5G无线网络规划设计工作需满足四大要求

江苏省邮电规划设计院有限责任公司│聂磊

5G无线网络规划设计工作需满足四大要求

江苏省邮电规划设计院有限责任公司│聂磊

5G无线网的特点决定了设计中必然要做出变革，要向着“综合、灵活”的方向发展，只有做好准备工作，设计才能够在5G无线网建设中发挥更重要的作用。

5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G支持0.1～1Gbit/s的用户体验速率，每平方千米100万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方米10Mbit/s以上的流量密度，每小时500千米的移动性和10Gbit/s以上的峰值速率。5G为虚拟现实、智慧城市、物联网等提供了有效的网络支持。

目前，ITU、3GPP(国际移动通信标准化组织)均已成立专门的工作组研究和制定5G标准，我国也成立了IMT-2020推进组(以下简称“5G推进组”)，联合产业界对5G需求、频率、技术与标准等进行研究。初步预计2019年5G标准可以确定。

5G关键技术研究尚在进行

由于5G标准尚未成熟，5G网络采用的关键技术也没有最终确定，目前各个相关厂家和运营商也都在各自推进5G关键技术的研究。

例如华为在其“新空口和无线接入虚拟化”的白皮书中提出了空口自适应和无线虚拟化的概念，包括了滤波OFDM（Filtered OFDM）、稀疏编码多址（SCMA，Sparse Code Multiple Access）、极化编码（Polar Codes）、多天线MIMO（Massive MIMO）、全双工（Full Duplex）等技术，其中的Polar码已经被3GPP采纳为5G eMBB(增强移动宽带)控制信道标准方案。

再如中国移动的“网络2020”技术愿景中，提出了超大规模天线、智能频谱接入、设备直接通信、超密集组网、超高速光传输系统、新型网络架构、车联网通信、业务和用户的智能感知、网络虚拟化、软件定义网络、软件定义空口、C-RAN、下一代前传接口、智能节能网络大数据安全态势感知、特征行为安全鉴权、网络安全服务开放与定制化、量子保密通信、网络自组织与自管理等关键技术。

总体来看，5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。在无线技术领域，大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点；在网络技术领域，基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的新型网络架构已取得广泛共识。此外，基于滤波的正交频分复用（F-OFDM）、滤波器组多载波（FBMC）、全双工、灵活双工、终端直通（D2D）、多元低密度奇偶检验（Q-ary LDPC）码、网络编码、极化码等也被认为是5G重要的潜在无线关键技术。

5G无线网建设具备三大特点

根据工信部、5G推进组的工作部署以及三大运营商的5G商用计划，我国将于2017年展开5G网络第二阶段测试，2018年进行大规模组网试验，并在此基础上于2019年启动5G网络建设，最快2020年正式商用5G网络。根据5G网络发展的趋势而言，在无线网络建设方面具有如下几个特点。

首先，频段更高。2014年9月，国家无线电监测中心、国家无线电频谱管理中心与全球移动通信系统协会（GSMA）共同发布了《关于未来宽带移动通信与频谱高效利用的合作研究报告》。报告显示，我国下一代移动网络将继续以6GHz以下相关频谱为主，包括现有2G/3G频谱的重耕、在《中华人民共和国无线电频率划分规定》中通过脚注标记给移动通信系统的频谱，比如3400～3600MHz、以及WRC-15上为移动通信系统新划分/规划的频谱，目前中国支持的主要有3段：3300～3400 MHz、4400～4500 MHz、4800～4990 MHz。在此基础上，下一代移动网络还将可能使用6GHz以上频谱资源，目前主要面向6～100GHz。结合中国的频率划分、规划、分配和使用情况，报告在6～100GHz提出了十余段值得研究的频率，如下图所示：

由此可见，5G网络较现有的移动通信网络而言，将采用更高的频段，无线信号在传播的衰减将会更大，在组网过程中对于基站的位置要求将会更高。

其次，基站更加密集。更好的频段和更大的业务容量都要求基站的间距进一步下降，密度进一步增加。在2G、3G移动通信网中，采用的是800MHz和900MHz的频段，密集城区站间距保持在1千米、农村站间距保持在6～7千米，即可满足覆盖要求。4G移动网工作在2GHz频段附近，密集城区站间距要小于500米，农村要小于3千米才可以基本满足覆盖要求。5G移动网的频段更高，必将导致站间距的缩小和基站密度的增加。同时，5G支持0.1～1Gbit/s的用户体验速率，每平方千米100万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方米10Mbit/s以上的流量密度，每小时500km的移动性和10Gbit/s以上的峰值速率，这些要求都较4G有了大幅度的提升，从而要求单个基站服务的区域不可能太大，导致基站密度的增加。

