5G建網(wǎng)挑戰(zhàn)

未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該體現(xiàn)大容量、低能耗、低成本三大技術(shù)要求。與現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G基站的天線數(shù)目可能從4根增至64根或者更高，致使基站的處理能力倍增，能耗也相應(yīng)增大，這將對(duì)基站機(jī)房提出更高的要求。

5G將是一種高頻、低頻混用的技術(shù)體系，當(dāng)前頻譜資源日趨緊張，3GHz~6GHz是未來(lái)滿足6GHz以下頻譜缺口的主要頻率范圍，較4G核心頻段連續(xù)頻譜資源更寬，較毫米波頻段傳播特性更好，是峰值速率和覆蓋能力兩方面的理想折中。

由此帶來(lái)的問(wèn)題是，頻率升高造成基站的覆蓋范圍從4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的數(shù)百米縮小至數(shù)十米。同時(shí)為了滿足高速率大容量的需求，基站數(shù)目將大大增加。在同樣的連續(xù)覆蓋場(chǎng)景中，所需5G基站的數(shù)量可能達(dá)到4G基站的1.5~2倍，這將導(dǎo)致基站部署更加密集化。

除了上述因素可能帶來(lái)的一系列技術(shù)難題外，對(duì)運(yùn)營(yíng)商影響最大是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本的問(wèn)題，包括設(shè)備采購(gòu)、能源消耗、站點(diǎn)建設(shè)以及機(jī)房租用等負(fù)擔(dān)都將十分沉重。加之基站選址和租賃經(jīng)常遇到物業(yè)協(xié)調(diào)方面的阻礙，而上述問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步加劇在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中已經(jīng)出現(xiàn)的站址資源獲取困難等情況，從而影響網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)度，降低網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。利用5G新技術(shù)和新型建設(shè)方式有效解決上述問(wèn)題，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程具有重要的意義。
 

5G建網(wǎng)技術(shù)

為解決上述問(wèn)題，降本增效地實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的落地，需要充分利用如下幾種新技術(shù)。

基站云化

未來(lái)5G基站的建設(shè)將采用BBU+AAU的模式，其中BBU包含CU(Centralized Unit，集中單元)和DU(Distributed Unit，分布單元)功能。CU、DU可靈活實(shí)現(xiàn)合并或分離部署，而AAU一般集成了射頻單元的16TR或64TR天線。

5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離，CU、DU可以有3種主要的部署方式，分別為D-RAN、云化CU分布式DU、云化CU集中式DU。D-RAN方式，即將CU與DU共同部署在5G節(jié)點(diǎn)機(jī)房中，形成分布式結(jié)構(gòu);云化CU分布式DU，即CU為部署在中心機(jī)房的云化模塊，而DU隨AAU部署在相應(yīng)的5G節(jié)點(diǎn)機(jī)房中;云化CU集中式DU，即CU為部署在中心機(jī)房的云化模塊，DU集中部署在一個(gè)5G節(jié)點(diǎn)機(jī)房中，形成DU池。

小基站

小基站是作為分流技術(shù)引入的低功率的無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)，利用智能化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充與完善，信號(hào)一般可以覆蓋10~200m的區(qū)域范圍。4G階段引入了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的概念HetNet，網(wǎng)絡(luò)成為由宏蜂窩與微蜂窩組成的多層蜂窩網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始呈現(xiàn)多制式融合的趨勢(shì)。小微基站的大量部署尤其適合高樓林立、用戶集中的中國(guó)城市環(huán)境。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)部署小微基站可以增強(qiáng)頻譜資源的復(fù)用能力，提升用戶服務(wù)質(zhì)量。5G時(shí)代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將變?yōu)槎喾N無(wú)線技術(shù)全面融合的超密集型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站址資源更加緊張。而小基站在密集組網(wǎng)、快速選址、快速建設(shè)以及室內(nèi)外覆蓋等多個(gè)方面都具備良好的性能，將在5G階段得到更加廣泛的應(yīng)用。

室內(nèi)覆蓋

現(xiàn)網(wǎng)DAS(Distributed Antenna System)系統(tǒng)存量室分無(wú)源器件(包括天線、功分器、耦合器、合路器)工作頻段一般為800MHz~2.7GHz，不支持5G主流的C頻段或更高頻段。部署5G室內(nèi)分布系統(tǒng)無(wú)法利用已有分布系統(tǒng)，需全部新建。即使新建適合5G主流頻段的DAS系統(tǒng)，因?yàn)?.5GHz以上頻段線纜損耗較大，為了使覆蓋能力和原有系統(tǒng)相當(dāng)，需提高信源功率或者增加信源。而5G對(duì)流量密度需求很高，現(xiàn)有DAS系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)較高的流量密度。

