5G无线网规划及组网策略

文/张志钰 赵政

1 5G发展进程

1.1 5G标准进程

5G标准分为两个阶段，R15版本主要聚焦eMBB（含WTTx）,R16版本满足5G所有场景（eMBB/uRLLC/mMTC）；2018年6月14日，R15版本标准已经冻结，奠定了商用基础。

新增Late Drop阶段，将Opt4和Opt7架构推迟纳入R15协议，NSA架构下可连NEW Core；R16协议版本中，LPWA物联网技术将基于NB/eMTC演进，不新增新空口；5G的语音标准基于IMS，协议不定义5G通过CSFB回落2/3G。

5G与4G不同，全球采用统一标准，Polar码、F-OFDM波形、上下行解耦、短时延接入、以用户为中心的网络架构等基础创新技术已被3GPP采纳。

1.2 5G频谱进展

5G首波市场已启动3.5G频段发放，2.6G主要在美国和中国，C-Band+大带宽已成为5G部署的主流选择，提供5G的普遍容量和覆盖，目前标准最大支持100MHz/载波；毫米波受限于产业成熟度，整体规模商用节奏将晚于C-Band，目前标准最大支持400MHz/载波。

国内频谱分配中国移动2.6G 160M,电信联通3.5G各100M，广电4.9G 50M；2.6G频段低，覆盖更好，带宽大，连续160M灵活部署，但产业链不成熟，3.5G频段高，覆盖差，但全球产业链成熟，4.9G外部干扰风险小，容易协调，基于业务按需部署，更灵活。

图1：5G网络架构选项

1.3 5G终端情况

根据调查，自16年起新增终端全部支持B38/41，根据现网统计，手机销量排行榜前26的手机终端中仅iPhone 5S不支持B38，及15年以前少量低端机不支持2.6G D3频段，现网占比预计不足5%，对移动2.6G 160M连续覆盖基本无影响。

目前市面上已发布支持2.6G NR的主流5G芯片有华为的麒麟980+巴龙5000，高通骁龙855+X55,华为的基带同时支持NSA/SA双模组网。

2 5G关键技术

与4G相比，5G的峰值速率从1Gbps提高到20Gbps，提升20倍；用户体验速率从10Mbps增强到100Mbps，提高10倍；频谱效率为4G的3倍，移动性从350km/h提升到500km/h，时延从10ms降低到1ms，连接密度每平方公里连接数从10万提升到100万，提升了10倍，网络能量效率提升100倍，流量密度从0.1Mbps/m2提升到10Mbps/m2。

2.1 大规模天线（Massive MIMO）

大规模天线Pre 5G的核心技术，基站侧安装大规模天线阵列，利用多根天线形成的空间自由度及有效的多经分量，提升系统频谱利用效率。大规模天线技术的应用场景包括宏覆盖、高层覆盖、热点覆盖和无线回传。大规模MIMO通过提升天线的数量使得频谱效率提高进而成倍的提升网络质量，大规模MIMO具有低时延、干扰程度低、功率效率高以及系统性能优异等优点。

大规模天线将导致基站的价格上升，建站成本增高，同时流量增加带来RRU和BBU之前的前传压力增加，方案上将前传变成后传短期较难实现，将导致光纤的需求增加。

2.2 同时同频全双工

最近几年，同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术，在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高1倍。

全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源的使用更加灵活。然而，全双工技术需要具备极高的干扰消除能力，这对干扰消除技术提出了极大的挑战，同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下，全双工技术的应用难度更大。

2.3 D2D

传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。

目前，D2D采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其增强技术，包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。

2.4 密集网络

在未来的5G通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小小区/扇区将高达100个以上。

3 5G组网方案分析

2017年12月完成5G网络架构选项3（NSA），支持eMBB NSA，信息锚点在LTE，数据分流点在NR，LTE需要支持NSA，LTE不需要扩容，支持LTE/NR双连接；2018年6月完成5G网络架构选项2（SA），支持eMBB SA，信息锚点在NR，需要连续覆盖，保证业务连续，LTE需要支持NSA，不支持LTE/NR双连接，架构支持5G全业务；2018年12月完成5G网络架构选项7（NSA），支持eMBB Late Dorp，信息锚点在eLTE，支持LTE/NR双连接，LTE需改造支持eLTE，架构支持5G全业务；预计2019年12月完成5G网络架构选项4（SA），支持eMBB+uRLLC+mMTC，信息锚点在NR，支持LTE/NR双连接，LTE需改造支持eLTE，架构支持5G全业务。如图1所示。

