5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案探討

Labs 摘要

本文提出了5G組網(wǎng)架構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)場(chǎng)景，總結(jié)了2.6GHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。同時(shí)，針對(duì)2.6GHz頻段4G/5G協(xié)同組網(wǎng)進(jìn)行了分析，提出了4G/5G協(xié)同組網(wǎng)相關(guān)建議。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延和容量要求越來越高，現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)無法滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。5G網(wǎng)絡(luò)具有超高速率、超大連接和超低時(shí)延等特點(diǎn)，而這些就是5G通信相對(duì)于4G通信的最顯著進(jìn)步。隨著5G運(yùn)營(yíng)牌照發(fā)放，運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)節(jié)奏加快，探討在現(xiàn)有2G/4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上如何建設(shè)2.6GHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)以及4G/5G協(xié)同組網(wǎng)方案，具有較大意義。

1 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

1.1 5G C-RAN組網(wǎng)架構(gòu)

5G C-RAN組網(wǎng)架構(gòu)指的是5G BBU全部集中到綜合接入機(jī)房，基站側(cè)只剩下5G AAU。與傳統(tǒng)4G C-RAN無線網(wǎng)絡(luò)相比，5G C-RAN網(wǎng)絡(luò)依然具有集中化、協(xié)作化、無線云化和綠色節(jié)能4個(gè)特征，綜合考慮建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本和遠(yuǎn)期無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，建議5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用C-RAN組網(wǎng)架構(gòu)。5G C-RAN組網(wǎng)架構(gòu)和分布式部署組網(wǎng)架構(gòu)對(duì)比如圖1所示。

圖1、5G組網(wǎng)架構(gòu)對(duì)比

1.2 BBU建設(shè)方案

通過4G/5G共BBU部署，可減少BBU重復(fù)投資，降低運(yùn)營(yíng)成本。以某廠家設(shè)備為例，BBU部署有兩種方案，如圖2所示。

方案一：新建模式，后向兼容，新建新型號(hào)BBU可同時(shí)兼容2G/4G。如需開通2G/4G時(shí)，可插入相應(yīng)2/4G主控板和基帶板。

方案二：利舊模式，前向兼容，利舊存量舊型號(hào)BBU可同時(shí)兼容5G。如需開通5G NR時(shí)，直接插入NR主控板和基帶板即可。

圖2、5G BBU兩種模式建設(shè)方案

1.3 前傳技術(shù)方案

前傳指的是5G AAU和BBU間的信息傳輸。5G AAU前傳方案有光纖直連前傳、彩光模塊前傳和有源波分前傳三種，三種前傳方案技術(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 5G前傳技術(shù)對(duì)比

5G站點(diǎn)BBU集中，對(duì)前傳光纖的纖芯需求巨大，迫切需要采用纖芯復(fù)用手段來降低前傳纖芯需求，目前有單纖雙向光模塊、彩光加無源波分和有源波分等三種方案。對(duì)比各方案的優(yōu)劣性，從纖芯使用效率和單站造價(jià)方面考慮使用彩光加無源波分方案均最優(yōu)。如圖3所示，6波單纖彩光模塊解決方案，可將原6芯前傳纖芯大幅減少到1芯。

圖3、彩光模塊6波單纖解決方案

1.4 5G配套改造方案

要滿足5G建設(shè)要求，需要對(duì)天面和供電進(jìn)行相應(yīng)配套改造，下面分兩個(gè)部分介紹5G配套改造方案。

1.4.1天面配改方案

由于增加抱桿時(shí)鐵塔租金增加較大，為降低基站運(yùn)營(yíng)成本，5G基站建設(shè)以天面不新增抱桿為原則?？紤]5G AAU的尺寸和重量，建議5G AAU采用獨(dú)立抱桿安裝。根據(jù)實(shí)際2.6GHz頻段5G建網(wǎng)的不同場(chǎng)景，5G天面配改方案如下：

1.4.1.1有D頻獨(dú)立天面

如圖4所示，若4G網(wǎng)絡(luò)有窄帶8T8R D頻段或3D-MIMO獨(dú)立天線，且5G與4G共廠家，在天面承重滿足要求的情況下，優(yōu)先將窄帶8T8R D頻段或3D-MIMO獨(dú)立天線替換為4G/5G共模AAU，4G/5G共模AAU支持同時(shí)開通5G和容量更大的4G 3D-MIMO。

