5G低成本建设方案研究

张 伟，陈金戈，袁 鹏，张 秦（中讯邮电咨询设计院有限公司广东分公司，广东广州 510627）

1 概述

自2019 年启动5G 建设以来，5G 中频站点已基本完成布局，为进一步提升用户感知，加强城区深度覆盖及拓展外围广度覆盖，中国联通自2022 年启动900 MHz 网络的大规模建设。由于之前投入与用户收入增长的不匹配性，给中国联通和各省公司带来了极大的成本压力，因此，如何通过低成本方案有效降低网络建设及维护成本，是目前最迫切的需求。

2 5G站点成本分析

2.1 建设成本分析

5G 站点投资主要由基站、电源、配套3 个部分的投资组成，其中基站投资主要由主设备投资、天馈投资及其他费用组成（其他费用主要包括施工费、设计、监理、安全生产费、贷款利息等），以900 MHz S111 标准站点为例，主设备投资占比达到70%，是建设成本的主要组成部分。

2.2 维护成本分析

目前5G站点的维护成本主要由电费及租金组成，根据某市2023年1—4月5G建设新增租金电费数据统计，共新增站点租金1 484万元，占比为36%，电费2 619万元，占比为64%。需通过直供电改造、天馈整合等方案降低电费及租金，从而降低5G站点的维护成本。

3 5G低成本建设方案

本章将主要研究如何合理地使用低成本设备及直供电改造、天馈整合等方式来降低站点的建设成本和维护成本。

3.1 结合场景合理选用低成本方案，降低建设成本

站点的建设应优先满足建设目标，保障建设效果，低成本建设方案也应遵循这一原则。目前主要的低成本方案有功分、劈裂、光纤直放站、无线直放站等，应结合场景类型和设备特点选择合理的低成本方案，在不影响建设效果的情况下，降低建设成本。

3.1.1 基站功分

3.1.1.1 技术简介

基站功分是将RRU 通过功分器分成2 路或3 路，并将每一路分别接入一副低频4 端口天线，使得单个RRU 能够实现2 个或3 个扇区信号覆盖的效果，从而节省主设备投资，后续随着覆盖区域业务负荷的不断提升，可通过新增RRU设备对站点进行升级扩容。

3.1.1.2 性能验证

基站功分会使每通道功率下降，以二功分为例，RSRP 下降4～7 dB，单小区的覆盖范围会收缩15%～20%；基站功分后在近点处对用户速率感知影响较小，但在中远点，用户速率下降明显（见表1）；同时，功分器的使用容易增加驻波以及站点故障率。

表1 功分前后性能对比

3.1.1.3 成本测算

采用基站功分方案平均每个站点建设成本降低约1.5万元，可节省运维成本约0.18万元/年（见表2）。

表2 基站功分成本测算

3.1.1.4 场景建议

基站功分适用于用户数量较少但有容量需求的农村广覆盖场景；同时因其具有覆盖范围收缩的特点，在选择时需结合站点周边的人口分布情况综合考虑，具体如表3所示。

表3 基站功分使用场景建议

3.1.2 基站劈裂

3.1.2.1 技术简介

基站劈裂是把RRU 的通道分成2 组分别接入天线，1个RRU 配置为2个小区，每个小区1个TRP，每个TRP配置2T2R。

3.1.2.2 性能验证

RRU 劈裂会使收发通道数下降，平均电平降低3 dB 左右，同点位下行速率下降12%～44%，上行速率下降28%～50%；远点较近点受到的影响更大（见表4）。

表4 基站劈裂前后性能对比

3.1.2.3 成本测算

对于基站劈裂技术，各厂家对900 MHz 载波的需求数不同，主设备投资节省0.8～1.5 万元，例如厂家A、厂家B 劈裂方案需开通2 个小区软件或在1 个小区基础增加1 个合并小区软件，劈裂主要节省RRU 硬件投资；厂家C 只需开通1 个载波软件，劈裂可节省1 个载波软件和1个RRU 的投资。厂家A 和厂家B劈裂方案性价比较低（见表5）。

表5 基站劈裂成本测算

3.1.2.4 场景建议

基站劈裂仅限用于低业务量的线性覆盖场景（如山区的乡村公路或高速公路）或带状分布的农村等，不建议在城区内使用。

3.1.3 光纤直放站

3.1.3.1 技术简介

光纤直放站由接入单元（近端）和远端单元组成。接入单元将RRU 信源的下行射频信号通过有线耦合方式接入数字光纤直放站系统，转换成数字信号后，经光电转换为光信号后传至远端单元。

3.1.3.2 性能验证

覆盖方面，对900 MHz 覆盖效果进行实际测试验证，边缘RSRP 为-95 dBm，直放站覆盖距离约为2.5 km，可满足覆盖需求。

速率方面，直放站与信源区域的峰值速率基本相当，峰值速率没有折损，但通道数变低，下行平均速率下降30%～40%（见表6），可基本满足业务需求（参考1080P视频业务：10 Mbit/s）。

