5G移动通信传输网络建设策略探讨

田小宁

（甘肃省通信产业服务有限公司邮电规划咨询设计分公司，甘肃 兰州 730000）

1 5G移动通信概述

1.1 5G网络涵义

5G网络是在4G网络基础上发展衍变形成的第五代移动通信技术，也是一种重要的网络基础设施，主要服务于eMBB增强移动宽带、mMTC海量机器类通信以及uRLLC超高可靠低时延通信三处场景，向用户提供极致的业务体验，有效解决了下载峰值速率低下、网络时延过长等通信问题，使通信服务质量得到明显提升。

1.2 网络特点

相比于4G网络，5G移动通信网络有着高速率、大连接、低时延和高频谱效率的特点，这也是5G网络应用价值的主要体现。第一，高速率特点在于，在理论层面上，5G网络的单小区下行峰值速率和用户体验速率分别达到20 Gbps与100 Mbps，而4G网络运行期间的实际速率仅为1 Gbps与10 Mbps，网络峰值速率提升10倍以上，信息传输效率得到明显提升。第二，大连接特点在于，5G移动通信网络可以在每平方千米内接入百万级别的设备，具备海量多终端连接条件，设备连接能力远超过4G网络，也为物联网的实现扫清障碍。第三，低时延特点在于，5G网络的空中接口时延值在1 ms及以内，首次达到毫秒级别，低时延保证了用户通信服务质量，而传统4G网络的时延高达40 ms。第四，高频谱效率特点在于，5G网络的频谱效率在LTE网络的基础上提升了3倍以上，通过拓展频谱资源来满足日益增长的业务需求。

1.3 关键技术

在5G移动通信传输网络中，应用到载波聚合、灵活频谱共享、超密集组网、同时同频全双工等多项关键技术。例如，载波聚合技术是通过合并若干载波形成单个信道的方法，起到消除邻区同频干扰、提升网络峰值速率、平衡主辅小区负载、降低网络容量增加难度等多重作用，如通过部署相同基站覆盖相同区域来起到强化覆盖区域数据处理能力的作用，或通过覆盖部分热点小区来强化小区热点数据处理能力。大规模天线列阵技术多用于覆盖密集居住区、高校校园等场景，起到创造灵活复用空间、解决基站收发信号容量问题、提高频谱利用效率等作用。而新型多址接入技术则通过依赖接收端数据处理算法的方式来接入多址，在下行链路等场景中的工作原理较为简单，并在信噪比差较大场景中发挥着显著优势[1]。

2 5G移动通信传输网络的建设需求

2.1 带宽需求

相比于4G网络，在5G网络中采取新推出的空口技术，5G基站对带宽提出了更高要求，只有实际带宽能力需要保持在LTE网络的10倍以上，方可充分满足在智慧交通、智慧教育、物联网等场景中的实际应用需求，体现出5G网络的价值所在。以大型城域网络为例，需要在网络体系中规划建设总数量不少于12 000个的5G通信基站，要求实际运营期间的网络中心宽带保持在6 Tbps及以上，成熟期的带宽提升至17 Tbps及以上，如果实际带宽低于这一标准，将对5G网络运行情况、用户服务体验造成明显影响。

2.2 时延需求

在3GPP标准中，对5G移动通信传输网络的时延性能指标提出明确要求，分别将e M BB移动终端-CU、eV2X和uRLLC移动终端-CU的时延标准时长设定为4 ms、3～10 ms和0.5 ms，并要求前传时延不超过100 μs。相比于4G网络，5G网络的接口时延得到大幅降低，这在改善移动通信实时服务质量的同时，也对网络性能提出十分严格的要求，旧有网络未达到这一标准，需要从调整网络组建方式方面着手来满足时延需求。

2.3 组网需求

5G移动通信传输网络对组网灵活性有着严格要求，原有组网方式缺乏合理性，在构建回传网络、中传网络时暴露出多个问题有待解决。例如，在构建回传网络时，传统组网方式采取人工静态连接来保持CU-核心层网络-相邻CU的连接状态，具有配置量过大、灵活性差的局限性。而在构建中传网路时，DU、CU二者在初级部署阶段尚能保持相对稳定的归属关系，但在5G网络部署至CU云化阶段时，对网络的冗余保护、负载分担等方面能力提出新的要求，DU、CU二者关系发生改变，一对多关系取代了原有的一对一关系，应采取单独配置、统一调度的方式来解决这一问题[2]。

