5G商用初期网络部署分析

赵 娟（北京信通传媒有限责任公司，北京 100061）

0 引言

2019 年6 月6 日，中国工业和信息化部发放了5G商用牌照，标志着我国5G 时代正式到来。与4G LTE系统相比，5G 系统在数据速率、时延以及支持设备接入数量等方面具有很大的优势，为下一代业务应用奠定了基础。5G 在建设及商用过程中可能面临哪些挑战，运营商将采取何种策略实现5G 系统的平稳落地，在当前阶段应将哪些区域作为重点建设目标，以及各种典型场景的部署方案逐渐成为公众关注的焦点。本文将对5G 商用初期的网络建设现状进行分析与研究。

1 覆盖性能挑战

提起5G，大众往往被其超高的数据通信速率所吸引。事实上，除去5G 空口所使用的调制技术、新型系统架构以及简化的信令流程等因素外，高速率本质上是通过使用比现网更宽的频率来实现的。目前，3GPP将5G 频率主要分为2 个部分：450～6 000 MHz 以及24 250～52 600 MHz；其中低于6 GHz 的频段为我国运营商在5G初期主要使用的频段，而较高频段为部分毫米波频段，由于频带资源丰富，具有广阔的发展潜力。

与前几代无线通信系统相比，5G 可使用的频段十分丰富，但其频谱资源大多分布在中高频区域。由于中频段路径损耗比LTE 系统频段高出2～3 倍，而在毫米波频段下二者路径损耗值最高可能相差6倍。简而言之，在同样的通信距离下，中高频段的信号强度只能达到以往通信系统的若干分之一；随着信号频率升高，电磁波绕射性能也变差，即便在当前运营商所使用的3.5 GHz 中频段，信号穿透损耗的典型值也高达26 dB（约衰减到室外信号的1/8）。室外宏站信号在室内几乎无法保证接收质量。覆盖问题已经成为5G 初期亟待解决的痛点之一。

从最早商用5G 的韩国及美国所收集的用户反馈信息也印证了这一问题的存在。韩国作为首个5G 商用国，其5G用户已突破百万。但其网络覆盖率和数据速率却饱受争议。截至2019 年6 月，韩国全境内共建成约60 000 个5G 基站，且绝大多数都部署在大城市中。但即便如此，用户反馈其城市中5G网络信号非常不稳定。一方面下行速率与其宣传的20 Gbit/s相距甚远，另一方面5G网络连接成功率也较低。这一问题在室内愈加严重，业务中断的情况屡有发生。在美国，5G网络连接稳定性也难以保证，部分场景下数据速率仅与LTE相近，甚至个别城市中用户很难连接到5G信号。可见覆盖能力差可能成为我国5G 商用初期困扰运营商和用户的最主要问题之一。

2 运营商策略

我国移动通信系统的建设与运营主要依靠三大运营商，虽然在5G FR1 中也包含较低频段，但在当前阶段，运营商可使用的低频资源大都已被LTE 以及2G/3G 系统所占用，覆盖问题难以通过使用低频段来解决。

根据某运营商的一组数据，截至2019 年8 月底，其全国2G/3G 基站仍有约58 万个。尽管运营商总体策略是逐步减少2G/3G网络规模，直至最终完成退网，但由于存在部分业务速率方面需求不高的企业及公众客户，2G/3G 等业务仍有较大存量，运营商退网计划完成尚需时日。另外全国LTE 基站数量仍在不断上升，LTE 基站的新增及扩容建设需求将继续保持一段时间，以满足现网用户业务需求的增长。

前几代通信系统所占用的无线频率资源短时间内无法完成腾退计划，5G的发展将依赖中高频以及毫米波频段，相关生态的发展也将逐步成熟，最终5G 系统必将定型为高频通信系统。

在建设投资方面，当前阶段5G 基站部署成本较高，此外还需要配套采购建设相关的传输及交换系统。考虑到5G信号覆盖范围减小，完成现网同样区域覆盖的基站数量可能超过4G 基站的2倍，为了减轻巨大的资金压力，共建共享将成为5G建设的主旋律。

最后从市场驱动方面来看，目前的5G工业应用主要集中在生产自动化、服务可视化等方面，但现有业务往往对数据速率、连接数规模等要求不高，相关需求也可以通过LTE实现，未来真正的工业级5G应用仍在酝酿中；公众用户对5G 的使用也仅局限在高速下载、VR/AR 观影、视频游戏等娱乐活动，配套产业链尚未成熟，公众消费欲望有待进一步激发。在这样新兴但尚未成熟的5G 市场环境下，运营商投资建设5G 网络的动力不足，其建设和推广的目的更多在于推动技术发展与抢占未来市场。