农产品质量安全问题，已成为世界各国优先考虑并着重解决的重大问题[10]。在影响农产品质量安全的诸因素中，产地环境质量恶化是产生农产品质量安全问题的重要源头因素。产地环境作为农产品安全生产的基础，在农业标准化生产基地的择址上有着决定性的意义。作为土壤环境质量的重要指标，土壤重金属污染状况对农产品产地质量影响重大[11-15]。本文设计的可定制数据采集技术即是在此背景下展开研究与应用的。

表6 光纤直放站速率对比

3.1.3.3 成本测算

光纤直放站1拖3相比主设备S111降低建设成本约3万元/站，节省运维成本约0.35万元/年（见表7）。

表7 光纤直放站成本测算

3.1.3.4 场景建议

光纤直放站适用于有覆盖需求，但用户数量较少且对容量需求较低的农村广覆盖场景。

3.1.4 无线直放站

3.1.4.1 技术简介

无线直放站是将RRU 信源的下行射频信号通过无线耦合的方式接入无线直放站，低噪声放大之后转换成数字信号，然后进行数字化处理，再转换为射频信号经功率放大后实现无线覆盖。

3.1.4.2 性能验证

速率方面，无线直放站覆盖区域内基本满足需求（见表8），基站底噪抬升正常（施主基站为4T4T 信源，数字无线直放站为1T1R输出）。

表8 无线直放站速率对比

3.1.4.3 成本测算

无线直放站成本测算如表9所示。

表9 无线直放站成本测算

3.1.4.4 场景建议

无线直放站因通道功率低（目前型号为1T1R，20 W），覆盖距离有限，并不能作为广覆盖使用；主要适用于光缆无法到达或敷设光缆施工难度大、费用高的偏远农村以及低业务量景区等场景，可做中继小范围覆盖，作为建网方案的补充。

3.1.5 4种低成本方式对比

从性能、成本、场景等维度对4种低成本设备进行对比，结果如表10所示。

表10 4种低成本设备对比

3.2 转供电改直供电，降低用电成本

5G 基站功耗（约2 500 W）相比原4G 站点（约1 500 W）有明显增加，意味着5G 站点的用电成本将明显提升，目前转供电的单价约为1.2 元/kWh，直供电单价为0.88 元/kWh，如何将转供电改造为直供电，是降低用电成本的关键。

根据目前自有站点的转供电引电现状，本文将现网基站的引电情况分为六大类场景，分别给出改造方案及建议（见表11）。

表11 分场景直供电改造方案

截至2023 年4 月底，某省已累计完成直供电改造站点1.58 万个，预计每月可节省电费1 638 万元，每年可节省电费1.96亿元。

3.3 实施天馈整合，减少租金成本

按照铁塔产品目录及定价规则中对于增加天线或系统的规定，塔类产品以3 副天线（1 套系统）作为1个基本产品单元，不足1 个产品单元时按1 个产品单元核算。多于一个产品单元时：

a）对于普通地面塔，天线数为6 副（2 套系统）及以下时仍按1 个产品单元核算；超过6 副（2 套系统）时，每超出3 副天线（1 套系统），按增加1 个产品单元的30%收费。

b）对标准配置之外增加系统不增加天线的情形，每超出1 套系统（增加设备占用空间的），则按增加1个产品单元的10%收费。

对于租赁铁塔站点，天面方案制定应以优先考虑成本，同时兼顾网络覆盖和质量为原则。典型天面方案为900 MHz&1 800 MHz&2 100 MHz+3 500 MHz。3.5 GHz 优先采取垂直隔离方式与其他系统进行空间隔离，按次序优先选取旧天线腾退、更换多端口天线、新增抱杆/平台方式的优先级顺序为5G AAU提供安装空间。选用更换多端口天线方式或是新增抱杆/平台方式，应考虑综合成本最优，若（多端口天线购置费用+天线更换施工费）/（物理单站租金/单站计费单元数量×20%）≥3（等效回收期），则应优先考虑新增抱杆/平台方式，否则应优先考虑更换多端口天线方式。

a）典型天面方案1：900 MHz/1.8 GHz/2.1 GHz（8端口）+3.5 GHz（5GC-Band）。该天面方案有以下几种天馈整合方案。

（a）900 MHz：4 端口，满足2T4R 接入。1.8 GHz/2.1 GHz：4 端口，分别满足1.8 GHz、2.1 GHz 频段的4G的2T2R 接入，包括3G 的SDR1T2R 接入。未来可演进1.8 GHz/2.1 GHz宽频4G的4T4R接入。

