5G网络建设方案探讨

　　5G网络建设方案探讨

　　摘要

　　本文提出了5G组网架构，并根据实际网络建设场景，总结了2.6GHz频段5G网络建设方案。同时，针对2.6GHz频段4G/5G协同组网进行了分析，提出了4G/5G协同组网相关建议。

　　移动互联网的蓬勃发展对移动网络的带宽、时延和容量要求越来越高，现有的4G网络无法满足移动互联网应用的需求。5G网络具有超高速率、超大连接和超低时延等特点，而这些就是5G通信相对于4G通信的显著进步。随着5G运营牌照发放，运营商5G网络建设节奏加快，探讨在现有2G/4G网络基础上如何建设2.6GHz频段5G网络以及4G/5G协同组网方案，具有较大意义。

　　1、5G网络建设方案

　　1.1 5G C-RAN组网架构

　　5G C-RAN组网架构指的是5G BBU全部集中到综合接入机房，基站侧只剩下5G AAU。与传统4G C-RAN无线网络相比，5G C-RAN网络依然具有集中化、协作化、无线云化和绿色节能4个特征，综合考虑建设运营成本和远期无线网络演进，建议5G网络建设采用C-RAN组网架构。5G C-RAN组网架构和分布式部署组网架构对比如图1所示。

　　1.2 BBU建设方案

　　通过4G/5G共BBU部署，可减少BBU重复投资，降低运营成本。以某厂家设备为例，BBU部署有两种方案，如图2所示。

　　方案一：新建模式，后向兼容，新建新型号BBU可同时兼容2G/4G。如需开通2G/4G时，可插入相应2/4G主控板和基带板。

　　方案二：利旧模式，前向兼容，利旧存量旧型号BBU可同时兼容5G。如需开通5G NR时，直接插入NR主控板和基带板即可。

　　1.3 前传技术方案

　　前传指的是5G AAU和BBU间的信息传输。5G AAU前传方案有光纤直连前传、彩光模块前传和有源波分前传三种，三种前传方案技术。

　　5G站点BBU集中，对前传光纤的纤芯需求巨大，迫切需要采用纤芯复用手段来降低前传纤芯需求，目前有单纤双向光模块、彩光加无源波分和有源波分等三种方案。对比各方案的优劣性，从纤芯使用效率和单站造价方面考虑使用彩光加无源波分方案均优。6波单纤彩光模块解决方案，可将原6芯前传纤芯大幅减少到1芯。

　　1.4 5G配套改造方案

　　要满足5G建设要求，需要对天面和供电进行相应配套改造，下面分两个部分介绍5G配套改造方案。

　　1.4.1天面配改方案

　　由于增加抱杆时铁塔租金增加较大，为降低基站运营成本，5G基站建设以天面不新增抱杆为原则。考虑5G AAU的尺寸和重量，建议5G AAU采用独立抱杆安装。根据实际2.6GHz频段5G建网的不同场景，5G天面配改方案如下：

　　1.4.1.1有D频独立天面

　　若4G网络有窄带8T8R D频段或3D-MIMO独立天线，且5G与4G共厂家，在天面承重满足要求的情况下，将窄带8T8R D频段或3D-MIMO独立天线替换为4G/5G共模AAU，4G/5G共模AAU支持同时开通5G和容量更大的4G 3D-MIMO。

　　1.4.1.2 无抱杆新增空间，但同一扇区方向有多付天线

　　若4G网络不存在窄带8T8R D频段或3D-MIMO独立天线，但存在2组及以上天线情况，则可利用集中度更大的4/4/8/8天线整合现有天线，改造后的冗余抱杆安装5G AAU。

　　1.4.1.3 美化外罩场景

　　美化外罩场景5G配改一般需要整改美化外罩或者新增美化外罩。美化外罩场景占比较大，老式美化外罩一般无散热设计。由于5G AAU为有源设备，需要对原美化外罩进行散热改造，否则容易造成AAU设备高温告警。5G美化外罩方案如图6所示，美化罩高度建议不小于 2000mm，背部和右侧(维护腔侧)开维护门，维护门宽度建议不小于500mm;四周的底部和顶部开散热窗，开窗尺寸建议不小于500mm*200mm;支持机械下倾角可调角度不大于10°;抱杆要求左右位置可调，抱杆中心距离美化罩背部的距离建议200mm。若没有散热窗，则必须有底进风口，后维护门顶高度要大于AAU顶部200mm以上。美化罩材质建议采用玻璃钢，禁止采用金属材质或金属支撑架。

