4G/5G 协同规划和建设分析

巩国栋 张志钰

（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东 深圳518000）

2019 年我国正式进入5G 商用元年、工信部正式向中国移动、中国联通、中国电信、中国广电四家运营商发放5G 商用牌照。中国移动获得了2.6GHz，由于4G 和5G 部分频段重合，需要4G 腾退D 频段进行5G 建设。但随着客户流量需求增大，同时D 频段作为4G 容量的主力频段，并且5G 发展并非一蹴而就，4G 网络仍起到举足轻重的基础承载功能。良好的网络覆盖，是确保客户感知，也是提高核心竞争力的前期。现网中的弱覆盖区域将持续影响用户感知，导致部分客户携号转网。因此提高4G 覆盖，依然是必然趋势。如何在5G 时代处理好4G/5G 的关系，解决好二者之间的有效协同，长期并存，是当前无线网规划与工程建设面临的新课题。

1 4G/5G 设备和技术协同

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。为充分发挥5G 优势，同时兼顾4G 业务需求。因此要求5G 无线网设备应支持160 MHz 全带宽，同时具备4G/5G 共模、频谱动态共享等技术特性。

采用5G 设备反开3D-MIMO,Massive MIMO 是5G 的关键技术，主要应用于基站侧。5G 设备反开3D-MIMO 是基于Massive MIMO 技术多阵列的波束赋形和垂直方向能力、由于波束方向的信号能量集中，具备较强的增益和抗干扰能力，在提升容量覆盖需求的同时也可提升RSRP（现网指标中，RSRP 反映网络的覆盖情况，而SINR 值的高低反映了信道质量.影响用户的下载速率）。5G 反开3D-MIMO 提升用户感知度时，需要注意垂直维度的覆盖能力与站点高度和同一基站优先给4G 分配功率资源。

4G/5G 协同建设，一方面可以采用5G 与4G 分设基带板，同时4G 3D-MIMO 基带板具备具备软件升级支持5G 的能力，AAU 支持4G/5G 共模，另一方面单基带板同时支持5G 与4G，AAU 支持4G/5G 共模。

2 4G/5G 天面协同

2.1 天面整合目标

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。

中国移动经过2G-4G 的建设，基站天面空间普遍紧张，即使新增抱杆，理想天线的位置已经基本被2G 和4G 占用。中国移动从节约铁塔租金，预留5G 天面空间出发，需对利用现有技术对天面进行整合。例如采用“4488”天线、“4+4”天线、FA/D 电调天线、“2288”全频段电调天线等。但在实际情况中，由于现有网络结构复杂，各频段覆盖能力差异较大，各制式天线的方位角和下倾角从在差异，因此在天面整合当中理想状态是单小区3 副天线，即TD-LTE，FDD，5G 各一副天线。当TDD 和5G 同厂家，整合FDD 天线腾退抱杆。TDD D 频段和5G 共模，TDD F 频段独立天面。当TDD 和5G 异厂家，分别对FDD 和TDD 进行天面整合。

对于天面特别紧张的基站，采用单小区两副天线，即4G 和5G 各一副。4G 采用4488 全屏天线进行天面整合。

2.2 5G 分场景天馈建设方案

本着降本增效和5G 占用理想天面出发。结合现有天面形态给出一下几种天面整合方案。

2.2.1 当现网4G TD-LTE D 频段为独立天线，

当5G 与现网4G（TD-LTE）共厂家，在天面承重满足要求的情况下，优先将4G D 频段天线替换为4G/5G 共模AAU。

当与5G 异厂家：优选FA/D 天线独立电调天线进行整合。其次选用4488 整合天面。

若无D 频段天线，需要通过整合现有天面腾出天面空间用于安装5GAAU。当900M、1800M 为独立天线，建议拆除GSM1800 腾退天面给5G，用“ 4 + 4 ”电调天线替换GSM900天线进行整合；当900M、1800M 为非独立天线，建议选用4488天线对900M、1800M、FA、D 进行天面整合。

2.2.2 若利用现有技术对天面整合后，仍然无法满足5G AAU 的安装，例如铁塔承重不满足、4G 建设已经对天面进行了整合，天线隔离度不达标等。需要进行新建铁塔来满足5G 覆盖。

3 4G/5G 协同建设面临的挑战

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，或新建杆塔进行5G 网络部署。

4 4G/5G 建设协同建设实例

无线网络按照需求分析，设备选型，规划设计的流程进行方案编制，实现对某某科技有限公司厂区的全覆盖要求

4.1 需求分析

覆盖目标简介：某有限公司是一家专注于石墨、炭素新材料及副产品研发和销售的综合型公司，占地面积约0.85 平方公里，毗邻G6 高速，交通便利。

室外覆盖需求：利用4G/5G 大带宽特点，最大程度保障用户感知，分别建设4G 宏站和5G 宏站专用网络，对整个厂区进行网络全覆盖。

室内覆盖需求：对厂区内高楼部、运营大楼、食堂和四个厂区办公室采用4G/5G 专网室内分布建设

无线网络覆盖指标要求：

表1

4.2 设备选型

总体选型原则：以“4G/5G 协同、室内外协同”为总体原则，优先采用4G/5G 双模设备，通过室外覆盖方式建设，对于封闭性好（穿透损耗大）、用户密集（容量需求高）的物业点采用室内方案。

宏站选型原则：主设备采用4G/5G 共模设备，升级和维护更为便捷，5GAAU 采用64TR 且功率大于240W 的192 阵子设备，抗干扰能力更强，天线增益更高。4G 天线选用4488 或4448 天线，便于后期网络扩展。

室分选型原则：采用4T4R 的4G/5G 共模分布式皮站，250mW 大功率pRRU 设备，匹配大带宽，灵活实现小区合分裂与合并，改善弱覆盖区域覆盖性能，提升边缘用户体验。

表2

4.3 规划设计

室外覆盖方案：共计规划8 个无线网络物理站点，每个站点为5G 2.6G 频段和4G FDD 1800M双制式，均为S111 三扇区载波配置，平均站间距约为350 米，天线初始挂高25 米，总下倾角9 度。

图1

图2

室内覆盖方案：采用分布式皮站方式，根据pRRU 间距15-30 米的原则，并结合实际室内覆盖面积，预计共规划4 个室分4G/5G 共 模 站 点，19 个Rhub 和136 个pRRU 设 备，按NR100MHz+5 载波LTE 进行配置（图2）。