快速部署5G网络天面融合工程方法研究

郑圣土，潘 戟，吴月文，张华东

（1.浙江云锋网络技术有限公司，浙江 杭州 310000；2.中国铁塔温州市分公司，浙江 温州 325000；3.中国联通温州分公司，浙江 温州 325000）

0 引 言

2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电4家运营商发放5G商用牌照。这意味着中国正式进入了5G商用元年，并成为继韩国、美国、瑞士、英国之后，全球第5个开通5G服务的国家。2020年3月，中共中央政治局常务委员会召开会议提出，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。5G基站建设排在新基建首要位置，如何快速部署5G网络，做好5G网络与2G、3G、4G的融合，进一步优化网络覆盖，更好地服务用户，同时为5G技术演进的研究掌握主动权，为上下游的产业链发展提供保障，是当前各大厂商和运营商面临的主要问题。

2019年9月9日，中国电信与中国联通联合签署了《5G网络共建共享框架合作协议书》，宣布将携手共同建设5G无线网络。根据合作协议，中国电信将与中国联通在全国范围内合作共建5G接入网络。

2020年5月20日，中国移动与中国广电对外宣布合作，并签订5G共建共享的合作框架协议。中国广电的优质频段和内容资源，与中国移动的成熟技术设备相互叠加，强强联手共享优势。中国移动和中国广电将以1：1比例共同投资建设700 MHz 5G无线网络，共同所有并有权使用700 MHz 5G无线网络资产。

综上，未来中国要建设两张5G的网络，中国电信和中国联通共建一张5G网络，中国移动和中国广电共享一张5G网络。如何快速部署5G网络主要存在以下困难：（1）5G网络的设备用电需求是4G的3倍以上，因此站点电源整改是第一大难点，接近90%的站点需要整改；（2）天面空间需整改，能直接满足需求的天面在4%左右，改造工作量巨大，且80%以上的天线需要做天馈融合，是本文研究的重点；（3）传输资源改造，5G的网络单独组网，且对传输的设备要求更高，70%的站点需要进行传输改造；（4）机房空间需要改造，约30%的机房需要增加机柜。

1 5G网络简介

5G也称为第五代移动通信网络，是下一代无线系统移动通信标准。5G网络的特点是通过高接入速率、低使用时延、海量连接能力、超高流量密度，实现人与物的智能互联、信息的高速传输，从而渗透到未来社会各个领域，构建以用户为中心的全方位信息生态系统。“4G改变生活，5G改变社会”，5G无线网络将以全新的网络架构和关键技术，提供超高传输速率、毫米级传输时延和千亿级连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代，对社会产生的深远影响将超过前几代移动通信技术。

5G能为用户提供高清视频、云桌面、在线游戏、虚拟现实（VR）以及增强现实（VR）等高端业务体验。5G还将应用到物联网等领域，融合工业设施、医疗仪器以及交通工具等设备全面实现“万物互联”，有效满足工业、医疗以及交通等相关行业的信息化服务[1]。

为满足5G的业务需求，它的网络架构必须具有高度灵活性、稳定性、支持更多的工作模式，还需要高密度网络，使用高级小区、高级节点互操作和自组织网络来实现。此外，5G网络通过载波聚合实现更高的频谱，可以在许可或非许可频段上实现，可以工作在毫米波段，也可以通过认知无线电技术实现。

无线接入网技术是5G技术中最关键的技术之一。图1给出了实现5G需求所需的无线网络关键技术。5G网络的数据传输速度达到Gb/s量级，这需要通过使用大MIMO、毫米波和新波形及轨道角动量复用来实现。不同的蜂窝和无线网络对于容量和带宽的需求非常大。未来5G网络数据速率必须增加Gb/s量级。较高的数据速率可以通过使用毫米波频谱来实现，较小的毫米波长度可以与定向天线组合，从而支持更高吞吐量，因为大MIMO作为空间处理技术可以提供正交极化和波束赋形。此外，5G用户大连接需求需要采用新型多址技术，即非正交多址技术（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）[2]。

图1 5G无线网络的关键技术

图2给出了无线接入网有效的毫米波。通过载波聚合可以支持更高的数据速率，即通过频谱组合技术产生一个更大的虚拟带宽。其中一个策略就是使用许可或非许可频段进行载波聚合以改善带宽。

