5G初期無線網部署分析

摘要：首先介紹5G商用面臨的挑戰，然后分析5G網絡不同階段的發展特點，尤其是初期（2019-2020年），在此基礎上提出5G初期部署策略，并對無線系統架構、設備形態、前傳方案的選擇進行了分析，本文對5G初期網絡規劃和建設具有一定指導意義。關鍵詞：5G初期，應用場景，無線網部署，設備形態，前傳方案一、概述面向2020年及未來，移動互聯網和物聯網業務將成為移動通信發展的主要驅動力。ITU定義了5G三大應用場景：增強型移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）及低時延高可靠通信（uRLLC）。增強型移動寬帶（eMBB）是5G網絡部署初期的確定性需求，也是推動整個5G產業加速發展的核心動力，所有早期的標準制定、商用化產品及測試驗證都是基于這一需求來展開的。我國工信部于2019年6月6日頒發了5G牌照，開啟了5G商用網絡建設的進程，5G的應用熱潮將隨之而至。5G商用初期，如何部署5G網絡覆蓋的應用場景和業務場景已經成為運營商迫切需要認真思考的問題。二、5G商用面臨的挑戰挑戰一是業務價值獲取難度增加。一是單位流量價格持續下降：單運營和單用戶流量持續提升，單位GB價格仍在走低。運營商單純通過流量增量實現收入增加難度不斷加大；二是市場需求呈現碎片化：5G業務發展不同于3G到4G，無法實現整體遷移。用戶定制化需求增加，5G沒有新的“殺手級”應用，業務需求呈現多樣性特征；三是垂直市場行業不確定性高：行業存在知識壁壘，不了解行業痛點。行業存在產品壁壘，不知道從什么產品切入。挑戰二是運營商CAPEX和OPEX壓力大。在CAPEX方面，一是5G室外網絡覆蓋基于C-band頻段時，頻段較高導致信號傳播損耗和穿透損耗顯著高于現有4G網絡，為了增強網絡覆蓋能力并提升網絡容量和性能，5G基站要支持大規模天線和大帶寬，設備成本、尺寸和重量均有一定增加，對網絡規劃、建設和優化都將帶來挑戰。二是在5G室分場景，5G室內流量增長快于室外，但傳統室分設備DAS無法向5G演進，也就無法滿足5G室分的需求。三是在高鐵場景，用戶很難保持5G業務連續性，運營商還需要新增設備，包括天線與隧道漏纜的新增設備。而在OPEX方面，運營商移動網絡多網并存，要推動網絡需要全面云化，引入新技術則面臨更高復雜度。三、5G網絡初期發展特點5G業務需求將決定無線網的演進方向。面對多樣化場景的極端差異化性能需求，5G將集多種接入技術（4G/5G/NB-IoT/eMTC等）、多種部署場景（區域覆蓋、線覆蓋、點覆蓋）、多種站點類型（宏基站、小微基站、室分站）的扁平化、多連接、泛接入網絡，是一張可以根據業務應用靈活部署的融合網絡。我國在5G的需求方面有以下特點：一是國內場景更多、更復雜，5G網絡建設需要綜合使用多種覆蓋方案；二是隨著移動互聯網的普及，用戶業務需求也更加豐富，同時作為制造大國和產業升級需求，來自垂直行業的需求將更加豐富，需要進一步加強對垂直行業的融合拓展。和其他網絡建設一樣，5G網絡建設也不會一蹴而就，建設進度也將會以合理的方式進行，如圖所示。預計5G建設發展將分三個階段：階段一，初期（預計2019-2020年）；階段二，中期（預計2021-2023年）；階段三，5G商用完全成熟后（預計2023以后）。初期：5G保障eMBB業務為主，滿足4G熱點分流，提供超高清視頻、AR、VR等業務需求。同時，推進NB-IoT/eMTC演進，承載mMTC業務，推動諸如無人機、車聯網新業務試點應用。中期：同時支持eMBB和URLLC業務，5G成為eMBB業務的主要承載網，同時滿足智能駕駛、移動醫療等其他URLLC業務。同時，NB-IoT/eMTC作為mMTC主力承載網，5GNR承載極少量潛在新型mMTC業務。5G商用完全成熟后：eMBB和URLLC業務進入成熟化階段，按需對網絡進行擴容，NR大規模承載URLLC業務。同時，NB-IoT和eMTC仍為mMTC業務的主力承載網，5GNR承載部分新型mMTC業務。因此，5G初期按需建設的方式是一種可行的選擇，后續隨著終端的普及和業務的發展再逐步擴大規模。四、5G初期部署策略5G網絡發展的驅動力更多是業務而不是技術，因此網絡到底需要提供什么樣的功能和性能，還是要從應用場景和業務需求的角度來分析。運營商選取何種業務從何應用場景進行切入，對初期部署成本、市場宣傳、營銷方案都有重要、直接的影響。5G建設應在面向2C市場聚焦的基礎上，進一步考慮面向2B市場的聚焦。2C建設應聚焦重點地區、業務需求及重點用戶。建設過程中應按照先宏觀后微觀、先重要后次要的原則，初期聚焦重點城市、重點區域、主要聯絡線，優先進行布局站點建設，快速擴大覆蓋范圍，形成網絡主體架構。后續圍繞細分場景精雕細琢，提升深度覆蓋水平。2B應堅持業務驅動、價值導向和模式創新，評估最先成熟領域，挑選敢于突破的2B用戶合作共贏。結合當前5G應用的實際情況和未來發展趨勢，5G將在VR/AR、超高清視頻、車聯網、聯網無人機、遠程醫療、智慧電力、智能工廠、智能安防、個人AI助理以及智慧園區等應用場景中發力。