5G網(wǎng)絡的運營商部署策略探討

摘要

鑒于5G技術在新一代的信息通信基礎設施中的重要性，5G已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，被視為國家間產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟競爭手段。隨著技術標準的定型，網(wǎng)絡部署已經(jīng)被運營商提上議事日程�？紤]到5G技術的新特點，運營商根據(jù)現(xiàn)有電力、傳輸、基礎建設條件以及業(yè)務預測的網(wǎng)絡周期等因素采取合適的部署策略，快速高效地部署網(wǎng)絡是明智的選擇。部署的策略需要考慮的因素包括網(wǎng)絡架構與設備選型、建設策略、網(wǎng)絡重耕。

關鍵詞：5G技術；業(yè)務預測；設備選型；網(wǎng)絡重耕

1 引言

據(jù)報道，美國無線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會（CTIA）建議美國應該加快引進5G技術，否則可能比中國落后一到兩年，未來不再有其它機會。按照協(xié)會的結論，中國和韓國在5G引進方面已經(jīng)超過美國。美國國家安全委員會（NSC）也警告稱，如果中國占據(jù)通信領域主導地位，那么他們將不僅獲得技術勝利，也將獲得政治、經(jīng)濟，以及軍事勝利。在我國國家層面，鑒于5G技術在新一代的信息通信基礎設施中的重要性，也已經(jīng)將發(fā)展5G上升為國家戰(zhàn)略，被視為國家間產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟競爭手段。今后面向物聯(lián)網(wǎng)的應用、車聯(lián)網(wǎng)的應用，疊加在上面的各種互聯(lián)網(wǎng)+，甚至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用，都和它密切相關。作為運營商，5G網(wǎng)絡已經(jīng)不是部署不部署的問題，而是采取何種策略部署的問題。

2 5G發(fā)展現(xiàn)狀

5G是3G后通信基礎又一革命性突破，涵蓋增強移動帶寬、海量機器通信和超高可靠低時延通信3個應用場景。2017年，全球5G移動通信時代腳步越來越近，各國政府紛將5G建設及應用發(fā)展視為國家重要目標，各技術陣營的5G電信營運商及設備業(yè)者亦蓄勢待發(fā)，5G市場戰(zhàn)火一觸即發(fā)。2018年6月底已經(jīng)發(fā)布NR第一個版本（R15），滿足eMBB以及（部分）URLLC需求（Option 2）R15版本將在2018年12月凍結，2019年底發(fā)布R16版本，滿足5G全業(yè)務需求 。

2.1 應用場景

5G時代視頻類創(chuàng)新應用引領5G初期eMBB業(yè)務發(fā)展，而智慧城市，萬物互聯(lián)，融合創(chuàng)新，工業(yè)4.0，智能制造的發(fā)展，使能行業(yè)變革將成為5G新常態(tài)。5G網(wǎng)絡應用場景如圖1所示。

圖1 5G網(wǎng)絡應用場景

（1）eMBB場景：高容量大帶寬，增強視頻、AR/VR等創(chuàng)新應用引領5G發(fā)展和需求，eMBB成為5G初期首選場景。

（2）URLLC場景：超低時延，高可靠性，使行業(yè)變革，驅動車聯(lián)網(wǎng)、無人機、工業(yè)控制、進程匚療等特殊應用成為可能。

（3）mMTC場景：廣覆蓋、小數(shù)據(jù)包、低成本、低功耗，智能家居，智慧城市，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務激增（預計2020年17億連接）。

2.2 標準制定狀況

5G第一版本標準接近完成，根據(jù)預測，3GPP有關5G標準推進工作進展計劃如圖2。

圖2 5G標準進展

（1）核心網(wǎng)方面，2018年6月已經(jīng)完成NGC第一個版本（R15）制定，2019年底完成NGC R16版本：支持多種網(wǎng)絡切片，滿足5G全業(yè)務需求。

（2）無線網(wǎng)方面，2018年6月已經(jīng)發(fā)布NR第一個版本（R15），滿足eMBB以及（部分）URLLC需求（Option 2）R15版本將在2018年12月凍結，2019年底發(fā)布R16版本，滿足5G全業(yè)務需求。

