5G网络低成本建设策略及方案研究

潘冠英,李 璐,青 春,桑 桥

(北京电信规划设计院有限公司,北京 100048)

0 引言

运营商A与运营商B深入贯彻落实习近平总书记、党中央和国务院的决策部署,践行新发展理念,在全球尚无成熟案例的条件下,于2019年9月9日签署共建共享合作协议,在5G全生命周期内、全国范围内共建一张5G接入网络,开创了行业高质量发展的新局面。推进5G共建共享是落实党中央、国务院重大决策部署的政治任务,是落实网络强国战略的重要举措,是促进行业高质量、均衡发展的重要举措,是减少重复建设、提升5G投资效能的重要举措。

在此背景下,运营商AB双方在5G共建共享过程中也面临着成本高、收入低等一系列的问题,需要重点关注,包括以下方面:

(1)5G网络建设投资巨大。5G建网初期,基站设备价格高。

(2)站址获取困难。5G网络频点高,站址密度高于4G基站。

(3)5G基站前传承载传输带宽需求大,与4G相比要提供大颗粒传输带宽,需要新建及改造传输线路、设备,需要较大的投资。

(4)5G基站及天线均为有源设备,基站功耗高、站址租金高,运维成本高。

为了推动5G新基建发展,在共建共享的大环境下,坚持“天面优、配套省、租金省、电费低”的原则。通过建设策略分析、低成本手段分析与优化和网管部署协同策略分析等网络,形成低成本建设策略和方案,为持续推进5G低成本创新建设提供理论依据和指导。

1 5G网络特点及成本构成

1.1 5G网络特点

全球移动通信5G网络与4G相比,具有以下特点。

(1)频率大带宽:4G网络20 M带宽,5G网络100 M带宽,5G与4G相比提升了5倍。

(2)站址高密度:5G网络为中频率设备,运营商A与运营商B的频段为3.5 GHz,与4G网络低频率相比,5G站址密度高,5G基站数量是4G的2~3倍。

(3)设备高功耗:5G基站结构与4G不同,其中,BBU由CU和DU构成,AAU由RRU和MIMO天线组成,与4G基站相比,5G基站耗电量提升了2~3倍。设备传输结构如图1所示。

图1 设备传输结构

(4)传输带宽大:5G基站传输包括BBU与AAU的前传、BBU的回传,其中前传带宽25 G,与4G相比,5G FE带宽提升极大,需要新增或改造传输线路、设备。

1.2 5G网络成本构成

5G网络成本由建设成本CAPEX和运营成本OPEX构成,其中建设成本主要指5G网络建设中的全部投资支出,包括设备费、建安费、待摊投资、其他投资支出等。运营成本主要指5G设备运行中生产的电费、租金、优化及维护费用等。

5G CAPEX的影响因素包括无线专业的主设备频段选型、天线建设方式、施工费、配套专业的设备供电方式、传输专业的线路施工及设备的传输方式等。

5G OPEX的影响因素包括塔租的订单类型、租金差异、设备的配置、交直流电的选择等。

测算5G成本后,降低5G网络建设成本的重点是控制设备费和施工费。在运营成本中,设备耗电费占16%、塔租占70%,降低运营成本的重点是控制电费和租金。

2 5G网络低成本建设策略

针对5G网络频点高、建站密、天面需求大、传输带宽大等特点,某省运营商采取“一站一案”的方式,逐站落实建设方案,制定低成本策略,逐点仿真保障用户需求及精准建站。在网络建设中,通过厂家设备价格精算,形成5G不同厂家各站型投资画像,细化设备选型原则,实现5G网络建设成本最优。

2.1 室外覆盖低成本建设策略

2.1.1 精准规划,科学配置,实现站址最准

某省运营商充分利用超高精度地图仿真及大数据平台资源,建立5G基站覆盖模型,通过对设备频率、带宽、设备配置等多角度考量选型,提高5G基站效能和建设效率。

精准规划提升投资有效性,深入贯彻聚焦、结构化、场景化的规划思路,精准规划,规划区域充分结合B侧数据分析、业务及终端发展等方面,明确覆盖范围,避免低效建设。制定资源共享最优方案,同时一站一测,不断校正,实现覆盖最佳,TCO最优。

2.1.2 频率规划,分场景低成本部署

发达地市密集城区、高校以3.5 G部署为主;其他地市一般城区、县城以2.1 G部署为主;县城的流量热点区域可部署3.5 G,需局部连片。3.5 G部署区域内,高流量区域、高层建筑、口碑场景部署64 T设备。

2.1.3 天面部署策略

充分利用建筑物楼面宽度及免费站址,AAU分散实现效能最大化,同时减轻电力引入压力;首先保障5G AAU挂高,不宜过高或过低,其次考虑4G天线参数,保证原有覆盖不下降,根据TCO最优核算确定天面整合或是新建配套抱杆。

2.1.4 基站接入及配套部署策略

5G回传采用CRAN模式,BBU集中在综合接入点/集中点,次选BBU与智能城域网接入设备之间光纤直驱连接。优先挖潜采用单芯双向光模块满足需求、次选采用无源波分,末选新建光缆,3.5 G 64TR设备按200 M配置传输资源,32TR设备按100 M配置传输资源。