同時(shí)，隨著5G多天線技術(shù)在室分的應(yīng)用，4T4R信源將成為Sub-6GHz的主流信源形態(tài)，甚至?xí)霈F(xiàn)8T8R室分信源。在5G系統(tǒng)中使用現(xiàn)有DAS支持4/8路室分，則需要四/八路饋線，即使采用雙極化天線，饋線數(shù)量也需要加倍，工程落地十分困難，且建設(shè)多路室分DAS系統(tǒng)，饋線、耦合器、功分器、天線數(shù)量翻倍，導(dǎo)致成本直線增長(zhǎng)。這些共同決定了5G室內(nèi)覆蓋需要新建新型室內(nèi)分布系統(tǒng)。

目前，針對(duì)5G室內(nèi)分布系統(tǒng)主要有兩種設(shè)想。其一是新建光纖分布系統(tǒng)，用光纖進(jìn)行室內(nèi)布網(wǎng)，降低施工難度，降低施工成本，同時(shí)滿足5G的高工作頻段要求，能夠?qū)崿F(xiàn)多系統(tǒng)間的共享。其二是采用分布式小基站，主流設(shè)備廠家已有類似產(chǎn)品，但4G的分布式小基站目前只支持單模，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多模共用，5G仍需要新建分布式小基站系統(tǒng)。

5G建網(wǎng)與部署

運(yùn)營(yíng)商的5G戰(zhàn)略投資受到市場(chǎng)形態(tài)以及運(yùn)營(yíng)商在競(jìng)爭(zhēng)中的地位等因素影響，進(jìn)而使其在網(wǎng)絡(luò)的部署規(guī)劃上選擇不同的方案、時(shí)間點(diǎn)和部署節(jié)奏。目前，業(yè)界普遍認(rèn)為5G將有兩種網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景：獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)。

獨(dú)立組網(wǎng)即新建5G網(wǎng)絡(luò)，包括新基站、回程鏈路和核心網(wǎng)。非獨(dú)立組網(wǎng)將借助于已有4G基礎(chǔ)設(shè)施，將5G小基站部署在高業(yè)務(wù)密度區(qū)域。獨(dú)立組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是可以在提供高性能的前提下形成較大的規(guī)模性經(jīng)濟(jì)，5G獨(dú)立組網(wǎng)將使得4G和5G業(yè)務(wù)并行運(yùn)行，并且避免了與LTE網(wǎng)絡(luò)整合過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的互操作復(fù)雜等問(wèn)題，覆蓋全國(guó)范圍內(nèi)的規(guī)模組網(wǎng)對(duì)于5G普及和提升服務(wù)質(zhì)量具有重要意義，但是這樣的獨(dú)立組網(wǎng)建設(shè)在初期成本相對(duì)較高。

相比之下，非獨(dú)立組網(wǎng)能夠更快地將5G推向市場(chǎng)，但非獨(dú)立組網(wǎng)可能更適合局部熱點(diǎn)區(qū)域部署，而不是大規(guī)模的全國(guó)性部署，并且非獨(dú)立組網(wǎng)與現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)的互操作也非常復(fù)雜。運(yùn)營(yíng)商需要根據(jù)自身實(shí)際情況選擇是否在5G部署初期直接引入NGC(Next Generation Core，5G核心網(wǎng))，或在引入NR(New Radio，5G接入網(wǎng))之后，再進(jìn)行NGC的建設(shè)。不同的現(xiàn)狀與建設(shè)方式，會(huì)使5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)節(jié)奏與形態(tài)演變出現(xiàn)很大的差異。

出于對(duì)不同的戰(zhàn)略和業(yè)務(wù)發(fā)展需要的考慮，運(yùn)營(yíng)商對(duì)不同使用場(chǎng)景的訴求也不同。運(yùn)營(yíng)商可在5G初期以eMBB(Enhance Mobile Broadband，增強(qiáng)移動(dòng)寬帶)為主導(dǎo)引入，后續(xù)逐漸加入、加強(qiáng)mMTC(massive Machine Type of Communication，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng))和uRLLC(ultra Reliable & Low Latency Connection，低時(shí)延高可靠連接)業(yè)務(wù)。也可以拓展更廣闊客戶資源為出發(fā)點(diǎn)，以開(kāi)拓政企業(yè)務(wù)、IoT業(yè)務(wù)為目的，在5G初期一起引入eMBB、mMTC和uRLLC。

