基于双微波解决700M频段5G建设难题及应用

［邓秀柏 何华勇 刘仿生 黄承雨］

1 前言

700M频段作为5G的打底网络，凭借其低频的技术特点，在广泛覆盖场景中具有显著优势。此外，它还能承载未来终极语音解决方案——VoNR。因此，全面发展700M频段5G是推动5G高质量发展、融入百业、逐步淘汰2G和4G以及降低运营成本的关键步骤。然而，尽管已历经多年攻坚建设，部分站点仍因当地物业纠纷或实际条件不允许（如海岛站点）而无法完成光缆建设。由于700M频段5G建设需要较大的传输带宽和SPN切片功能，基站原有的微波既要承载PTN网络，又要满足4G各频段覆盖，剩余的带宽不足以满足700M频段5G的需求。在无法微波改光纤的情况下，一批类似站点陷入建设瓶颈，导致700M频段5G连续覆盖难以实现。

本文主要探讨在严重纠纷且无法微波改光纤的原有微波站址上，如何实现700M频段5G建设。

2 双微波通信技术介绍

（1）微波通信的基本原理

微波通过空气传播，目前基站微波通信主要采用频率在300 MHz到300 GHz之间的电磁波，相比于4/5G的无线通信，微波通信具有频率高、较好穿透性的特点，能够较好地克服雨雾的影响，具有较高的数据传输速率，从而实现稳定地远距离通信。

（2）微波通信的频段与速率

湛江基站微波普遍采用KU波段的13 GHz或15 GHz频率，正常传输距离3～4 km，在天气条件理想情况下可以达到6 km，现网使用的产品峰值带宽只有350 Mbit/s，在同相时容易产生同频干扰。

（3）现网微波通信现状

基站微波实际使用里，受限于投资和环境，往往只用一套微波经过一个中继站接入现网PTN网络。在历经2G到5G的迭代，基站整体速率需求从几十M飙升到几百M甚至1 000 M，原有的350 Mbit/s带宽的微波面对2/4G无线需求已捉襟见肘，如今再增加开通5G的700M系统，则更容易出现数据拥塞掉包，导致整站的速率不达标，严重影响用户感知。

在现有建设条件下无法进行光缆改建的站点（多为农村或海岛），又是700M频段5G连续覆盖的重要站点，为了完善5G的700M频段连续覆盖，就必须要完成其700M频段设备改造，问题就在如何去满足700M频段5G的传输带宽。该问题有2个方案可以解决：一是退下多余的无线系统，腾出传输带宽给700M频段5G；二是想办法新增基站整体的传输带宽。

在通过理论验证各个无线系统的带宽需求后，再新增一套微波来完成700M频段5G的传输，成为了一种可能。刚好在经过大量的微波改光缆建设攻坚后，闲置了部分微波，可以利用此契机来完成困难的微波站址的700M频段5G建设覆盖。

（4）双微波技术

在原有微波基站上，再增加一套微波，形成双微波来供给基站的传输，从而同时满足4G和700M频段5G的覆盖要求。考虑到同频干扰和同向干扰（理论），需要寻找与之前微波不同的对端站点，采用不同的首发频段配置，做好频率隔离，才能满足需求。例如，可以使用S+C频段配置，其中S频段用于回传，C频段用于前传[1]。

3 基站配置介绍

（1）移动各系统的传输带宽配置需求

在农村基站里，主要存在FDD制式同频2/4G，以及TDD制式的4G，以移动分配的频率为例，主要有：

①900 MHz（Band8）FDD，上行：889～904 MHz，下行：934～949 MHz，带宽共计15 MHz；

② 1 800 MHz (Band3) FDD，上行：1 710～1 735，下行：1 805～1 830 MHz，带宽共计25 MHz；

③1 900MHz(Band39) TDD，上行1 885～1 915 MHz，下行1 880～1 885MHz

④ 2 600MHz (Band41) 2 515～2 675 MHz，带宽共计160 MHz，但前期用于TD-LTE的带宽是2 575～2 635 MHz，共计60 MHz。

除以上2/4G频段，本次所探索的5G的700 M频段，采用的频率是703～743/758～798MHz（n28），实际建设使用带宽为30 M。

在实际工程建设中，往往采用4448天线来合路以上band8、band3、band39、n28频段，即除了band41、n28是8通道外，其他的均是4通道。

（2）700M峰值速率

根据现阶段建设情况，700M频段5G采用与部分4G合路，天线为8通道，使用带宽为30M，700M频段采用的5G技术里，子载波带宽为15 kHz，因此PRB为160个，根据3GPP协议TB Size大小计算方式，峰值速率测算为：