（b）如现网3G 和4G 为不同厂家，则可考虑天面方案900 MHz/1.8 GHz/2.1 GHz（10 端口）+3.5 GHz（5GC-Band）。900 MHz：4 端口，满足2T4R；1.8 GHz/2.1 GHz：6 端口，分别满足1.8 GHz、2.1 GHz 频段4G 的2T2R 接入以及3G 的1T2R。未来可演进1.8 GHz/2.1 GHz宽频4G的4T4R接入和3G的1T2R接入。

b）典型天面方案2：900 MHz（4 端口）+1.8 GHz/2.1 GHz（4 端口）+3.5 GHz（5GC-Band）。该天面方案有以下几种天馈整合方案。

（a）900 MHz：4 端口，满足2T4R 接入。1.8 GHz/2.1 GHz：4 端口，分别满足1.8 GHz、2.1 GHz 频段的4G的2T2R接入，包括3G的SDR 1T2R接入。未来可演进1.8 GHz/2.1 GHz宽频4G的4T4R接入。

（b）如现网3G 和4G 为不同厂家，则可考虑天面方案：900 MHz（4 端口）+1.8 GHz/2.1 GHz（6 端口）+3.5 GHz（5GC-Band）。900 MHz：4 端口，满足2T4R；1.8 GHz/2.1 GHz：6 端口，分别满足1.8 GHz、2.1 GHz 频段4G 的2T2R 以及3G 的1T2R。未来可演进至1.8 GHz/2.1 GHz宽频4G的4T4R接入和3G的1T2R接入。

c）对于天面资源紧张的情况，亦可考虑天面方案900 MHz/1.8 GHz/2.1 GHz（8 端口）+3.5 GHz（5GCBand）或900 MHz/1.8 GHz/2.1 GHz（10 端口）+3.5 GHz（5GC-Band）。

在进行站点天面整合时，应在投资收益可行的条件下使用多频多端口远程电调天线对现网天线进行收编，同时加装天线工参自动感知模块，从而减小上站工作量，提高工作效率，将站点打造成设备极简、维护方便的智能化、自动化站，实现站点维护工作免上站，减少TCO。

为保障4G 网络覆盖和质量稳定，优先确定4G 天线挂高或平台的需要，在保证系统间天线隔离要求基础上，尽量选择上层平台安装5G AAU。

图1 给出了天馈整合方案示意。表12 给出了租赁铁塔站点的天馈整合成本。

图1 天馈整合方案示意

表12 租赁铁塔站点天馈整合成本分析

通过对现网天馈进行整合，可有效减少租金成本，按铁塔计价规则，每站可减少租金20%，截至2023年4 月底，某省已累计开通5G 站点约3.88 万个，其中实施天馈整合站点约2.8 万个，租金按每站2.2 万/年，每年可节省铁塔租金成本1.26亿元。

3.4 推动双免政策落地，减免租金及电费

2019年5月，某省政府办公厅印发关于加快5G 产业发展行动计划（2019—2022 年）的通知，要求“2020年6 月底前，省住房城乡建设厅出台新建住宅与商业楼宇预留5G 宏站、微站、室内分布系统等设施建设标准规范。每年1 月底前，各地（市）政府要向电信运营企业、铁塔公司公布公共建筑、绿化用地、物业资源开放清单，免费开放公共建筑和杆塔等资源支持5G基站建设，禁止任何单位或个人在基站建设和运行维护中违规收取额外费用。”

2019年11月，某省发展改革委发文，要求“切实降低5G 用电成本，加快5G 产业发展”，要求“电网公司、铁塔公司和各通信运营商要按照‘分步推进、先易后难、能改即改’的原则，加快推进5G基站转供电改造为直供电工作。”

借助政府政策利好，常态化推进直供电改造，同时积极获取政府物业资源，减少5G站点租金及电费支出，截至2023 年4 月底，某省已完成免租金站点1 042个，免电费站点60 个，每年预计可节省租金成本2 048万元，节省电费支出205万元。

3.5 探索新型低成本方案，持续推动降低成本

900 MHz 打底网布局已接近完成，但楼宇室内深度覆盖与目标网仍有较大差距，秉承室内外协同思路，充分利用900 MHz 室外站点布局及低频段覆盖优势，对电梯、地下停车场等容量需求较低的室内场景进行覆盖，可有效降低建设成本。

900 MHz 室分正在进行方案试点，目前已完成初步方案编制，相比传统方式，预计可节省投资约21 万元（见表13）。

表13 900 MHz室分试点方案建设成本对比（单位：万元）

4 结束语

本文首先对5G 基站建设成本和维护成本进行分析，找出影响造价的关键因素，对低成本设备、供电改造、天馈整合、免租免电等方面进行分析研究，同时提出900 MHz 室分这一新的低成本建设方案，但低成本设备是通过牺牲部分设备性能达到降低成本的目的，如覆盖范围、网络容量等，如果过多的使用低成本设备，可能会对网络质量造成影响。因此，要结合场景类型，在不影响网络质量的前提下，合理选择低成本设备，降低站点造价。