最后，基站形态的变化。在2G时代，基站以“宏基站+天馈线”方式为主，基站建设中，需要建设专用机房和铁塔，以满足设备工作要求和基站覆盖要求。到了3G时代，逐渐出现了分布式基站，即“BBU+RRU”方式，进而在4G时代发展为“BBU集中设置”的方式，对于机房配套资源的需求有所降低。在5G时代，由于频段的增高和单个基站能力的增加，要求基站密度大幅度增加，单个基站需要覆盖的面积不会太大，无线网络扁平化和网格化将会是演进的方向。因此，对于基站设备而言，小型化、安装灵活成为必然的方向。5G时代基站将以小、微基站为主，基站天线也将集成于设备内部，以便根据现场的实际情况快速、灵活地进行安装。

5G网建中规划设计的四大要求

鉴于5G无线网建设的特点，在对无线网进行规划设计过程中，与现有模式存在一定的差别。

首先，整体规划十分重要。5G网络的定位决定了其不会成为一个全覆盖网络，对于高速率、大容量的数据仅仅是人口密集、经济发达区域对于网络的需求，如何确定这些业务热点区域，如何确定网络范围和规模是5G网络建设中十分重要的任务。网络规划可以结合业务需求定量地对相关区域进行分析，从而确保网络建设有的放矢，能够有效地完成网络建设投资的回收。同时，由于建设过程中现场的复杂性，需要不断对规划方案进行调整以确保规划目标的实现。因此，在5G无线网建设过程中，整体规划是十分重要的。

其次，设计与优化结合更加紧密。与现有移动网络先设计再优化的方式不同，5G网络建设可能是一个边设计边优化的过程。一方面，在规划中对于业务热点的预测不会十分准确，100～200米的偏差会导致完全不同的效果；另一方面，现在建设的难度越来越大，不可能所有的基站都能够在理想的位置按照理想的方式建设，因此，站址的调整是建设过程中的大概率事件。根据现场的情况进行站址的调整，要充分掌握现场的各项数据，同时也要符合规划的整体要求，这就要求设计与优化手段的紧密结合，在调整站址的同时，对周边基站也要进行相应的优化，才能确保网络的整体服务质量。

再次，设计应采用更加灵活的手段。正是由于在现场牵涉设计、规划方案调整及优化等各项工作，所以对设计手段提出更高的要求。现有的设计模式是到现场勘察，记录现场数据，然后针对现场情况结合建设目标形成设计方案，最后以图纸和概预算等形式体现出来。在5G无线网设计过程中，这样的过程显然不足以满足建设的需求。5G无线网的设计，要求在现场能够把规划、优化、设计有机的进行融合，最好能够使用集规划、优化、设计工作为一体地终端，在现场完成站点方案的设计、规划方案的调整和周边基站的优化工作，这样才能满足5G网络快速建设和快速调整的需求。

最后，设计与施工的结合。无线网络建设中进场难的问题现在越来越突出，选点、设计、天馈施工、无线设备施工、传输设备施工等各个工序都需要进场，对于业主而言十分繁琐。在5G无线网建设中，基站设备集成了无线、传输以及天馈的功能，完全可以通过一次进场完成施工。考虑到基站小、微设备安装的易操作性，设计和施工也可以进行有机的结合，在现场确定设计方案后，立即施工，一方面可以避免施工与设计的不一致，另一方面又减少了一次进场次数，既可以降低建设难度又能够提升施工质量。因此，设计与施工的结合也是5G无线网建设中可能的一个发展方向。

总结

随着移动通信技术的不断发展，5G已经距离我们越来越近了，在各项技术标准即将成熟之际，根据5G无线网建设特点研究建设中设计的变化，对于更好地进行5G网络建设意义重大。5G无线网的特点决定了设计中必然要做出变革，要向着“综合、灵活”的方向发展，只有做好准备工作，设计才能够在5G无线网建设中发挥更重要的作用。

编辑｜黄海峰 huanghaifeng@bjxintong.com.cn