2.3 國內運營商發(fā)展狀況

根據(jù)GSMA官方預判到2025年全球約12億5G用戶，5G網(wǎng)絡覆蓋40%人口，中國將是5G最大的市場運營商意志服從國家意志，行業(yè)需求旺盛，需求超越供給，以及競爭驅動，先發(fā)優(yōu)勢將決定5G的建設和運營策略。

（1）中國移動：截至2017年末，移動全國4G基站有187萬個，覆蓋99%的人口。2018年，移動將繼續(xù)鞏固現(xiàn)有網(wǎng)絡，同時大力推動5G發(fā)展。2018年5G規(guī)模實驗計劃——在杭州、上海、廣州、蘇州、武漢五個城市開展外場測試，每個城市將建設超過100個5G基站；將在北京、成都、深圳等12個城市進行5G業(yè)務和應用示范。

（2）中國聯(lián)通：緊扣發(fā)展節(jié)奏，聚焦“厚、深、廣”三要素，打造高效、優(yōu)質的中國聯(lián)通精品網(wǎng)；支撐2I2C再發(fā)展1億用戶戰(zhàn)略延續(xù)流量經(jīng)營紅利，延續(xù)用戶和收入增長；直面深度覆蓋體驗短板面向5G推進數(shù)字化轉型。目前在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京、雄安等七座城市和地區(qū)里開展5G外場測試工作。

（3）中國電信：當前，電信正大力地推動VOLTE商用，以4G網(wǎng)絡功能全面替代2G和3G網(wǎng)絡功能為主要目標。將會為成都、雄安、深圳、上海、蘇州、蘭州六座城市和地區(qū)開展5G網(wǎng)絡相關測試，促進4G與5G網(wǎng)絡協(xié)同，促進5G技術應用落地。

總體上來看，中國移動在5G網(wǎng)絡的前期研究和技術儲備較多，電信在北京、上海、廣州研究院也一直跟進5G的研究，取得了一些進展。聯(lián)通在5G方面的動作也不少，但在5G試點方面整體落后于其它兩家運營商。

3 5G部署面臨的困難

從前期4G的部署經(jīng)驗來看，5G的部署仍然采取與現(xiàn)有的3/4G共站為首選，再考慮到覆蓋需求進行新增補點的模式進行規(guī)劃建設。在與3/4G共站建設模式下，現(xiàn)有基站的電力容量，天面條件，以及傳輸帶寬必然成為影響快速部署的瓶頸。

3.1 無線設備形態(tài)變化

根據(jù)主要設備生產(chǎn)廠家的參考數(shù)據(jù)，5G網(wǎng)絡無線部分的基站設備形態(tài)明顯有別于4G的BBU+RRU組合，主要以BBU+AAU形態(tài)出現(xiàn)（4G與5G基站典型形態(tài)對比如圖3所示）。

圖3 4G與5G基站形態(tài)對比

3.2 電力容量不足

根據(jù)主要設備生產(chǎn)廠家的參考數(shù)據(jù)， 5G的BBU功耗較4G的BBU高出一倍，RRU與天線的組合體AAU約1000W，較4G高出1.5倍，整體單站功耗約5000W，是原來4G的2.5倍。在3/4G共站情況下，疊加5G設備，尤其是2G尚未退網(wǎng)情況下，電源容量將嚴重不足。

其次，由于AAU必須掛在抱桿上，產(chǎn)生額外的路徑損耗，進一步增加了供電壓力。同時，AAU相對于RRU較大的功耗，要求更粗的電纜線徑，增加了施工的難度。

根據(jù)當前無線網(wǎng)絡運行狀況來看，4G網(wǎng)絡的疊加已經(jīng)給現(xiàn)網(wǎng)帶來了極大的挑戰(zhàn)，未來再在現(xiàn)網(wǎng)疊加5G，不進行電力改造和電源擴容幾乎不可能。2G設備老舊，耗電量在基站中占比非常大�？紤]到2G業(yè)務基本可以由3/4G分擔，加速2G網(wǎng)絡全面退網(wǎng)成為必然選項，可以大大緩解基站電力不足的局面。

3.3 天饋工程難度增大

（1）AAU安裝需要新增足夠的天線包桿和空間，現(xiàn)有站點天面空間普遍不足，同時考慮天面租金通常按照天線數(shù)量計算，成本將大大增加。

（2）由于AAU取代傳統(tǒng)天線上塔，重量大約是傳統(tǒng)天線的4倍，從安全角度考慮，傳統(tǒng)的天線抱桿在結構和強度上都不能滿足安裝AAU條件。