圖4 有D頻獨(dú)立天面改造方案

1.4.1.2 無抱桿新增空間，但同一扇區(qū)方向有多付天線

如圖5所示，若4G網(wǎng)絡(luò)不存在窄帶8T8R D頻段或3D-MIMO獨(dú)立天線，但存在2組及以上天線情況，則可利用集中度更大的4/4/8/8天線整合現(xiàn)有天線，改造后的冗余抱桿安裝5G AAU。

圖5 無抱桿新增空間，但同一扇區(qū)方向有多付天線改造方案

1.4.1.3 美化外罩場(chǎng)景

美化外罩場(chǎng)景5G配改一般需要整改美化外罩或者新增美化外罩。美化外罩場(chǎng)景占比較大，老式美化外罩一般無散熱設(shè)計(jì)。由于5G AAU為有源設(shè)備，需要對(duì)原美化外罩進(jìn)行散熱改造，否則容易造成AAU設(shè)備高溫告警。5G美化外罩方案如圖6所示，美化罩高度建議不小于 2000mm，背部和右側(cè)（維護(hù)腔側(cè)）開維護(hù)門，維護(hù)門寬度建議不小于500mm；四周的底部和頂部開散熱窗，開窗尺寸建議不小于500mm*200mm；支持機(jī)械下傾角可調(diào)角度不大于10°；抱桿要求左右位置可調(diào)，抱桿中心距離美化罩背部的距離建議200mm。若沒有散熱窗，則必須有底進(jìn)風(fēng)口，后維護(hù)門頂高度要大于AAU頂部200mm以上。美化罩材質(zhì)建議采用玻璃鋼，禁止采用金屬材質(zhì)或金屬支撐架。

圖6 美化外罩場(chǎng)景改造方案

1.4.1.4有空余抱桿或新增抱桿空間

對(duì)于不屬于以上場(chǎng)景，不能通過整合改造騰出5G抱桿位。如果天面有空余抱桿或新增抱桿空間，則可利用空余抱桿或新增抱桿安裝5G AAU。

1.4.2 供電改造方案

1.4.2.1 市電改造方案

以某廠家設(shè)備為例，3個(gè)5G AAU最大額定功耗達(dá)到3.9kW，實(shí)測(cè)滿負(fù)荷時(shí)3個(gè)5G AAU功耗約為3.3kW，通過公式（1）可計(jì)算出增加5G設(shè)備后的市電容量需求。市電容量是影響5G基站開通的重要因素，必須提前做好市電需求摸查和核算，及時(shí)開展市電容量擴(kuò)容，為5G基站順利開通準(zhǔn)備條件。由于2.6GHz頻段5G基站開通后，已同時(shí)共模開通5G和4G D頻3D-MIMO，原來的普通窄帶8T8R D頻RRU將停閉拆除。為此，核算市電容量需求時(shí)注意要核減替換掉的普通窄帶8T8R D頻RRU的用電容量。

其中，η為整流模塊轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)整流模塊為普效模塊時(shí)，η取值0.85 當(dāng)整流模塊為高效模塊時(shí)，η取值0.95。

1.4.2.2 直流配電改造方案

如室內(nèi)電源柜有足夠PSU擴(kuò)容槽位，可直接通過PSU擴(kuò)容來改造直流配電，每增加1個(gè)PSU可帶來3000W容量。

如室內(nèi)電源柜沒有足夠PSU擴(kuò)容槽位，或者空開/熔絲無安裝空間，可用室內(nèi)外刀片式交轉(zhuǎn)直模塊進(jìn)行直流電源改造。

2 4G/5G協(xié)同組網(wǎng)方案

2.1 分場(chǎng)景的5G頻率配置和功率分配方案

根據(jù)相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證，4G 3D-MIMO單載波容量為普通8T8R D頻段載波的2倍左右。為滿足4G流量熱點(diǎn)的業(yè)務(wù)需求，需要考慮4G/5G協(xié)同組網(wǎng)，在5G基站開通的同時(shí)，共模反向開通承載能力更強(qiáng)的4G 3D-MIMO，5G建網(wǎng)初期可圍繞4G流量熱點(diǎn)來開展5G基站建設(shè)。對(duì)于2.6GHz頻段5G AAU設(shè)備，可支持同時(shí)開通1個(gè)5G載波和3個(gè)4G 3D-MIMO載波。2.6G頻段5G設(shè)備支持4G/5G雙模，帶寬支持160MHz。對(duì)于320W的5G設(shè)備，按照每20MHz帶寬配置40W功率；對(duì)于240W的5G設(shè)備 ，當(dāng)4G/5G 1:1共址建設(shè)時(shí)，要保證4G/5G兩網(wǎng)都能達(dá)到連續(xù)覆蓋，AAU總功率有所欠缺。對(duì)于5G業(yè)務(wù)需求區(qū)域和4G流量熱點(diǎn)區(qū)域兩種典型場(chǎng)景，建議4G/5G頻率配置和功率分配方案如下：

