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从中国电信已完成5G阶段性测试谈5G建网

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来源: 作者: 2019-01-09 16:37:12

随着5G NSA标准的正式冻结,5G络商用已进入倒计时。国家发改委曾指出,2018年将重点支持5G规模组建设及应用示范工程,在不少于5个城市开展5G络建设。根据此前的消息,我国计划在2019年完成5G规模试验及试商用,并于2020年实现大规模商用。距离5G商用的时间节点愈来愈近,如何在兼顾与4G络融合的前提下引入5G络,最终实现长远的5G络目标架构,成为运营商乃至全行业重点关注的问题之一。

5G建挑战

未来的5G络应该体现大容量、低能耗、低成本三大技术要求。与现有的4G络相比,5G基站的天线数目可能从4根增至64根或者更高,致使基站的处理能力倍增,能耗也相应增大,这将对基站机房提出更高的要求。

5G将是一种高频、低频混用的技术体系,当前频谱资源日趋紧张,3GHz~6GHz是未来满足6GHz以下频谱缺口的主要频率范围,较4G核心频段连续频谱资源更宽,较毫米波频段传播特性更好,是峰值速率和覆盖能力两方面的理想折中。

由此带来的问题是,频率升高造成基站的覆盖范围从4G络覆盖的数百米缩小至数十米。同时为了满足高速率大容量的需求,基站数目将大大增加。在同样的连续覆盖场景中,所需5G基站的数量可能达到4G基站的1.5~2倍,这将导致基站部署更加密集化。

除了上述因素可能带来的一系列技术难题外,对运营商影响最大是5G络建设及运营成本的问题,包括设备采购、能源消耗、站点建设以及机房租用等负担都将十分沉重。加之基站选址和租赁经常遇到物业协调方面的阻碍,而上述问题会进一步加剧在4G络建设中已经出现的站址资源获取困难等情况,从而影响络建设进度,降低络质量。利用5G新技术和新型建设方式有效解决上述问题,对于推动我国5G络建设进程具有重要的意义。

5G建技术

为解决上述问题,降本增效地实现5G络建设的落地,需要充分利用如下几种新技术。

基站云化

未来5G基站的建设将采用BBU+AAU的模式,其中BBU包含CU(Centralized Unit,集中单元)和DU(Distributed Unit,分布单元)功能。CU、DU可灵活实现合并或分离部署,而AAU一般集成了射频单元的16TR或64TR天线。

5G络将实现转发与控制分离,CU、DU可以有3种主要的部署方式,分别为D-RAN、云化CU分布式DU、云化CU集中式DU。D-RAN方式,即将CU与DU共同部署在5G节点机房中,形成分布式结构;云化CU分布式DU,即CU为部署在中心机房的云化模块,而DU随AAU部署在相应的5G节点机房中;云化CU集中式DU,即CU为部署在中心机房的云化模块,DU集中部署在一个5G节点机房中,形成DU池。

小基站

小基站是作为分流技术引入的低功率的无线接入节点,利用智能化技术对传统宏蜂窝络补充与完善,信号一般可以覆盖10~200m的区域范围。4G阶段引入了异构络的概念HetNet,络成为由宏蜂窝与微蜂窝组成的多层蜂窝络,络开始呈现多制式融合的趋势。小微基站的大量部署尤其适合高楼林立、用户集中的中国城市环境。运营商通过部署小微基站可以增强频谱资源的复用能力,提升用户服务质量。5G时代无线络将变为多种无线技术全面融合的超密集型络结构,站址资源更加紧张。而小基站在密集组、快速选址、快速建设以及室内外覆盖等多个方面都具备良好的性能,将在5G阶段得到更加广泛的应用。

室内覆盖

现DAS(Distributed Antenna System)系统存量室分无源器件(包括天线、功分器、耦合器、合路器)工作频段一般为800MHz~2.7GHz,不支持5G主流的C频段或更高频段。部署5G室内分布系统无法利用已有分布系统,需全部新建。即使新建适合5G主流频段的DAS系统,因为3.5GHz以上频段线缆损耗较大,为了使覆盖能力和原有系统相当,需提高信源功率或者增加信源。而5G对流量密度需求很高,现有DAS系统很难实现较高的流量密度。

同时,随着5G多天线技术在室分的应用,4T4R信源将成为Sub-6GHz的主流信源形态,甚至会出现8T8R室分信源。在5G系统中使用现有DAS支持4/8路室分,则需要四/八路馈线,即使采用双极化天线,馈线数量也需要加倍,工程落地十分困难,且建设多路室分DAS系统,馈线、耦合器、功分器、天线数量翻倍,导致成本直线增长。这些共同决定了5G室内覆盖需要新建新型室内分布系统。