（3）考慮到新增AAU散熱和安裝空間限制，傳統(tǒng)美化罩大多不能重用，需要定制或改造。

（4）加快2G網(wǎng)絡的全面退網(wǎng)可以一定程度緩解天面空間的需求。

3.4 前傳光纖需求增加

前傳光纖需求，5G站點光纖需求成倍增加，光纖資源挑戰(zhàn)大。4G時代BBU集中比例約50%，光纖已顯不足。同時，RRU級聯(lián)+單芯雙向，單天面到機房一對或一根纖，尚能節(jié)省一些光纖資源。但是，在5G時代AAU不能級聯(lián)，光纖消耗更多，每AAU需一對纖，BBU集中使光纖需求顯著增加。

4 部署策略探討

考慮到每一代移動通信網(wǎng)絡都有其生命周期，如何根據(jù)業(yè)務預測，經(jīng)濟并高效地部署網(wǎng)絡策略變得非常重要。需要考慮的策略包括設備選型，覆蓋策略，容量策略以及舊的網(wǎng)絡的重耕策略。

4.1 網(wǎng)絡業(yè)務分析預測

要分析網(wǎng)絡的生命周期，需要對實際網(wǎng)絡運行情況的長期統(tǒng)計觀察，從而預測業(yè)務發(fā)展趨勢和網(wǎng)絡更替周期，為網(wǎng)絡初期建設和后續(xù)擴容提供指導建議。以下以某城市3/4G業(yè)務為例進行分析。

（1）網(wǎng)絡成長期

某城市本地網(wǎng)4G網(wǎng)絡建設初期到成長期，3/4G網(wǎng)絡業(yè)務對比統(tǒng)計情況如圖4。

圖4 某市3/4G網(wǎng)絡業(yè)務統(tǒng)計

統(tǒng)計可見，由于4G較3G網(wǎng)絡有10倍吞吐率優(yōu)勢，4G網(wǎng)絡從建成商用以來，流量最初遠低于3G，到月流量正式超過3G網(wǎng)絡，雙網(wǎng)流量實現(xiàn)剪刀差，僅僅用了17個月，不到一年半的時間。

（2）流量井噴期

隨著4G終端的普及，一系列流量包業(yè)務的發(fā)布，推動4G流量井噴式的增長，幾乎平均每半年流量翻一倍。業(yè)務量井噴似的增長，大大超出預期，網(wǎng)絡容量受限制，業(yè)務感知受到影響，網(wǎng)絡隨即由規(guī)模建設期轉入規(guī)模擴容期（4G網(wǎng)絡井噴式增長如圖5）。

圖5 4G網(wǎng)絡井噴式增長

（3）業(yè)務替代期：

4G網(wǎng)絡自正式商用后，流量從與3G網(wǎng)絡旗鼓相當，到數(shù)據(jù)流量達到3G網(wǎng)絡的10倍，從而基本取代網(wǎng)絡，成為數(shù)據(jù)業(yè)務主流，僅僅只用了15個月的時間。4G/3G流量比的變化如圖6所示。

圖6 4G/3G流量比變化

從上述4G網(wǎng)絡的成長周期來來看，從網(wǎng)絡正式商用，到取代3G，只用了32個月，大約2.7年的時間。目前，運營商的策略，除了局部的熱點擴容外，基本都是在籌備5G了，5G網(wǎng)絡蓄勢待發(fā)�？梢灶A見的是5G網(wǎng)絡的建設和成長周期也將遵循這個周期規(guī)律，或許更短。因此，根據(jù)網(wǎng)絡成長發(fā)展預測周期，抓住投資建設的黃金時間，如何選擇正確的策略部署5G網(wǎng)絡尤為重要。

4.2 組網(wǎng)與設備選型

（1）SA與NSA的選擇

5G網(wǎng)絡基本架構分NSA（非獨立組網(wǎng)） 與SA（獨立組網(wǎng)）兩大基本類型，

兩種架構不同特點，服務不同部署策略，服務不同戰(zhàn)略的選配。NSA 與SA 組網(wǎng)優(yōu)劣對比如表1。

表1 SA 與NSA架構對比

對比NSA（非獨立組網(wǎng)）SA（獨立組網(wǎng)）

組網(wǎng)架構4G+5G協(xié)同5G獨立組網(wǎng)