3 5G移动通信传输网络的建设策略

3.1 网络基础架构部署

对于网络基础架构部署问题，当前主要采取现网升级NSA+后向SA演进、SA纯新建网两种方式。其中，现网升级演进是在不大规模改变现有网络基础设施的前提下，依托LTE进行升级覆盖，由LTE和NR二者保持双连接态势，升级为EPC+和NGC，从而将通信网络的应用场景由单一的eM BB拓展至mMTC+eMBB+uRLLC，彻底涵盖5G网络的主要应用场景，这一方式具有投资效益高、网络基础设施改动规模小、用户易于接受的优势。而纯新建网是在NR终端基础上新建NGC网络架构，由NGC网络独自承担向5G应用场景提供实时通信服务的重要职责，这一方式具有技术完全覆盖、周期过长、建网成本高昂、引入速度受限的局限性，目前来看，并不是部署5G网络基础架构的主流做法[3]。

3.2 制订组网方案

在5G组网环节，需要根据实际建网需求来选取正确的前传、中传与回传网络建设方法。一般情况下，对于前传网络，主流方法为有源WDM、无源WDM两种，推荐采取无源WDM方案，这套方案可以在全面改善网络连接集中性、接入侧使用性能的前提下，明显降低接入侧成本和总体建网成本。对于中传、回传网络，则以满足组网灵活性与带宽要求作为首要目的，实施统一承载方案来实现中传和回传网络，将网络架构分为接入层、骨干层和汇聚层三部分，并采取多协议标签交换流量监控等优化措施来强化网络承载能力。与此同时，在制定组网方案时，还应重点关注频谱规划、立体组网站点、设备选型三项问题，具体如下。

第一，频谱规划。以充分发挥2.6 GHz频谱优势作为核心目标，分三步开展5G频谱建设工作，第一步是将160 Mbps硬件一步到位，第二步是按实际需求向4G与5G网络分配带宽，第三步是由160 Mbps全频谱NR彻底取代现有的LTE。如此，既可以实现改善网络覆盖效果、获取更大带宽等5G网络建设目标，同时，还可以加快5G网络部署速度，在多种频段以及制式间建立起稳定、和谐的协同关系。

第二，立体组网站点。考虑到当前多数地区正处于4G网络与5G网络的交替演变的关键时期，既要建设5G网络向用户提供更高质量服务，同时也需要兼顾4G容量发展需求，避免因网络超负荷、满负荷运载而造成使用速率下降等情况。对此，需要制订三层立体组网的建网方案，从上到下划分为宏站覆盖层、杆站覆盖层和室分覆盖层三个层级。其中，宏站覆盖层连续部署中心城区、兼容网络容量与覆盖，起到连续覆盖室外场景与满足建筑室内浅层覆盖需求的作用；杆站覆盖层的功能定位是分担局部话务热点和深度覆盖，起到补充宏站应用场景的作用，多用于覆盖室外道路、住宅建筑等区域；而室分覆盖层的功能定位是分担室外站点话务和室内高价值覆盖，多用于实现对办公楼、商业综合体建筑等人员密集、通信服务质量要求高的场景的网络覆盖。

第三，设备选型。为解决现有网络基础设施站址资源紧缺的问题，需要在5G网络中安装一批新型设备，根据组网需求来选择设备型号、形态。例如，在某5G移动通信网络中，最终采取3DMIMO设备，在小容量需求场景中安装160 Mbps的32T32R 3DMIMO设备，在一般场景下安装64T64R 3DMIMO设备。根据实际应用情况来看，该套方案灵活利用NR广播信道，具有十分优异的覆盖能力，且室内外机房部署难度较小，具备在小空间环境中部署机房的条件。

