5G初期無線網部署分析

摘要：首先介紹5G商用面臨的挑戰(zhàn)，然后分析5G網絡不同階段的發(fā)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(tǒng)架構、設備形態(tài)、前傳方案的選擇進行了分析，本文對5G初期網絡規(guī)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(tài)，前傳方案一、概述面向2020年及未來，移動互聯(lián)網和物聯(lián)網業(yè)務將成為移動通信發(fā)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(yè)加速發(fā)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(fā)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(yè)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(zhàn)挑戰(zhàn)一是業(yè)務價值獲取難度增加。一是單位流量價格持續(xù)下降：單運營和單用戶流量持續(xù)提升，單位GB價格仍在走低。運營商單純通過流量增量實現(xiàn)收入增加難度不斷加大；二是市場需求呈現(xiàn)碎片化：5G業(yè)務發(fā)展不同于3G到4G，無法實現(xiàn)整體遷移。用戶定制化需求增加，5G沒有新的“殺手級”應用，業(yè)務需求呈現(xiàn)多樣性特征；三是垂直市場行業(yè)不確定性高：行業(yè)存在知識壁壘，不了解行業(yè)痛點。行業(yè)存在產品壁壘，不知道從什么產品切入。挑戰(zhàn)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(xiàn)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(guī)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(guī)劃、建設和優(yōu)化都將帶來挑戰(zhàn)。二是在5G室分場景，5G室內流量增長快于室外，但傳統(tǒng)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(yè)務連續(xù)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(fā)展特點5G業(yè)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(qū)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(jù)業(yè)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(lián)網的普及，用戶業(yè)務需求也更加豐富，同時作為制造大國和產業(yè)升級需求，來自垂直行業(yè)的需求將更加豐富，需要進一步加強對垂直行業(yè)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(fā)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(yè)務為主，滿足4G熱點分流，提供超高清視頻、AR、VR等業(yè)務需求。同時，推進NB-IoT/eMTC演進，承載mMTC業(yè)務，推動諸如無人機、車聯(lián)網新業(yè)務試點應用。中期：同時支持eMBB和URLLC業(yè)務，5G成為eMBB業(yè)務的主要承載網，同時滿足智能駕駛、移動醫(yī)療等其他URLLC業(yè)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(yè)務。5G商用完全成熟后：eMBB和URLLC業(yè)務進入成熟化階段，按需對網絡進行擴容，NR大規(guī)模承載URLLC業(yè)務。同時，NB-IoT和eMTC仍為mMTC業(yè)務的主力承載網，5GNR承載部分新型mMTC業(yè)務。因此，5G初期按需建設的方式是一種可行的選擇，后續(xù)隨著終端的普及和業(yè)務的發(fā)展再逐步擴大規(guī)模。四、5G初期部署策略5G網絡發(fā)展的驅動力更多是業(yè)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(yè)務需求的角度來分析。運營商選取何種業(yè)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(qū)、業(yè)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(qū)域、主要聯(lián)絡線，優(yōu)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(xù)圍繞細分場景精雕細琢，提升深度覆蓋水平。2B應堅持業(yè)務驅動、價值導向和模式創(chuàng)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(fā)展趨勢，5G將在VR/AR、超高清視頻、車聯(lián)網、聯(lián)網無人機、遠程醫(yī)療、智慧電力、智能工廠、智能安防、個人AI助理以及智慧園區(qū)等應用場景中發(fā)力。當然，國內各省市也都結合自身區(qū)域特點和發(fā)展需求制定了符合自身發(fā)展實際情況的5G應用場景，但基本切入業(yè)務都含有4K/8K超高清視頻、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等新業(yè)務，此類業(yè)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(jiān)控等領域，成為5G的基礎業(yè)務應用，應是5G初期重點關注的新業(yè)務領域。具體的網絡規(guī)劃建設區(qū)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(qū)域，如：5A級景區(qū)，重要的大學城、開發(fā)區(qū)、旗艦營業(yè)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(qū)等打造5G智慧型小鎮(zhèn)，建造小規(guī)模、多功能，高質量的5G特色小鎮(zhèn)。五、無線系統(tǒng)架構的選擇NSA和SA的組網，主要區(qū)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(yè)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(tài)來逐步擴展新應用和商業(yè)模式，比如向高清視頻、云游戲、AR/VR等eMBB業(yè)務擴展，向智能制造、遠程醫(yī)療等eMBB+uRLLC業(yè)務擴展，幫助運營商快速實現(xiàn)商業(yè)成功。隨著NSA向SA網絡的演進，5GSA網絡將進一步解決行業(yè)對無線技術要求更嚴苛的場景，比如自動駕駛、工業(yè)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(yè)如電力、公安的業(yè)務隔離和QoS保障等特殊場景。六、5G無線設備形態(tài)1、室外覆蓋設備形態(tài)。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(xié)議棧功能，同時也支持部分核心網功能下沉和邊緣應用業(yè)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(xié)議棧功能，滿足uRLLC業(yè)務需求，與CU一起形成完整協(xié)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(tài)帶來了組網的靈活性，可依據(jù)不同業(yè)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(yè)務，CU、DU可同位置部署；對eMBB和massiveIOT業(yè)務，CU、DU可以根據(jù)現(xiàn)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(tài)建議優(yōu)先選擇CU/DU合設方式，未來隨著5G垂直行業(yè)等新業(yè)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(yōu)先采用BBU集中放置方式。2、室內覆蓋設備形態(tài)。5G室內覆蓋設備分為數(shù)字化室分系統(tǒng)和傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)。當前數(shù)字化系統(tǒng)包含一體化微RRU設備、擴展型微基站、數(shù)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(xiàn)軟硬解耦。預計2020年上半年有商用設備。數(shù)字微分布系統(tǒng)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(shù)字化系統(tǒng)進行室內覆蓋部署，暫不考慮5G傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)CPRI接口時，前傳速率需求基本與AAU天線端口數(shù)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(shù)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(yōu)勢，因此DU與AAU接口首選eCPRI方案。前傳承載方案優(yōu)選光纖直驅方式，光纖資源不足時應按照TCO最優(yōu)原則，選擇新建光纜或前傳波分系統(tǒng)。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(chuàng)新和商業(yè)模式轉型。本文從分析5G初期部署場景和網絡建設區(qū)域入手，提出5G初期規(guī)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