連續(xù)覆蓋必要性必要性低必要性高

速率4G速率+5G速率5G速率

語音方案3G回落/VoLTEVoLTE

核心網(wǎng)利舊EPC新建5Gnew core

NSA特點適于“一步規(guī)劃，分步實施”，聚焦重點，投資可控。SA對全網(wǎng)連續(xù)覆蓋要求高，適于連續(xù)覆蓋一步到位策略�？紤]到投資風險，設備利舊，逐步演進的穩(wěn)妥策略，建議優(yōu)選NSA作為初期建設策略。

（2）無線設備的選型

5G基站初期部署是選擇64T64R ，32T32R，還是16T16R也很重要，從商用技術成熟度，覆蓋能力，容量增益，單站成本，對標友商等幾方面考慮，初期部署64T64R，保障連續(xù)覆蓋競爭力是不錯的選擇（64T64R的優(yōu)勢如圖7）。

圖7 64T64R的優(yōu)勢

（3）供電節(jié)電策略

5G基站設備功耗較大，尤其是AAU功耗大，而且需要遠程供電，線路損耗給工程和維護帶來較大的問題，通過提高線路電壓降低路損是必然選項。為了解決這個問題，一方面要改造基站供電系統(tǒng)，另一方面，要求廠家提供多種應對方案，包括相關的配套設備，AAU的低壓工作能力，交流工作能力，以及其它節(jié)電策略。

4.3 建設策略

（1）按需建設，循序漸進。結合上述分析的4G網(wǎng)絡成長周期，預測5G業(yè)務發(fā)展節(jié)奏，根據(jù)業(yè)務節(jié)奏進行建設。根據(jù)應用預測，5G建設的第一階段，主要以增強視頻、AR/VR，無人機等創(chuàng)新應用為5G發(fā)展驅動力， eMBB成為5G初期首選場景。第二階段，以智能機器人，車聯(lián)網(wǎng)等應用為主，網(wǎng)絡需滿足低時延、大帶寬需求。第三階段，各應用智能化、規(guī)模化，網(wǎng)絡需滿足大連接、低時延、大帶寬需求。因此，從投資效益角度出發(fā)，5G網(wǎng)絡的建設應根據(jù)各階段業(yè)務需求，按需投資。

（2）從點線面考慮，重要場景差異化覆蓋。5G由于較高的頻率，覆蓋半徑較小，考慮經(jīng)濟效率，初期建設非連續(xù)覆蓋是必然的。采用分用戶分場景差異化覆蓋，逐步實施是首選。從點、線、面三方面來考慮：

一是關鍵的點，主要是分散的重要用戶，包括高APRU用戶、政企重要用戶、VIP用戶活動區(qū)域，機場，車站，碼頭，港口，重要景區(qū)以及營業(yè)廳等其它重要點狀區(qū)域。

二是重要的線，如重要城際高速、高鐵，機場高速等有利于塑造網(wǎng)絡口碑的體驗場景。

三是高價值的面，高端人口密集的核心城區(qū)，重要商業(yè)區(qū)，目標用戶密集，3/4G網(wǎng)絡流量較高的，運營價值區(qū)域，局部實現(xiàn)連續(xù)覆蓋是必要的。

4.4 網(wǎng)絡重耕

（1）為了達到eMBB的極致體驗，體現(xiàn)速率上的優(yōu)勢，5G網(wǎng)絡需要單載波占用100MHz以上的頻率資源。根據(jù)工信部無線電管理機構相關文件顯示，將分配3300-3600MHz和4800-5000MHz作為三大運營商5G網(wǎng)絡部署使用，其中3300-3400MHz原則上限室內使用。因此，從明確分配的資源來看，三大運營上能夠用于部署5G網(wǎng)絡的頻率資源非常有限，基本上只能部署單個載波。