除了發(fā)展戰(zhàn)略與商業(yè)因素外，現(xiàn)網(wǎng)條件和未來(lái)技術(shù)規(guī)劃也對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的引入具有很大影響。例如，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的發(fā)展也影響到運(yùn)營(yíng)商5G部署的選擇：虛擬化程度領(lǐng)先的運(yùn)營(yíng)商，可能傾向于接受架構(gòu)中選項(xiàng)的數(shù)目和演進(jìn)步驟較多的情況;由于硬件是通用的，很多情況下演進(jìn)只需要進(jìn)行軟件升級(jí)。相反，虛擬化程度較低的運(yùn)營(yíng)商，則希望選項(xiàng)的數(shù)目盡量少一些，最大程度簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的步驟。這樣可以減小演進(jìn)對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)帶來(lái)的影響，特別是需要硬件更換的演進(jìn)升級(jí)。

運(yùn)營(yíng)商所擁有的頻譜資源的豐富性，包括5G低頻(Sub-6GHz)和高頻毫米波頻段資源，也是一個(gè)重要影響因子。若運(yùn)營(yíng)商擁有較豐富、優(yōu)質(zhì)的Sub-6GHz作為覆蓋，同時(shí)又有高頻來(lái)增強(qiáng)容量，那么采用SA(Standalone，獨(dú)立組網(wǎng))的可能性相對(duì)較大。反之，則采用NSA(Non-Standalone，非獨(dú)立組網(wǎng))可能性較大。另外，不同運(yùn)營(yíng)商對(duì)于Sub-6GHz覆蓋能力的考慮、評(píng)估和需求也不盡相同，這也將影響到運(yùn)營(yíng)商對(duì)于SA或NSA的傾向性。

同時(shí)，還有很多其他的因素，包括終端、站點(diǎn)站址的選擇、傳輸資源、NGC與4G核心網(wǎng)的關(guān)系和演進(jìn)、漫游等，尤其是標(biāo)準(zhǔn)的制定凍結(jié)時(shí)間點(diǎn)以及相關(guān)的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的時(shí)間點(diǎn)，都會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)部署與演進(jìn)方案的選擇。

5G試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)

運(yùn)營(yíng)商的5G試驗(yàn)正在加緊進(jìn)行中。中國(guó)移動(dòng)在2017年5月確立了全國(guó)首批5G試驗(yàn)網(wǎng)城市：北京、上海、廣州、蘇州、寧波，在這些城市開(kāi)展5G試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)，進(jìn)行5G外場(chǎng)測(cè)試，以推進(jìn)5G平臺(tái)架構(gòu)成熟，并驗(yàn)證3.5GHz頻段組網(wǎng)的關(guān)鍵性能，2018年將在數(shù)個(gè)城市，每個(gè)城市建大約20個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行規(guī)模試驗(yàn)，形成端到端商用產(chǎn)品和預(yù)商用網(wǎng)絡(luò);2019年，繼續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)網(wǎng)規(guī)模，完成預(yù)商用和多廠家互操作測(cè)試;2020年，預(yù)計(jì)全網(wǎng)5G基站將會(huì)達(dá)到萬(wàn)站規(guī)模，從而實(shí)現(xiàn)商用產(chǎn)品規(guī)模部署。

中國(guó)聯(lián)通也計(jì)劃從2017-2019年在6個(gè)城市進(jìn)行容量和性能測(cè)試，2020年商用前建設(shè)約1000個(gè)站。

中國(guó)電信在某市的5G試驗(yàn)已完成階段測(cè)試，站點(diǎn)為位于城區(qū)的樓頂站。階段性測(cè)試中選擇了極近、近、中、遠(yuǎn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，極近點(diǎn)速率達(dá)到近1.1Gbit/s，遠(yuǎn)點(diǎn)速率約0.2Gbit/s，平均端到端時(shí)延和PDCP層環(huán)回時(shí)延均少于8ms。

5G將滲透到未來(lái)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。新一代通信技術(shù)將使信息突破時(shí)空限制，提供極佳的交互體驗(yàn)，為用戶帶來(lái)身臨其境的信息盛宴，還將拉近萬(wàn)物的距離，通過(guò)無(wú)縫融合的方式，便捷地實(shí)現(xiàn)人與萬(wàn)物的智能互聯(lián)。相信在不久的將來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)部署將為全社會(huì)的建設(shè)與發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。