3.1 5G网络架构选项3（NSA）

接入网进行重构核心网侧沿用4G网络EPC，接入网侧LTEeNB扮演了与核心网控制面连接锚点的角色，所有控制信令都是通过LTEeNB下发，而用户面数据通过LTEeNB进行承载分离；参考了3GPPR12的LTE双连接构架，UE在连接态下可同时使用LTE eNB和gNB的无线资源(其中eNB为主站，gNB为从站)；gNB处理能力受限于LTE eNB的处理瓶颈，eMBB业务速率受限于LTE eNB侧传输带宽，不支持5G新增场景mMTC、uRLLC；优势在于利旧4G网络，利于快速部署，且成本相对低廉。

3.2 5G网络架构选项2（SA）

整个网络进行重构5G系统独立组网，gNB通过新空口NG-U连接到NGC。无线接入网和核心网都是全新构建的，而未利用或兼容现有的4G网络；缺点是未能有效利用现网资源，部署成本较高；优点在于同时引入NGC和NR可全面支持5G的多元化业务；同时，由于减少了4G和5G之间的接口，降低了系统复杂度。

3.3 5G网络架构选项7（NSA）

相当于选项3系列的升级版本，核心网侧重构为NGC，接入网侧仍有效利用现网4G资源，考虑到LTE eNB处理能力遭遇瓶颈，将其升级为eLTE eNB，并以eLTE eNB作为锚点，承载gNB的业务；eLTE eNB为主站，gNB为从站；需针对原有4G LTE eNB进行升级改造，系统互操作复杂度高；综合了4G网络基础资源成熟及5G网络性能优越的优势，前期投入相对独立组网要小。

3.4 5G网络架构选项4（SA）

相当于选型7系列的变体，两者不同之处为控制面连接锚点的功能改由gNB承担；eLTE eNB为从站，gNB为主站；对5G全覆盖的程度要求较高，否则无法有效利用4G资源；最大化4G和5G联合组网的优势，在4G退网前，发挥余热。

3.5 NSA/SA对比分析

SA优势在于一步到位，无二次改造成本，易拓展垂直行业，5G与4G无线网可异厂商；NSA优势在于对核心网及传输网新建/改造难度低，对5G连续覆盖要求压力小，在5G未连续覆盖时性能略优， 但对4G无线网改造多，国际运营商多选择NSA，电信联通选择SA，移动规模试验选择NSA，正式商用选择SA。

4 5G无线网规划方案

中国移动5G使用2.6G 160M频谱，移动现网D频段的60M加上电信联通各自50M构成，电信TDD 2.6G站点建设规模较小，而且已经在逐步退频，联通未建设2.6G站点。由于2.6G比电信联通的3.5G频段较低，室内覆盖提升6dB，小区覆盖半径提升30+%，2.6G一张网建设，可兼顾4G容量和5G覆盖需求，快速搭建5G网络。2.6GHz覆盖优亍3.5GHz，上行无需考虑增强方案，降低了网络复杂度；低价值区域现网存量室分场景可考虑直接合路方式接入现有DAS系统，降低成本；4G/5G可共模使用大规模天线设备，降低组网成本；最终可获得连续的160M 5G频谱资源，降低组网难度。

通过测试对比分析2.6G 64TR比3.5G 64TR上下行覆盖能力均提升1.5倍；2.6GHz 64TR PUSCH可达到FDD 1.8GHz覆盖距离的 87%；以复用D频段站间距300m-350m来看，2.6GHz 64TR 考虑浅层覆盖，上行边缘速率基本可达到1Mbps的水平，远高亍3.5GHz的178Kbps水平。

CU/DU分离的前提是CU和核心网完成云化，因此建设初期必然是CU/DU合设；当CU集中部署时导致部署复杂度增加，相比4G，新增需部署的网元设备，CU集中后对可靠性要求很高，对机房要求高，也需考虑CU容灾方案，对URLLC业务，需同时部署下沉到无线机房的CU；其次是管理复杂度增加，CU与DU之间对接参数配置、数据一致性、版本兼容性等，都将增加管理复杂度，特别是CU/DU 异厂商部署时，不同CU型态会导致不同的CU软件版本，可能同时存在部署不同位置但服务同一个DU的CU设备（和DU合设及分离） 管理，还会信令时延增加，CU与DU之间的RRC信令时延，如将增加附着/接入时延。

5G语音技术方案，标准定义明确5G VoNR和4G VoLTE都基于IMS；NSA下直接利用VoLTE，SA下回落到VoLTE，语音体验无差别；NSA下VoLTE：MOS 4.1，接入时延～2s，SA回落VoLTE：MOS 4.1，接入时延2～3s。

5 5G建设面临的挑战

5G部署主要面临前传资源、动力配套、天面等三个方面的挑战。由于5G的高流量带来RRU和BBU之前的前传压力增加，方案上将前传变成后传短期较难实现，将导致光纤的需求增加；由于5G设备功耗高于4G设备，对动力配套的要求较高，现网资源多数已不满足多家运营商新增5G设备，需要提前对动力配套进行改造；现网资源天面县城以上已基本占用，无空余天面资源，需要对天面采用合路天线进行整合，或利用社会杆塔进行部署5G网络。