3.3 网络优化

3.3.1 LTE与5G同频邻区优化

根据5G网络运行情况来看，虽然存在LTE和5G同频邻区干扰问题，但LTE、NR二者干扰程度具备可控性，以带CRS导频信号LTE主动干扰无CRS信号NR为主，而NR并不会主动对LTE造成明显影响。对此，为解决下行区域干扰问题，应采取波束赋性方法，通过调节功率来控制干扰，当处于边缘以及满载状态时形成UE满功率，确保在100 Mbps带宽条件下不对LTE形成明显影响。

3.3.2 TDD流量优化

在5G网络运行期间，偶尔出现TOD流量饱和情况，对容量分担效果和用户感知体验造成一定程度的影响。对此，需要采取1800 MHz加速重耕手段来重构网络的基础容量层，在中心城区重耕15～20 MHz，率先完成FDD成片区域部署任务，再使用25 MHz重耕来实现县域、村镇、城市郊区等区域的部署任务，最终依托FDD1800 MHz实现增大5G网络带宽与优化峰值的目的。与此同时，在5G网络覆盖深度要求较为严格的前提下，也可选择使用900 MHz带宽来解决TDD流量饱和问题，由900 MHz负责承载VoLTE业务，并由VoLTE基础网搭载上下行业务。

3.3.3 网络容量优化

对于5G网络容量不足的问题，需要采取调剂垂直波束的方式来增加实际网络容量，使用64 Tbps/32 Tbps来取代原有的16 Tbps，在塔下边缘部位照射3D波束。根据网络实际运行情况来看，在使用64 Tbps/32 Tbps的前提下，网络上下行容量都得到显著提升，上行容量提升2.2倍左右，下行容量提升1.8倍左右，并在密集城区覆盖场景中取得十分显著的增益。

3.3.4 宏站覆盖优化

宏站覆盖不足是5G建网期间面临的一项重要难题，5G辐射区域广度受限，难以同时满足医疗、交通、教育、物联网等全部场景的覆盖需求，且实时容纳用户数量有限。对此，主流解决方法为同步采取1.9G 8T8R和2.6G 64T的覆盖方式，也可选择1.8 GHz和3.5 GHz共同覆盖的方式，这两种宏站覆盖方式都有着十分显著的普适性，有效解决了信号覆盖不足、用户容纳数量有限、无法释放更多流量等多项问题。例如，在大站间距场景中，将32TRX的站间距控制在600 m左右，将16TRX站间距控制在500 m左右。

3.3.5 存量DAS性能优化

在5G建网期间，如果直接将存量DAS进行单改双，将会出现DAS功率平衡性、削弱小区容量、边缘部位用户实际速率体验缩水等多项问题。对此，可选择采取信源叠加与数字化室分改造的优化方法，在一般情况下叠加RRU信源与存量DAS，在大容量需求情况下改造数字化室分。

3.4 实现5G空口

目前来看，在各地5G移动通信传输网络建设方案中，普遍采取4G演进路线和新空口路线两种方式来实现5G空口，不同路线的建网成本、频段满足情况有着明显差异，需要围绕建网目标和实际业务需求加以选择。其中，4G演进路线是在原有4G通信网络框架上进行升级改造，综合采取强化信号穿透能力、组网结构扁平化调整等措施，直至满足物联网、智慧工厂等5G网络的通信服务需求，这一路线具有建网成本低、技术难度小的优势，但在建网期间将会面临着网络兼容性等多项问题有待解决。而新空口线路是根据业务需求来重新构建一套移动通信技术框架，将空口接入频谱范围涵盖至全部种类的高频段，走这一路线来建立的5G移动通信网络性能更为优异，且无须考虑网络兼容性等问题，但具有建网成本高昂、开发周期长的局限性。

4 结束语

综上所述，5G移动通信网络是我国通信事业的必然发展趋势，也是加快各行业领域升级转型步伐的重要举措。运营商必须对5G建网工作予以高度重视，正确认识到5G建网需求，积极落实基础架构部署、制订组网方案、网络优化、实现5G空口四方面的建设策略，及早构建成完善、稳定的5G移动通信网络，保证5G网络稳定、高效运行。■