目前,针对5G室内分布系统主要有两种设想。其一是新建光纤分布系统,用光纤进行室内布,降低施工难度,降低施工成本,同时满足5G的高工作频段要求,能够实现多系统间的共享。其二是采用分布式小基站,主流设备厂家已有类似产品,但4G的分布式小基站目前只支持单模,无法实现多模共用,5G仍需要新建分布式小基站系统。

5G建与部署

运营商的5G战略投资受到市场形态以及运营商在竞争中的地位等因素影响,进而使其在络的部署规划上选择不同的方案、时间点和部署节奏。目前,业界普遍认为5G将有两种络部署场景:独立组和非独立组。

独立组即新建5G络,包括新基站、回程链路和核心。非独立组将借助于已有4G基础设施,将5G小基站部署在高业务密度区域。独立组的优点是可以在提供高性能的前提下形成较大的规模性经济,5G独立组将使得4G和5G业务并行运行,并且避免了与LTE络整合过程中可能会出现的互操作复杂等问题,覆盖全国范围内的规模组对于5G普及和提升服务质量具有重要意义,但是这样的独立组建设在初期成本相对较高。

相比之下,非独立组能够更快地将5G推向市场,但非独立组可能更适合局部热点区域部署,而不是大规模的全国性部署,并且非独立组与现有LTE络的互操作也非常复杂。运营商需要根据自身实际情况选择是否在5G部署初期直接引入NGC(Next Generation Core,5G核心),或在引入NR(New Radio,5G接入)之后,再进行NGC的建设。不同的现状与建设方式,会使5G络的建设节奏与形态演变出现很大的差异。

出于对不同的战略和业务发展需要的考虑,运营商对不同使用场景的诉求也不同。运营商可在5G初期以eMBB(Enhance Mobile Broadband,增强移动宽带)为主导引入,后续逐渐加入、加强mMTC(massive Machine Type of Communication,大规模物联)和uRLLC(ultra Reliable Low Latency Connection,低时延高可靠连接)业务。也可以拓展更广阔客户资源为出发点,以开拓政企业务、IoT业务为目的,在5G初期一起引入eMBB、mMTC和uRLLC。

除了发展战略与商业因素外,现条件和未来技术规划也对5G络的引入具有很大影响。例如,络虚拟化技术的发展也影响到运营商5G部署的选择:虚拟化程度领先的运营商,可能倾向于接受架构中选项的数目和演进步骤较多的情况;由于硬件是通用的,很多情况下演进只需要进行软件升级。相反,虚拟化程度较低的运营商,则希望选项的数目尽量少一些,最大程度简化络演进的步骤。这样可以减小演进对于现带来的影响,特别是需要硬件更换的演进升级。

运营商所拥有的频谱资源的丰富性,包括5G低频(Sub-6GHz)和高频毫米波频段资源,也是一个重要影响因子。若运营商拥有较丰富、优质的Sub-6GHz作为覆盖,同时又有高频来增强容量,那么采用SA(Standalone,独立组)的可能性相对较大。反之,则采用NSA(Non-Standalone,非独立组)可能性较大。另外,不同运营商对于Sub-6GHz覆盖能力的考虑、评估和需求也不尽相同,这也将影响到运营商对于SA或NSA的倾向性。

同时,还有很多其他的因素,包括终端、站点站址的选择、传输资源、NGC与4G核心的关系和演进、漫游等,尤其是标准的制定冻结时间点以及相关的产品的设计的时间点,都会影响到络部署与演进方案的选择。

5G试验建设

运营商的5G试验正在加紧进行中。中国移动在2017年5月确立了全国首批5G试验城市:北京、上海、广州、苏州、宁波,在这些城市开展5G试验建设,进行5G外场测试,以推进5G平台架构成熟,并验证3.5GHz频段组的关键性能,2018年将在数个城市,每个城市建大约20个站点进行规模试验,形成端到端商用产品和预商用络;2019年,继续扩大试验规模,完成预商用和多厂家互操作测试;2020年,预计全5G基站将会达到万站规模,从而实现商用产品规模部署。

中国联通也计划从年在6个城市进行容量和性能测试,2020年商用前建设约1000个站。

中国电信在某市的5G试验已完成阶段测试,站点为位于城区的楼顶站。阶段性测试中选择了极近、近、中、远点进行测试,极近点速率达到近1.1Gbit/s,远点速率约0.2Gbit/s,平均端到端时延和PDCP层环回时延均少于8ms。

5G将渗透到未来社会的各个领域,以用户为中心构建全方位的信息生态系统。新一代通信技术将使信息突破时空限制,提供极佳的交互体验,为用户带来身临其境的信息盛宴,还将拉近万物的距离,通过无缝融合的方式,便捷地实现人与万物的智能互联。相信在不久的将来,5G络部署将为全社会的建设与发展做出巨大的贡献。

来源:《通信世界》杂志3月25日,第8期

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