（2）無線網(wǎng)絡中，頻率資源一直以來都是稀缺的資源，圍繞頻率資源的重耕，從2G網(wǎng)絡時代的900M/1800M開始，到后來的3G，再到現(xiàn)在的4G，一直都在進行重耕，以便用更多更經(jīng)濟的頻率資源，特別是頻率較低的資源，從深度到廣度推進新一代網(wǎng)絡的發(fā)展完善，5G時代依然如此。提前考慮現(xiàn)有2/3/4G網(wǎng)絡頻率的重耕，以便為5G發(fā)展提供更加豐富的資源。當前各大運營商獲得并使用的頻率資源如圖8所示。

圖8 三大運營商頻率資源

從上面已經(jīng)分配使用的頻率資源來看，聯(lián)通的存量頻譜達到162MHz，遠超過分配給5G的C-band。隨著5G建設拉開序幕，2G網(wǎng)絡將加速退網(wǎng)，現(xiàn)有2/3/4G網(wǎng)絡頻率整體重耕將持續(xù)進行。以聯(lián)通為例，頻率重耕建議按照兩階段進行：

第一階段2G全面退網(wǎng)。為5G部署騰出電力，天饋天面等資源的同時，為4G部署VOLTE，NB-IOT提供寶貴的低端頻率資源，將4G進一步做深做厚，為逐步部署VOLTE作準備。

第二階段，3G逐步退網(wǎng)。5G業(yè)務迅速增長，4G業(yè)務逐步回落，并且VOLTE全覆蓋，3G逐步退網(wǎng)，3G退出的頻率加上TD-LTE退出的頻率，通過整合，最終擠出100MHz用與部署5G第二載波，大大提升5G覆蓋，容量和吞吐率。最終建成1+1極簡的高效網(wǎng)絡，4G承載全部語音，中低速數(shù)據(jù)及部分物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，5G承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務及大部分物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。兩階段的頻率重耕示意如圖9。

圖9 5G階段頻率重耕

（3）工信部分配給運營商，用于5G網(wǎng)絡最低為3300MHz以上，比現(xiàn)有3/4G網(wǎng)絡頻率高一倍左右。根據(jù)電磁波頻率越高，傳播損耗越大的特性，意味著要達到相同的覆蓋，需要增加數(shù)倍的投入。通過頻率重耕，將較低的頻段用于5G建設，不僅有利于提升網(wǎng)絡容量，對網(wǎng)絡的深度覆蓋也帶來不可估量的影響。

5 總結與建議

5G網(wǎng)絡蓄勢待發(fā)，雖然經(jīng)了3/4G大規(guī)模建設，雖然各運營上積累了許多快速部署經(jīng)驗，但是由于5G網(wǎng)絡在業(yè)務需求，網(wǎng)絡架構和形態(tài)上全新的特點，仍然有許多短板要提前考慮，才能做到從容應對，經(jīng)濟部署。根據(jù)前面的分析，總結如下：

（1）加速推進2G網(wǎng)絡的全面退網(wǎng)工作，緩解基站電力容量和天饋天面部署壓力，為5G部署進行前期準備。

（2）推動VOLTE的建設和商用，是3G精簡和退網(wǎng)的先決條件，為1+1極簡網(wǎng)絡作好準備。

（3）從經(jīng)濟部署策略考慮優(yōu)先采用NSA（非獨立組網(wǎng)）架構，再向SA（獨立組網(wǎng)）架構演進。

（4）設備選型，綜合考慮技術成熟度，覆蓋能力，容量增益，單站成本，對標友商等因素，無線設備優(yōu)先選擇64T64R。

（5）考慮單站電力容量需求大幅增加，要提前考慮改造基站供電系統(tǒng)，另一方面，要求廠家提供多種應對方案，提供能耗較低的無線設備，降低部署難度和運行成本。

（6）根據(jù)4G網(wǎng)絡成長周期，預測5G業(yè)務發(fā)展節(jié)奏，根據(jù)業(yè)務節(jié)奏進行建設部署，按照點線面重點部署，逐步推進。

（7）持續(xù)進行網(wǎng)絡重耕工作，為5G建設提供優(yōu)質的低頻資源是實現(xiàn)深度和厚度覆蓋的必由之路。 ★

作者簡介：

何建：高級技師，碩士畢業(yè)于華中科技大學，就職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司深圳市分公司。

蘇小文：碩士畢業(yè)于華中科技大學，就職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司深圳市分公司。

陳偉：本科畢業(yè)于電子科技大學，就職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司深圳市分公司。

作者：何建 蘇小文 陳偉 來源：《移動通信》