2.1.1 5G業(yè)務(wù)需求區(qū)域

（1）頻率配置方案：5G終端測(cè)試和大業(yè)務(wù)回傳必須開啟100MHz，4G向上移頻開通20~60MHz。

（2）功率分配方案：5G配置功率120W，4G配置功率120W。

2.1.2 4G流量熱點(diǎn)區(qū)域

（1）頻率配置方案：5G僅做測(cè)試，對(duì)帶寬無訴求，4G容量受限嚴(yán)重區(qū)域，建議5G開啟60MHz，4G開通60~100MHz。

（2）功率分配方案：5G配置功率90W，4G配置功率150W。

2.2 4G/5G協(xié)同組網(wǎng)干擾分析

圖7 2.6G頻段頻譜分析

對(duì)于160MHz 2.6G頻段，在5G未建設(shè)區(qū)域，4G占用的是2575~2635MHz共60MHz；在5G NR連續(xù)開啟區(qū)域，5G NR占用的是2515~2615MHz共100MHz。4G和5G有40MHz頻譜重疊會(huì)產(chǎn)生干擾。從原理上分析，5G對(duì)4G的干擾小于4G對(duì)5G的干擾。對(duì)于廣播信號(hào)，4G持續(xù)在一個(gè)寬波束進(jìn)行發(fā)送，而5G最大支持8個(gè)窄波束進(jìn)行輪詢發(fā)送，5G廣播信號(hào)發(fā)送機(jī)制可將干擾隨機(jī)化。對(duì)于導(dǎo)頻參考信號(hào)，4G網(wǎng)絡(luò)小區(qū)參考信號(hào)持續(xù)發(fā)送，而5G網(wǎng)絡(luò)無小區(qū)參考信號(hào)，在有用戶調(diào)度時(shí)才發(fā)送，大大減少了同頻干擾。對(duì)于數(shù)據(jù)子載波，4G與5G發(fā)送機(jī)制一致，只有在有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)。

實(shí)際網(wǎng)絡(luò)參數(shù)仿真結(jié)果也和以上理論分析結(jié)論吻合。在某市城區(qū)，超過30個(gè)5G基站連續(xù)組網(wǎng)場(chǎng)景，5G基站配置100 MHz帶寬。5G基站連續(xù)組網(wǎng)區(qū)域和外圍4G基站覆蓋區(qū)域設(shè)置800m的隔離帶，外圍4G網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)平均負(fù)荷為30%。基于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行仿真，干擾影響如下：

（1）4G對(duì)5G的干擾影響：有隔離帶時(shí)，干擾影響均可忽略；5G空載無隔離帶時(shí)，5G下行平均速率下降4.9%；5G 30%負(fù)載無隔離帶時(shí)，5G下行平均速率下降1.4%。

（2）5G對(duì)4G的干擾影響：5G空載時(shí)，4G下行平均速率下降小于0.3%；5G 30%負(fù)載時(shí)，4G下行平均下載速率下降3.8%。

總體來講，由于4G/5G協(xié)同組網(wǎng)干擾，5G下行平均速率下降小于5%，4G下行平均速率下降小于4%，4G/5G協(xié)同組網(wǎng)干擾對(duì)4G/5G網(wǎng)絡(luò)性能影響較小。為此，建議在5G網(wǎng)絡(luò)性能示范區(qū)域，為展現(xiàn)5G最佳網(wǎng)絡(luò)性能，可設(shè)置隔離帶；5G規(guī)模商用部署時(shí)，無需設(shè)置隔離帶。

3 結(jié)束語

本文提出了5G組網(wǎng)架構(gòu)，并總結(jié)了2.6GHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中BBU建設(shè)方案、前傳方案、天面配改方案和供電改造方案。同時(shí)，本文也對(duì)5G建網(wǎng)過程中將長(zhǎng)期存在的4G/5G協(xié)同組網(wǎng)方案進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案。本文總結(jié)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，相信對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有較大的借鑒意義。

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