2.2 5G室内深度覆盖低成本建设策略

随着5G网络的应用,5G网络的深度补盲问题将越来越突出。室内覆盖的规划与建设应与室外基站有机地融为一体。整体考虑、统筹规划、互为补充、协调发展,保证室内外网络的覆盖和质量,提升网络质量,提高投资效率。

2.2.1 室外深度覆盖低成本建设策略

室外5G宏站兼顾室内覆盖主要适用于单层面积小,建筑材质容易被无线信号穿透的单体建筑。宏站解决深度覆盖的网络质量受限因素较多,难以满足大型楼宇深度覆盖要求。

根据建筑物的穿透损耗,可把建筑物的覆盖需求分为边缘浅层、边缘深层以及深层3层,其中边缘层的5G覆盖需求可考虑通过室外宏站兼顾解决覆盖[1]。

2.2.2 室内覆盖低成本建设策略

5G移动网室内覆盖建设需坚持场景化部署,根据覆盖楼宇类型和覆盖需求制定不同的建设策略。

5G微站具有站址易获取、外形美观、部署便捷、造价低等优点,适用于高低层住宅小区及道路、火车站和汽车站的室内浅层及室外站台、临街商铺、高校校园底层覆盖、大型体育场馆看台及场馆外区域等场景。

3.5G DAS系统由信源主设备、馈线、器件、天线等天馈部分组成,目前可使用200 M工作带宽。双通道适用于酒店宾馆、政府办公楼等中高业务量区域;单通道适用于大型商场、写字楼、高校教学楼、高星级酒店宾馆、政府办公楼等中低业务量区域。

5G数字化室分系统组网架构简单,网元精简,管理可视化,支持4T4R多通道,但系统成本较高,有源设备能耗较大,适用于高业务密度的品牌场景[2]。

2.2.3 社会化基站应用

结合5G室内覆盖产业成熟情况,引入社会化小站、中低成本数字化室分设备等进行建设,进一步降低部署成本。

3 5G低成本建设方案及建设效果

3.1 无线专业低成本建设方案

3.1.1 BBU集中

按照TCO最优原则,综合考虑网络安全因素,5G网络全部采用BBU集中的方式部署。一方面本地网BBU应全部集中放置于综合业务接入点及汇聚机房;另一方面BBU部署要一框多站、一框多制和一板多模,节省设备投资,降低BBU耗电[3]。

3.1.2 免费站址获取

运营商经历了2/3/4G规模建设后,站址获取越来越难、租金越来越贵。运营商充分利用开放的公共资源,在国家机关、事业单位、国有企业等所属建筑物及地铁、绿地等公共设施,电力等公共塔积极获取免费站址资源、免费杆路资源,加快5G建设,节省租金。

3.1.3 天面整合

塔站优先采用多端口天线对现网天线收编。楼站优先采用铁塔新增楼面抱杆,租金低、覆盖优。同时充分发挥运营商A和B合作的共享优势,4G共建共享整合天面可节省租金,拆除2G天面可节省租金,平均单站节省租金4 000元。

3.1.4 4/5G协同部署,布局资源整合和储备

在2.1 G设备频率部署中,坚持4/5G协同,4G共建共享室分建设时,立足共享2.1 G信源,以扩大4G覆盖面积,整合4G信源,为未来2.1 G频率重耕做好储备。

3.2 传输专业低成本建设方案

3.2.1 CRAN 部署

5G网络建设初期,BBU采用CRAN部署,可使传输端口减半,同时具有可靠性高、功耗较小、适配性好等特点。CRAN相对DRAN形式可以节约传送网接入设备,接入设备的投资每站可以降低50%左右。

3.2.2 单芯双向和无源波分

单芯双向技术使前传光缆纤芯减半。由于5G基站对配套传输带宽需求较大,现网4G的传输冗余较小,受到投资额度大且市政无法布缆等因素影响。

3.3 其他创新性5G低成本建设方案

除了无线和传输专业低成本建设外,某省运营商创新性地研究5G低成本策略和方案,在设备及天线招标采购、配套引电、行业合作共享等方面取得了突破性进展,深挖资源优势,为5G新基建提供新亮点。

3.3.1 AAU引电改造

测算AAU设备交流供电和直流供电成本,按场景需求制定不同的供电策略。铁塔机房直流供电租金每年每站增加1 805元,交流供电模块按每站5 882元核算,新增折旧每年每站840元,铁塔机房直流供电TCO相比交流供电每年每站增加965元。AAU设备交流和直流供电对比如表1所示。

表1 AAU设备交流和直流供电对比

兼顾AAU供电成本及稳定性、安全性,自有站址原则上要求直供电,可采用自引电加快工程进度。覆盖政府、交通枢纽、医院等口碑场景但又存在停电风险的站点可采用铁塔直流供电,非重要场景采用交流电节约成本。新建免费站址可引交流电,后备电站点比例控制在30%以内。

3.3.2 行业合作,资源置换

积极开展行业合作,发挥各自优势,实现资源共享和优势互补。与电力公司合作,由电力公司提供塔桅资源,同时开展资源置换,通过与政企、场馆等进行资源置换,获取免费或低租金站址,达到合作共赢。

3.3.3 5G低成本建设效果

通过5G低成本建设,预计每年节余单站建设成本CAPEX 2.74万元、节省运营成本OPEX 1.1万元。

4 结语

社会化基站结构简单、部署方便、功耗较低、性价比优势突出,下一步要重点研究5G社会化基站部署与传统基站协同优化。