基于现网挖潜的4G/5G低成本无线覆盖方案

杨丹，张婧，吕沛锦，陆赟，杨占春

（1. 中国移动通信集团云南有限公司，云南 昆明 650228；2. 中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司，重庆401121）

1 引言

1.1 4G和5G网络长期共存，但4G无线投资全面缩减

虽然运营商4G网络建设投资锁死，但数据流量业务仍保持增势，局部热点区域高负荷问题长期得不到解决，网络覆盖和容量需求仍十分旺盛。早在2019年中国移动通信集团业绩发布会上，董事长杨杰透露了许多新消息：“目前正在使用的4G不会快速被淘汰，将和5G网络长期共存。”他表示，“中国移动将推动5G和4G协同，满足用户数据业务和话音业务需求”。5G NR网络目前只实现了数据通信，能够承载语音通信的VoNR还在规划中，离实际使用还有距离。当前5G网络中通话时的手机都会掉落至4G网络由VoLTE进行语音传输工作。

1.2 4G和5G携手共进的可行性

从网络组网架构、关键技术原理、信源硬件来看，4G网络架构面向5G改造建设准备、5G技术先行用于4G网络提升性能及4G硬件就绪支持5G平滑演进3方面的特征，使得“4G网络5G化，5G网络4G化”已成为4G网络面向5G演进的最优低成本的方式，助力实现4G和5G携手共进。

1.2.1 组网网络架构方面

4G网络采用了扁平化的2级网络架构，即eNB-核心网（EPC）。5G虽然采用3级网络架构，即DU-CU-核心网（5GC），其中DU和CU共同组成gNB，但整体硬件结构仍然是BBU+RRU/AAU拉远覆盖组网方式。

1.2.2 5G技术先行用于4G网络提升性能方面

（1）MIMO技术：MIMO应用在LTE时代就已经有，5G时代继续发扬光大，变成了加强版的大规模MIMO。如5G网络的先行军3D-MIMO，通过更为精准的波束成形能力与多用户复用系统多流能力，实现了频谱效率的大幅提升，这正是5G MIMO技术4G化的有效利用。

（2）调制解调技术：早在LTE时代广泛使用的QPSK、16QAM、64QAM、256QAM调制技术，同样使用于5G NR网络中。

1.2.3 4G硬件就绪支持5G平滑演进方面

4G时代，1.8 GHz、2.1 GHz和2.6 GHz是运营商的主力频段。其中，2.1 GHz和2.6 GHz将通过频率重耕应用于5G覆盖。据不完全统计，某省4G网络中支持2.1 GHz、2.6 GHz频段的RRU在全网占比分别高达45%、52%，该存量RRU超90%支持通过4G站点更换不支持5G的BBU、增加5G单板后实现5G的平滑演进。

1.3 多频段多制式融合组网，多频谱协同演进挖潜冗余资源

在当前5G网络如火如荼建设的背景下，运营商应以此为契机，做好4G/5G网络协同建设和优化。在此过程中，通过多频段共基带板、多制式共基带板、多制式共RRU等多种网络融合组网方案，全局化思考4G/5G协同，多频谱协同挖潜冗余资源，解决历史入网次序导致的高低容量型号搭配不精细问题。

2 5G网络建设利旧4G资源

2.1 挖潜存量传统室分分布系统资源演进到5G

2G时代开始，室内部署了数以万计的传统室内分布式天线系统（distribute antenna system，DAS），可充分利旧传统DAS和配套设施进行5G部署，在2G/4G信源侧简单馈入5G信源，利旧传统DAS，即可完成区域内的5G简单覆盖，该方式可加快5G室分部署，节省部署成本。针对现网少量DAS不支持5G频段问题，可通过驻波比和相对衰减的信号强度两个指标值进行确认，如针对E频段（2 320～2 370 MHz）覆盖的原DAS，进行2.6 GHz频段驻波测试，若驻波≤1.5 GHz，且相对E频段衰减的信号强度≤3 dB，则可认为此DAS支持2.6 GHz。

利旧传统DAS演进策略，如对无源器件、天线支持2.6 GHz的传统室分站点，支持开NR的现网4G基站直接升级开通，且无须合路改造；单路室外对打改造为双路对打后再合路；老旧传统室分（无源器件、天线支持频段只到2.5 GHz）替换无源器件天线后再合路；存在质差区域的室分先整改再合路，关于质差区域，4G MR弱覆盖RRU占比较高站点，整改代价太高，建议直接叠加数字化室分，具体说明见表1。