　　1.4.1.4有空余抱杆或新增抱杆空间

　　对于不属于以上场景，不能通过整合改造腾出5G抱杆位。如果天面有空余抱杆或新增抱杆空间，则可利用空余抱杆或新增抱杆安装5G AAU。

　　1.4.2 供电改造方案

　　1.4.2.1 市电改造方案

　　以某厂家设备为例，3个5G AAU大额定功耗达到3.9kW，实测满负荷时3个5G AAU功耗约为3.3kW，通过公式(1)可计算出增加5G设备后的市电容量需求。市电容量是影响5G基站开通的重要因素，必须提前做好市电需求摸查和核算，及时开展市电容量扩容，为5G基站顺利开通准备条件。由于2.6GHz频段5G基站开通后，已同时共模开通5G和4G D频3D-MIMO，原来的普通窄带8T8R D频RRU将停闭拆除。为此，核算市电容量需求时注意要核减替换掉的普通窄带8T8R D频RRU的用电容量。

　　其中，η为整流模块转换效率，当整流模块为普效模块时，η取值0.85 当整流模块为模块时，η取值0.95。

　　1.4.2.2 直流配电改造方案

　　如室内电源柜有足够PSU扩容槽位，可直接通过PSU扩容来改造直流配电，每增加1个PSU可带来3000W容量。

　　如室内电源柜没有足够PSU扩容槽位，或者空开/熔丝无安装空间，可用室内外刀片式交转直模块进行直流电源改造。

　　2、4G/5G协同组网方案

　　2.1 分场景的5G频率配置和功率分配方案

　　根据相关测试验证，4G 3D-MIMO单载波容量为普通8T8R D频段载波的2倍左右。为满足4G流量热点的业务需求，需要考虑4G/5G协同组网，在5G基站开通的同时，共模反向开通承载能力更强的4G 3D-MIMO，5G建网初期可围绕4G流量热点来开展5G基站建设。对于2.6GHz频段5G AAU设备，可支持同时开通1个5G载波和3个4G 3D-MIMO载波。2.6G频段5G设备支持4G/5G双模，带宽支持160MHz。对于320W的5G设备，按照每20MHz带宽配置40W功率;对于240W的5G设备 ，当4G/5G 1:1共址建设时，要增加4G/5G两网都能达到连续覆盖，AAU总功率有所欠缺。对于5G业务需求区域和4G流量热点区域两种典型场景，建议4G/5G频率配置和功率分配方案如下：

　　2.1.1 5G业务需求区域

　　频率配置方案：5G终端测试和大业务回传必须开启100MHz，4G向上移频开通20~60MHz。

　　功率分配方案：5G配置功率120W，4G配置功率120W。

　　2.1.2 4G流量热点区域

　　频率配置方案：5G仅做测试，对带宽无诉求，4G容量受限严重区域，建议5G开启60MHz，4G开通60~100MHz。

　　功率分配方案：5G配置功率90W，4G配置功率150W。

　　2.2 4G/5G协同组网干扰分析

　　对于160MHz 2.6G频段，在5G未建设区域，4G占用的是2575~2635MHz共60MHz;在5G NR连续开启区域，5G NR占用的是2515~2615MHz共100MHz。4G和5G有40MHz频谱重叠会产生干扰。从原理上分析，5G对4G的干扰小于4G对5G的干扰。对于广播信号，4G持续在一个宽波束进行发送，而5G大支持8个窄波束进行轮询发送，5G广播信号发送机制可将干扰随机化。对于导频参考信号，4G网络小区参考信号持续发送，而5G网络无小区参考信号，在有用户调度时才发送，大大减少了同频干扰。对于数据子载波，4G与5G发送机制一致，只有在有数据传输时才会发送数据。

　　实际网络参数仿真结果也和以上理论分析结论吻合。在某市城区，超过30个5G基站连续组网场景，5G基站配置100 MHz带宽。5G基站连续组网区域和外围4G基站覆盖区域设置800m的隔离带，外围4G网络忙时平均负荷为30%。基于网络参数进行仿真，干扰影响如下：

　　4G对5G的干扰影响：有隔离带时，干扰影响均可忽略;5G空载无隔离带时，5G下行平均速率下降4.9%;5G 30%负载无隔离带时，5G下行平均速率下降1.4%。

　　5G对4G的干扰影响：5G空载时，4G下行平均速率下降小于0.3%;5G 30%负载时，4G下行平均下载速率下降3.8%。

　　总体来讲，由于4G/5G协同组网干扰，5G下行平均速率下降小于5%，4G下行平均速率下降小于4%，4G/5G协同组网干扰对4G/5G网络性能影响较小。为此，建议在5G网络性能示范区域，为展现5G网络性能，可设置隔离带;5G规模商用部署时，无需设置隔离带。

　　3、结束语

　　本文提出了5G组网架构，并总结了2.6GHz频段5G网络建设中BBU建设方案、前传方案、天面配改方案和供电改造方案。同时，本文也对5G建网过程中将长期存在的4G/5G协同组网方案进行了分析，提出了相应的解决方案。本文总结的5G网络建设方案，相信对实际网络建设有较大的借鉴意义。