3 规划与部署策略

3.1 重点建设区域与频率使用策略

综合考虑运营商市场战略以及当前实际情况，运营商应首先聚焦高价值区域，以4G用户分布作为规划依据，例如将4G高流量（TOP15%～30%）地区作为建设的重点目标，利用手中的高频资源实现核心建设区域的连续覆盖，如中国移动的4.9 GHz 频段，中国联通与中国电信共建共享的3.5 GHz 频段，用高用户体验抢占公众客户市场。高流量的典型区域包括高密度办公楼、住宅小区、高校、车站、机场、地铁等。

由于5G 投资巨大，短期各大运营商用于5G 建设的资源相对有限，在高频覆盖空缺的地区，可以使用5G低频段资源作为补充，尽早实现5G信号全网覆盖。

3.2 典型场景建设方案

3.2.1 高密度商区与住宅区

5G流量最高的区域将是高密度商区与住宅区，实现这些区域的覆盖主要面临如下难点。

a）楼宇密集，信号遮挡严重。

b）宏站信号无法深入大楼或小区内部，存在大量弱覆盖区。

c）可能存在与物业及居民协调的困难。

针对这些区域，可以利旧周边宏站站址，使用Massive MIMO 宏站远距离定向覆盖；同时利用路灯杆、物业设施等进行近距离精准覆盖。对于建筑内部穿透损耗高的场景，增加有源室分设备，完成室内信号覆盖。在实际建设的过程中，应关注室内外协同规划，避免室外干扰室内；在室分设计时，要做好精确覆盖设计，控制室内信号外泄。根据不同功能区业务需求，做好容量规划，提高资源利用率；做好参数规划，确保室内话务吸收。

3.2.2 交通枢纽及沿线

交通枢纽主要分为站厅和交通沿线两大场景。其中站厅部分可利用室分系统进行覆盖，重点要做好容量规划，合理部署微站位置，以满足密集人流条件下的用户需求；交通沿线又分为地面沿线如高速公路、高铁线路以及隧道部分。高速公路及高速铁路涉及区域广、线路长，并且大部分处于用户稀少地区，在5G 建设初期市场意义不高，因此可暂缓建设；而隧道尤其地铁沿线用户量大，业务需求较高。据现有规划数据显示，至2023年地铁规划里程将达到现有里程的1.4倍，全国平均载客流量将达到1.18万人/km，地铁沿线应作为重点区域尽快实现覆盖。

地铁隧道的5G网络建设应遵循如下原则。

a）进场一步到位原则。因政策原因，地铁内网络建设现阶段1 般由铁塔公司统一完成，且已建成地铁进场难度大，施工窗口期短，因此在新建地铁线路中应一次性建设到位，避免二次进场。

b）保证专网安全原则。地铁隧道内除公网移动通信系统外，还存在警用、政务等数字集群通信系统和地铁专用通信系统等。因此地铁5G 网络建设需要考虑与专网的隔离，避免系统间干扰。

c）在建设过程中，应重点关注小区切换问题，合理设置隧道内的切换区域。切换区应规划在隧道内，一般长度在500 m 以下的隧道，可将切换区设置在距离站台100 m左右的隧道内；距离超过1 km的隧道，切换区设置在隧道中间；同时采用RRU 小区合并技术，尽量减少切换发生次数，提升用户感知。

3.3 无线设备选型

5G 在天线技术方面相比4G 有显著进步，表现在Massive MIMO 天线的出现及应用，已有最高64T64R的天线阵列投入现网使用。Massive MIMO 天线能够增强室外无线信号覆盖范围及质量，测试结果显示（见表1和表2），64T/32T天线可以较好地满足5G业务需求，并且64T天线边缘速率为32T的1.3倍，并且64T在垂直方向上的覆盖能力更强。

表1 不同高度建筑物下边缘实测速率（单位：Mbit/s）

表2 不同高度建筑物边缘实测覆盖RSRP（单位：dBm）

3.4 仿真结果

以5G 下行100 Mbit/s 边缘速率为例，对64T 设备进行了城区覆盖仿真，仿真区域面积约为20.6 km2，宏站210个，平均站距350 m，结果如表3所示。

表3 不同功率的覆盖率（下行边缘速率100 Mbit/s）

4 结束语

不难想象，5G 网络将深刻地改变社会生产与生活方式，但这一目标的实现仍然需要经过长时间的建设与各行业的不懈努力。中国将成为5G 时代真正的领跑者，有理由相信5G网络将在我国以前所未有的速度建设与发展，其将在不久的未来真正落实到生活中，带给人们全新的体验。