當然，國內各省市也都結合自身區域特點和發展需求制定了符合自身發展實際情況的5G應用場景，但基本切入業務都含有4K/8K超高清視頻、虛擬現實和增強現實等新業務，此類業務將廣泛應用于賽事/大型活動、教學培訓、智慧旅游和視頻監控等領域，成為5G的基礎業務應用，應是5G初期重點關注的新業務領域。具體的網絡規劃建設區域，應以滿足應用場景對網絡需求的指標為目標，進行針對性網絡覆蓋，不貪全求大。主要選擇容易產生口碑效應和示范效應的品牌形象區域，如：5A級景區，重要的大學城、開發區、旗艦營業廳、重要交通樞紐（機場、高鐵站、地鐵、樞紐客運站）、大型場館（大型體育場、大型演藝場館等）、重要黨政機關等。除此之外，還可以在有條件的街道，小區等打造5G智慧型小鎮，建造小規模、多功能，高質量的5G特色小鎮。五、無線系統架構的選擇NSA和SA的組網，主要區別：NSA是將5G的控制信令錨定在4G基站上；SA方案是5G基站直接接入5G核心網，控制信令完全不依賴4G網絡。在應用方面，NSA早期主要提供高帶寬、低時延業務，也就是說主要針對eMBB和uRLLC兩大5G場景，目的是為了先基于已成熟的4GMBB生態來逐步擴展新應用和商業模式，比如向高清視頻、云游戲、AR/VR等eMBB業務擴展，向智能制造、遠程醫療等eMBB+uRLLC業務擴展，幫助運營商快速實現商業成功。隨著NSA向SA網絡的演進，5GSA網絡將進一步解決行業對無線技術要求更嚴苛的場景，比如自動駕駛、工業控制等超低時延場景。同時，5GSA網絡所具有的切片作為其特有的一種功能和技術手段，將保障特殊行業如電力、公安的業務隔離和QoS保障等特殊場景。六、5G無線設備形態1、室外覆蓋設備形態。5GRAN架構從4G的BBU、RRU兩級結構將演進到CU、DU和AAU三級結構。天線側采用MassiveMIMO技術，射頻模塊與天線一體化集成。CU（CentralizedUnit，集中單元）是原4GBBU非實時部分分割出來的部分，主要處理低實時的無線協議棧功能，同時也支持部分核心網功能下沉和邊緣應用業務的部署。DU（DistributeUnit，分布式單元）是主要處理包括物理層功能和高實時的無線協議棧功能，滿足uRLLC業務需求，與CU一起形成完整協議棧。AAU：有源天線、原RRU及BBU的部分物理層處理功能合并為AAU。新型的無線設備形態帶來了組網的靈活性，可依據不同業務的時延要求，CU、DU部署位置彈性設置。對時延要求較高的uRLLC業務，CU、DU可同位置部署；對eMBB和massiveIOT業務，CU、DU可以根據現網光纖資源情況靈活部署。目前電信設備虛擬化程度低，CU/DU分離標準基于當前CU/DU分離設備成熟度、部署成本等原因考慮，5G部署初期，設備形態建議優先選擇CU/DU合設方式，未來隨著5G垂直行業等新業務需求，基于MEC邊緣云，可采用CU/DU分離方式。同時結合機房條件、光纖資源，優先采用BBU集中放置方式。2、室內覆蓋設備形態。5G室內覆蓋設備分為數字化室分系統和傳統DAS系統。當前數字化系統包含一體化微RRU設備、擴展型微基站、數字微分布等類型。一體化微RRU設備由BBU、匯聚單元和微RRU單元組成，微RRU單元與匯聚單元間可采用CAT6A網線或光電復合纜連接，匯聚單元與BBU間采用光纖連接。一體化微RRU設備有5G單模和4/5G雙模設備可選。5G單模設備主設備廠家2019年均可商用，4/5G雙模設備部分廠家已商用。擴展型微基站由基帶單元、匯聚單元、遠端單元組成，采用全光纖方式連接。基帶主要基于x86芯片解決方案，可以實現軟硬解耦。預計2020年上半年有商用設備。數字微分布系統將施主天線安裝在室外，接收室外信號，通過射頻電纜引入室內，直接輸入到設備，信號經過設備放大，對室內進行覆蓋，是對室外信號的覆蓋延伸。預計2020年底商用。初期室內覆蓋部署建議主要選擇數字化系統進行室內覆蓋部署，暫不考慮5G傳統DAS系統方案，尤其對于高頻段（大于2.6GHz）。七、前傳方案設備廠商在DU和AAU之間的接口實現上存在較大差異。在部署方案上，目前主要存在CPRI與eCPRI兩種方案，如圖所示。采用傳統CPRI接口時，前傳速率需求基本與AAU天線端口數成線性關系，以100MHz/64端口/64QAM為例，需要320Gbps，即使考慮3.2倍的壓縮，速率需求也已經達到100Gbps。采用eCPRI接口時，速率需求基本與AAU支持的流數成線性關系，同條件下速率需求將降到25Gbps以下。同時，eCPRI在成本上也更有優勢，因此DU與AAU接口首選eCPRI方案。前傳承載方案優選光纖直驅方式，光纖資源不足時應按照TCO最優原則，選擇新建光纜或前傳波分系統。結束語：我國已進入5G商用時代，隨著5G網絡技術的日益成熟，電信運營商正逐步開展5G商用網絡建設工作。5G是一個融合的世界，電信運營商必須融合創新和商業模式轉型。本文從分析5G初期部署場景和網絡建設區域入手，提出5G初期規劃部署策略，并對幾個無線網部署關鍵問題進行了合理化建議，為5G網絡初期建設提供了參考和借鑒。參考文獻：[1]IMT2020（5