各参数设置如下：

①v(j)是层数，根据38.802相关要求，700 MHz下行最大2流，v(j)=2；

③Rmax的值取决于3GPP 38.212和3GPP 38.214中的编码类型，对于LDPC码，最大编码为Rmax=948/1024=0.925 781 25；

④f(j)是一个缩放因子 (参考3GPP 38.306)，f(j)=1；

⑤OH(j)是控制信道开销，根据3GPP 38.306要求，按14%计算，OH(j)=14%；

⑦700M子载波带宽15 kHz计算，在30 MHz带宽里，以96%带宽利用率，其PRB约为30*（10^3）*96%/（12*15）=160个，因此N（PRB）=160，每个RB块包含14个RE块，因此整体的

由于700M使用FDD制式，不存在时隙配比，将以上参数代入公示，算出峰值速率为：

Data rate(in Mbit/s)=10（^-6）*2*8*1*0.92578125*(160*14*12)*(1-14%)/0.001=342 Mbit/s

由此可知，原有基站微波350 Mbit/s在供给700M频段5G使用后，无法满足原站2/4G需求，而采用新增一套微波来给700M频段5G使用，则刚好满足，且不对2/4G造成影响。

（3）双微波的实际配置

在实际探索中，针对农村难点N1，采用了双微波方式，原有基站微波为从N1的东向打往N2，新增一套微波从N1的南向打往N3（如图1所示），所使用的频率分别为：①N1 ↔N2：发射频率14.5 GHz、接收频率14.9 GHz；②N1 ↔N3：发射频率14.8 GHz、接收频率15.2 GHz。两者间基本实现有90度的隔离，接收频率有0.3 GHz隔离，实现正常通信[2]。

图1 基站双微波配置图

在原微波固定不动的情况下，仍由第一微波承载2G、4G，确保原有配置和现网业务不受影响，第二微波承载700M频段5G，350 Mbit/s的带宽足够满足700M频段5G的使用需求。同时，由于两个微波的不同方向布置，也有效地形成了物理双路由，可布置自动灵活的容灾保护机制（基站安装双微波前后如下图2、图3所示）。

图2 基站双微波安装前（单微波）

图3 基站双微波安装后

双微波在PTN配置双路由为冷备份，业务数据流程为定向，但当其中一微波路由局向故障时该局能自动倒换到另一路由，占用容灾业务带宽，在单个频段峰值过高时，可适当进行带宽调整。最关键的是，较大地提升了台风期间的保障效率。

4 效果呈现

（1）显著的效率和容量提升

①在经过多个类似的双微波站点布置后，我们截取了部分站点对比，在微波建设700M频段5G条件下，双微波形式比单微波形式的700M频段5G，下行使用体验速率有32%的提升，上行业务由于整体需求不大，两者速率均能轻松满足。而未进行双微波建设模式的700M站点里，同站2/4G对比（如表1所示）。

表1 单双微波的流量和速率对比情况

（2）大幅下降的成本投入

对比本地区21、22年常规微改光改造，以平均1.5公里长的杆路建设计算，建设成本为2.56万元，考虑到现阶段的特殊场景站点，协调费要近1万，完成建设总成本要达月3.5万元。而利旧现网微波进行双微波建设，包含拆旧站微波到目的站安装，这部分工作没有协调成本，总费用约2.13万。对比之下，成本下降约39%。

从建设层面来看，使用双微波不但投入低，建设周期也非常快，往往只需3天左右就可以完成，没有协调成本；使用光缆投入高，协调困难，建设周期也要近半个月。

（3）稳固的双路由保障

在2023年7月的“泰利”台风中，双微波站点，尤其是海岛站点，比单微波站点在扩灾安全方面有明显的双路由优势；在极端天气条件下，双微波技术的容灾保护机制将显著提升网络在自然灾害等应急状况下的通信能力，为灾后救援和信息传递提供有力支持。

5 社会影响和未来应用

前面说到，双微波建设700M不仅是面对困难站点的一种无奈之举，更多地可以挖掘其使用场景和经济效益，在严重纠纷的农村站点、海岛站点，通过双微波解决700M网络建设难题，提高农村和偏远地区的数字通信服务水平，积极缩小数字鸿沟，使更多人能够享受到先进通信技术的红利，实现一种特殊场景下的数字通信包容和公平性。

随着物联网和智能城市发展，尤其是海边城市海洋牧场经济的发展，受海洋场景下布放光缆的限制，微波开通5G实现超大规模物联网(Massive Machine Type Communications -mMTC)的场景越来越频繁出现，而面对重要场所以及加强海域覆盖，同时满足4G海域覆盖和5G增强移动宽带(Enhanced Mobile Broadband-eMBB)业务需求，就要考虑双微波在5G上的应用了，除外，它还提供了更可靠的通信基础设施。

在未来，微波并不会像我们本次运用的利旧微波，仅有350 Mbit/s，未来微波的带宽和时延将进一步发展，到时候，基于微波的5G通信，将会在切片、IPTV等场景上进一步探索发展，借助高速率微波，将彻底解决困难站点、海岛站点等特殊场景的传输通信，也将在海洋牧场经济发展中推动5G垂直行业的加快应用。