智慧城市建设背景下5G 无线网网络规划分析

吴敏娜，宣以所

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230041）

1 智慧城市建设的发展状况

1.1 欠缺统一计划

建设智慧城市的任务量和涉及的人员数量十分庞大，若是想快速达到智慧城市的建设目标，把必须将整个城市均归入智慧城市的发展计划中去，而中国现在许多区域对于智慧城市没有统一计划，所以，在建设智慧城市的过程中，经常会产生难以解决的信息数据问题。

1.2 发展模式落后

智慧城市的建设不能脱离智慧产业的扶持，不管是智慧技术、产品和产业均可以成为智慧城市的辅助力量，但是许多城市的智慧产业发展速度十分缓慢，不能提供较好服务。政府相关部门需要设计出科学合理的规划，让有助于智慧城市发展的企业融入城市的建设中，辅助智慧城市更加稳定健康的发展。

1.3 城市基础设施不健全

城市中的基础设施不健全，也会阻碍智慧城市的发展，不管是城市公共服务系统或是信息系统的基础设施不健全，均会影响到智慧城市的发展。建设一个可靠的网络将城市公共服务系统的各个部分有效的连接起来，是智慧城市建设中重要的工作。

2 5G 网络技术的特征

5G 即第五代蜂窝移动通信，国际标准化组织3GPP定义的5G 移动网络三大应用场景：eMBB、mMTC 和uRLLC。eMBB 用于大流量移动宽带业务，如3D/超高清视频、VR/AR、云办公等；mMTC 用于大规模物联网业务，如智能路灯、智能水表等；uRLLC 用于低时延、高可靠连接的业务，如无人驾驶、工业自动化等。

5G 网络采用网络切片的方式实现三大应用场景的业务。所谓网络切片就是通过切片技术在一个物理网络上虚拟出多个端到端的网络，每个网络具有不同的功能，适配不同类型的服务需求。三大应用场景对应的网络切片分别为eMBB 切片、mMTC 切片、uRLLC 切片。网络切片能满足不同行业用户对网络带宽、时延、可靠性、连接数的需求，保证资源的可用性、可靠性和安全隔离，并可提供可定制的增值业务，包括计算、存储、内容、位置等服务功能。

5G 无线网络将基站BBU 重构为CU（Central Unit）和DU（Distributed Unit）两级结构，CU 负责处理非实时的无线高层协议栈功能，DU 负责处理实时计算需求和物理层功能。一个CU 可以控制多个DU，有利于站间协同和基带资源共享。CU 和DU 的分离，使组网方式更为灵活，也有利于实现无线网的云化和虚拟化。CU和DU 可以分开也可以合设。

为提供无线网络的容量和频谱效率，5G 无线网采用Massive MIMO 技术，在基站侧配置了大规模天线阵列。Massive MIMO 中的波束赋形技术可提高信号覆盖、降低小区间用户干扰，其中的SU-MIMO 技术可提高该用户的传输速率和频谱效率，MU-MIMO 能显著提升小区的吞吐量和容量。

除上述特点外，5G 网络无线帧结构相比4G 采用了更短的子帧周期，提供了更丰富的子帧周期配置，5G 网络提供了更精细化的QoS 保障等。

3 5G 无线网络规划的分析和研究

3.1 5G 网络规划将客户作为核心

智慧城市背景下的5G 无线网络规划需要将客户作为规划的核心，按照客户需求展开科学的资源配置。智慧城市的建设内容包括与城市服务相关的方方面面，如包含政务、交通、医疗、教育、智慧农业等惠民服务，也包含城市管理、公共安全等与城市精准治理相关的服务。除了对网络要求良好的覆盖外，不同的业务对网络的需求不完全相同。如城市管理的智能化市政基础设施，交通服务需提供及时的道路拥堵情况、公交车来车信息等，对实时性要求更高；城市的公共安全高清摄像头的拍照传输的数据量大，对网络容量要求高；一卡通等交互类项目对网络安全要求高。在规划过程要和城市规划相融合，设计出相适应的规划内容。