图2 适用于5G无线接入网的毫米波

MIMO技术基于多进多出的天线陈列技术，是将多根发射天线和接收天线进行阵列组合来实现的，可以看作智能天线阵列。由于它优于部分多用户MIMO，所以在5G中必须使用该技术。大MIMO技术需要基于上百阵元，通常工作在超过10 GHz的高频，从而大大增加容量。

2 5G网络部署

运营商企业自拿到5G牌照后抓紧部署网络，对网络的现状进行了充分调研和摸底。先对现网的频段进行分析如表1所示，根据现网情况，基本上每个站点移动都至少部署了2G+4G占用6副天线；联通、电信部署了2G+4G或者3G+4G，天面资源已经非常紧张。

自2014年铁塔公司成立以来，天面的共享率已提升至80%以上，各类地面和楼面的塔型已无空余的天面空间。对温州地区的100个站点进行摸底调研，情况如表2所示，能直接安装和满足新增抱杆条件的占比小于20%。80%以上的站点需要对天面进行融合改造，以腾出空间安装5G天线。温州地区的5G网络移动单独建设，电信和联通委托联通建设，以下分移动和联通两类情况对天面融合进行讨论。

表1 3家运营商现网的频段

表2 摸底100个站点的天面情况

2.1 移动的天面融合方案

天面融合的原则：频段相近，优先合并；基础覆盖层，最小合并；方位角相差＞30°，不合并；高度相差＞10 m，不合并。基于性能影响预评估，平衡网络性能和投资推荐合理的天线选型，基于迭代RF参数规划，最小化对现网2/3/4G的性能影响。如表3所示。

2.2 联通的天面融合方案

现网以单、双面为主，基本原则如表4所示：天面有空间场景，新建抱杆部署；存量站点有空闲抱杆场景，优先考虑利旧现有抱杆，利旧前需做利旧可行性评估和加固方案评估；天面不满足场景，通过多端口天线收编存量天线，腾出抱杆。

3 天面部署工程实践

经过提前摸排站点情况，对移动和联通的天面融合方案进行汇总研究讨论，确认了以下4个工程实践的方案，包含天线直接替换、新增抱杆、天面融合后腾出抱杆以及美化特殊站点的安装示例。

表3 天馈性能影响评估，筛选最优合并方案

表4 联通天面融合原则

3.1 方案一：天线直接替换

移动的D频段独立天线，替换D频天线，160M带宽直接替换现网D频天线，实现4G演进3D MIMO增加容量，如图3所示。

图3 直接替换

3.2 方案二：有空余空间，新增抱杆

有空余空间或抱杆直接上塔，有新增抱杆条件可新增抱杆，如图4所示。

图4 新增抱杆

3.3 方案三：二天面以上，融合替换

推荐全频天线收编所有天面在满足覆盖要求下，考虑直接替换，如图5所示。

图5 融合替换示例

3.4 方案四：特殊美化站点

选择标准安装件或者大抱杆安装天线，如图6所示。

图6 美化站点安装示例

3.5 创新方案五：抱杆接续及加辅杆利旧现有抱杆

针对天面空间不足，通过抱杆接续及加辅杆利旧现有抱杆，如图7所示。

图7 抱杆接续及横向增加辅助杆

3.6 创新方案六：女儿墙隐蔽安装

针对中国区传统楼顶站点天面空间受限，增加传统天面时容易因为被居民感知而导致部署5G受阻，采用女儿墙安装解决方案实现5G AAU贴墙安装，提高隐蔽性，如图8所示。

4 效果及指导意义

通过以上方案的逐步实施推进，目前在温州地区已快速实现了5G网络的广度覆盖。温州移动的5G基站数量已经突破4 000座，温州联通和温州电信的5G基站数量也突破2 000座。温州3家运营商及温州铁塔还在继续抢抓时间快速部署5G网络，预计到2020年底将突破8 000座5G基站，基本实现温州主城区的广度覆盖和机场、动车站等交通枢纽以及旅游景区等重点区域的深度覆盖。此外，随着网络的进一步覆盖，用户将不断增长，同时会出现网络性能的下降，需要进行网络优化规划和调整。

图8 女儿墙安装示例