表1 传统室分利旧DAS演进策略

场景选择建议：基于原DAS直接或改造后升级的5G演进策略，选择2.6 GHz频段的100 MHz带宽的5G小区实际组网测试分析，单路DAS直接合路站点，平均下载速率可达418 Mbit/s，上传速率可达到50 Mbit/s；双路DAS直接合路站点，平均下载速率可达830 Mbit/s，上传速率可达100 Mbit/s水平；针对该覆盖效果无法达到要求的场景，建议使用叠加数字化室分策略进行5G演进，如高价值、高业务、大容量、重点垂直行业的现网传统室分站点等。

2.2 挖潜存量的4G RRU升级5G

存量RRU升级NR将成为重要的补充建设手段，通过升级改造现网支持5G升级的4G RRU形成NR低成本覆盖，即在5G网络建设的盲点、弱点区域利旧直接升级开通补充覆盖或腾挪搬迁后再开通，形成5G能力。一方面，存量升级可充分发挥现有站址优势，快速进行5G站点开通部署，提升5G网络整体建设效率。另一方面，通过充分利用现网4G设备资源，在5G网络建设的农郊等区域进行8T8R站的升级开通补充，低成本建网的同时快速提升整体网络质量。经试点测试验证，开通60 MHz带宽条件下，5G最高下载速率为672 Mbit/s，平均下行速率为550 Mbit/s；最高上传速率为55 Mbit/s，平均上行速率为38 Mbit/s，可有效补充5G宏网在偏远农郊地区的覆盖。

场景选择建议：以2.6 GHz频段为例，因存量老旧RRU绝大多数仅支持40～60 MHz带宽，所以该方案仅推荐用于部分居民区、小型商超、地下室、农郊等以覆盖需求为主的区域。针对高价值场景，后续若考虑叠加100 MHz的3.5 GHz或4.9 GHz频段，亦可考虑使用载波聚合方案（如2.6 GHz+4.9 GHz）形成高容量、高速率场景。针对4G还有覆盖或容量需求场景，建议利旧升级5G的配置为NR+LTE共同组网；针对4G没有覆盖和容量需求且5G干扰可控场景，通过4G完全退网后实现5G升级；针对热点地区，可叠加100 MHz的3.5 GHz或4.9 GHz频段小区，老旧RRU升级为低频5G小区，扩大3.5 GHz/4.9 GHz基站的覆盖半径，再通过载波聚合提升网速、降低时延。

3 5G反开挖潜原4G资源

在投资受限的情况下，聚焦“降本增效”，基于面向5G演进制定容量保障方案，5G设备4G化，5G设备反开后，若能满足容量和覆盖双需求则可拆除对应4G利旧设备，“双网并重”，在快速建设5G网络的同时，确保4G网络质量不下降。拆除的4G利旧设备可用于4G容量保障场景、4G覆盖提升场景，或参照上述的“挖潜存量的4G RRU升级5G”方案进行5G升级。5G反开挖潜原4G资源通过以下3个方案进行挖潜。

方案1：新型4G/5G共模分布式皮基站反开，如支持1.8 GHz+2.3 GHz+2.6 GHz三频段设备A、支持1.8 GHz+2.1 GHz+3.5 GHz三频段的设备B；通过反开设备支持的4G频段，如反开FDD1800不仅可作为NSA网络锚点，同时还能补充4G网络容量；剩余频段资源按需开启，满足需求后可腾挪对应4G原有的分布式皮基站或传统室分的RRU设备。

方案2：传统4G/5G共模宏基站反开，如支持160 MHz D+20 MHz FA频带宽的4G/5G多通道宏RRU，可并发100 MHz NR +D3/D7/D8 4G，另外TDD频段还支持FA 4G，5G开启后，可反开D3+D7+D8+F+A等充裕的4G频段资源，支持高密场景小区扩容，满足需求后可腾挪对应4G原有RRU设备。

方案3：AAU反开4G 3D-MIMO小区，也是现网最常见的反开方案，通过5G AAU反开1～3个4G 3D-MIMO频段小区，利用3D-MIMO的多天线矩阵，通过波束成形及更多的天线振子技术，可以容纳更多的用户，提升系统容量，满足需求后可腾挪对应4G原有的宏RRU。

场景选择建议：目前，基带板支持4G/5G通用，但受处理能力限制，同一基带板无法同时开启4G/5G，反向开通4G需增配基带板、带来额外投资，开通比例过高或致未来闲置风险，严格管控5G反向开通4G规模，反开原则可参考表2所示的3D MIMO反向开通模型表，并建议将反向开通比例控制在40%以下。

表2 3D MIMO反向开通模型

4 发挥4G/5G信源最大潜力

4.1 基带融合共板

在5G网络不断演进、4G多频组网结构更优分层调整的同时，BBU基带板的能力也在不断提升，通过多频段基带板融合、多制式网络基带板融合两种方案，可以挖潜4G现网存量的基带板资源。

