網絡優(yōu)化、實現5G空口四方面的建設策略，及早構建成完善、穩(wěn)定的5G移動通信網絡，保證5G網絡穩(wěn)定、高效運行。■