3.2 多频段混合立体组网

国内5G 网络分配频率如下图，主要在700M、2.6G、3.5G 和4.9G 频段上。随着5G 网络的运营，运营商将会加快2G 用户、4G 用户向5G 转网，届时释放出的频段较低的2G 和4G 网络频段，也将可能会被用于5G 网络。

众所周知，相同条件下，频段越低覆盖距离越远、穿透能力更强。基于理论分析，城区上行边缘速率相同时，700M 站间距约为NR2.1G 的2 倍，NR3.5G 的3.1倍。700M 穿透损耗余量和一堵墙体穿损与900MHz 相当，比F 频段高13～16dB，比2.6GHz 高19～22dB。因此低频段室外宏基站用于室外连续覆盖和室内浅层覆盖，可作为打底网络。高频段室外宏基站可作为室外容量站。微基站用于满足室外宏站的小面积弱覆盖区域和高容量区域的补充需求。室分站点用于高容量、高楼层、隔断多的室内覆盖需求[1]。

3.3 站址规划和 4G/5G 协同组网

5G 网络建设尽量使用现网的站址，不新建站址，从而达到降低建设成本，提高投资收益的目的。但5G 网络不能简单继承现有频段相近的基站站址，应根据5G网络覆盖能力合理规划站址，站址选择要求：①规划站址尽量形成理想的蜂窝结构，选址的位置尽量在理想站点的站间距/4的范围内，尽量不要出现超近、超远的站点。②规划站址的天线高度在覆盖范围内尽量保持一致，应尽量避免出现高于周边建筑物平均高度15米以上或者站高超过50米的站点，若需采用，应合理设置，避免出现越区覆盖。同时城区站高低于20米的宏站应分析周围建筑物高度和是否有其他可选择站点。③规划站址选择要考虑施工和维护条件，尽量避免物业协调困难、天面条件不满足且难以改造的站点，确保规划方案可以落地实施。

5G 网络规划要做好与4G 网络的协同，要考虑对4G网络容量的补充。目前4G 网络业务量大，网络负荷较重，5G 网络规划时，优先考虑在4G 网络容量高的区域建设5G 基站。同时随着5G 网络覆盖的完善，5G 终端的普及，4G 网络业务量将会出现拐点，然后逐步下降，5G 网络业务量将会超过4G 业务量，届时可考虑释放部分4G 频段资源用于5G 网络。另外，在条件具备的情况下，通过与4G 网络共BBU、共天线等建设方式也可以有效降低5G 网络的建设成本。

3.4 5G 设备形态的分析

5G 网络无线侧将BBU 分离成CU 和DU。在网络建设的初期，业务对CU 和DU 分离需求不大，可选择产品成熟度更高的CU/DU 合设方案，部署快捷且投资低。随着5G 网络的发展和5G 应用的不断丰富，根据新应用对网络性能的需求，引入CU 和DU 分离方案，实现CU云化。

5G 天馈侧可采用AAU 形式，也可以采用RRU 外接天线的方式。室外宏站AAU 有64通道、32通道和8通道的产品。在覆盖上，64通道产品和32通道产品在水平方向上的覆盖能力相当，在垂直面64通道产品的垂直半功率角大于32通道的产品，因此64通道产品更适用于高楼的覆盖。8通道产品通道数少，赋形增益低，垂直面上覆盖能力弱。容量上，理论上通道数越多支持更多的传输流数。总之，从覆盖能力和小区容量上，64通道优于32通道，32通道优于8通道。价格上，64通道最高，8通道最低，考虑投资收益，64通道的产品用于高容量需求区域如高校、繁华商业街区、CBD 等和用于楼高超过30米的场景覆盖，32通道产品用于容量需求不高的区域和楼高低于30米的场景，8通道产品用于64、32通道产品工程实施确有困难的站址。RRU 外接天线有8通道和2通道的产品，采用8通道产品时可以与其他制式共用天线，节约现网天面资源，可用于天面紧张的站点，2通道产品可用于高铁的覆盖。

4 结束语

综上所述，智慧城市深层次发展是城市化未来建设的大方向，5G 网络的特点决定5G 将在智慧城市建设中得到广泛应用，随着5G 标准版本的持续演进，5G 将提供更丰富的功能和应用，进一步推进智慧城市的建设。