基站存在特定型号基带板，且有F、D、FDD等频段小区分别下挂在多块基带板上，或是不同制式网络下挂多块基带板，若这些基带板冗余资源和大于或等于板件规格，先将小区帧偏置（包括异运营商）调整一致避免干扰，再整合至特定型号基带板上，然后拆除剩余的闲置基带板。对于共机房不共BBU基带板的情况，若满足条件，同理可实现融合，还可腾挪BBU资源。

场景选择建议：基带板挖潜过程中存在一定的风险，可能导致一些负荷情况存在潮汐效应的小区和后续网络负荷增长需要扩容的小区无法软扩，为降低该类风险，建议在基带板挖潜过程中可对预估的高负荷小区、最近半年历史高负荷小区、周期性保障需求的载波自调度小区（包括可能已暂时退网小区）所在基站保留其扩容所需的基带板容量。

4.2 8T8R通道重组技术

通道重组技术将一个8T8R的RRU重组为1～4个虚拟双通道RRU，重组后虚拟的RRU在功能上具备双通道RRU的能力，即该虚拟RRU同样支持开启多个逻辑小区的能力。通道重组技术既保证20 MHz带宽的优势，又保证双流高速率下载特性，同时增加了可吸纳流量的小区数，实现容量翻倍，有效节省了RRU资源。目前，通过通道重组，1台物理的8T8R的RRU最大支持同时开启12个逻辑小区，如A厂商R8979SxxxxW型号的RRU，但仅能应用4G网络。

选取某高容量的某高校学生宿舍试点，通道重组技术设计方案如图1所示。1台8T8R的RRU实现了3栋宿舍楼的9个逻辑小区覆盖，平均RSRP为−65.67 dBm，平均下载速率为61.29 Mbit/s，平均上传速率为8.82 Mbit/s，开通后网络覆盖质量良好，试点测试结果见表3。

表3 试点测试结果

图1 试点通道重组技术设计方案

场景选择建议：可使用于单RRU多小区的4G超高负荷医院、高校等场景，或地下室、电梯封闭空间4G等网络场景。

4.3 室分软劈裂

目前，新型分布式皮基站pRRU最大带宽能力一般为160 MHz，常规组网即多pRRU小区合并，但针对某些场景，如地铁站台、大型体育场馆文艺演出等超高容量场景，单pRRU开启多小区的扩容方案仍然无法满足容量需求。针对上述情况，本文提出如图2所示的室分软劈裂扩容方案，通过软劈裂，基于4T4R的外接型pRRU每两通道开启1个60 MHz和1个100 MHz小区，在pRRU每两通道上共接一副双极化天线，增加隔离度而降低同频干扰，达到同时开启干扰可控4个2T2R小区，即将160 MHz带宽翻倍到320 MHz，这是一种创新型扩容兼覆盖延伸的覆盖方案。

图2 室分软劈裂扩容方案

选取某广场进行验证，进行传统扩容方案和软劈裂扩容创新方案的容量能力测试验证。上行吞吐率方面，传统扩容方案终端共享251.4 Mbit/s速率，软劈裂方案终端共享492.4 Mbit/s速率，软劈裂提升241 Mbit/s，相对提升96%；下行吞吐率方面：传统扩容方案终端共享1 141.8 Mbit/s速率，软劈裂方案终端共享2 011.1 Mbit/s速率，软劈裂提升869 Mbit/s，相对提升177%。

场景选择建议：软劈裂方案适用于地铁、高校、酒店、会议保障等高容量保障场景。为保障劈裂效果，需保证同一个pRRU外接天线的良好隔离度，同时，如果存在小区合并场景，则需要精细了解现场覆盖场景及外接天线分布，以便数据规划，关于小区规划，可参考如图3所示的规划方案。

（1）小容量需求，房间1～6可合并为1个4T4R小区；（2）高容量需求，房间1、3、5劈裂后合并为2个2T2R小区，房间2、4、6劈裂后合并为2个2T2R小区；（3）超高容量需求，每个房间劈裂为2个2T2R小区。

图4 室分软劈裂组网规划方案

5 结束语

本文通过以下3个方向的研究，提出了8种低成本的无线覆盖方案，可有效降低网络的投资成本和升级难度。

· 5G网络建设中利旧4G资源2种方案：存量的DAS系统资源演进到5G、存量的4G RRU升级5G。

· 通过5G反开腾挪4G资源3种方案：新型4G/5G共模分布式皮基站反开、传统4G/5G共模宏基站反开、AAU反开4G 3D-MIMO小区。

· 发挥4G/5G信源最大潜力3种方案：基带融合共板、8T8R通道重组、室分软劈裂。