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2020/11/4 18:17

5G網絡建設方案探討

移動labs  帥農村

Labs 摘要

本文提出了5G組網架構,并根據實際網絡建設場景,總結了2.6GHz頻段5G網絡建設方案。同時,針對2.6GHz頻段4G/5G協同組網進行了分析,提出了4G/5G協同組網相關建議。

移動互聯網的蓬勃發展對移動網絡的帶寬、時延和容量要求越來越高,現有的4G網絡無法滿足移動互聯網應用的需求。5G網絡具有超高速率、超大連接和超低時延等特點,而這些就是5G通信相對于4G通信的最顯著進步。隨著5G運營牌照發放,運營商5G網絡建設節奏加快,探討在現有2G/4G網絡基礎上如何建設2.6GHz頻段5G網絡以及4G/5G協同組網方案,具有較大意義。

1 5G網絡建設方案

1.1  5G C-RAN組網架構

5G C-RAN組網架構指的是5G BBU全部集中到綜合接入機房,基站側只剩下5G AAU。與傳統4G C-RAN無線網絡相比,5G C-RAN網絡依然具有集中化、協作化、無線云化和綠色節能4個特征,綜合考慮建設運營成本和遠期無線網絡演進,建議5G網絡建設采用C-RAN組網架構。5G C-RAN組網架構和分布式部署組網架構對比如圖1所示。

圖1、5G組網架構對比

1.2  BBU建設方案

通過4G/5G共BBU部署,可減少BBU重復投資,降低運營成本。以某廠家設備為例,BBU部署有兩種方案,如圖2所示。

方案一:新建模式,后向兼容,新建新型號BBU可同時兼容2G/4G。如需開通2G/4G時,可插入相應2/4G主控板和基帶板。

方案二:利舊模式,前向兼容,利舊存量舊型號BBU可同時兼容5G。如需開通5G NR時,直接插入NR主控板和基帶板即可。

圖2、5G BBU兩種模式建設方案

1.3  前傳技術方案

前傳指的是5G AAU和BBU間的信息傳輸。5G AAU前傳方案有光纖直連前傳、彩光模塊前傳和有源波分前傳三種,三種前傳方案技術對比如表1所示。

表1 5G前傳技術對比

5G站點BBU集中,對前傳光纖的纖芯需求巨大,迫切需要采用纖芯復用手段來降低前傳纖芯需求,目前有單纖雙向光模塊、彩光加無源波分和有源波分等三種方案。對比各方案的優劣性,從纖芯使用效率和單站造價方面考慮使用彩光加無源波分方案均最優。如圖3所示,6波單纖彩光模塊解決方案,可將原6芯前傳纖芯大幅減少到1芯。

圖3、彩光模塊6波單纖解決方案

1.4  5G配套改造方案

要滿足5G建設要求,需要對天面和供電進行相應配套改造,下面分兩個部分介紹5G配套改造方案。

1.4.1天面配改方案

由于增加抱桿時鐵塔租金增加較大,為降低基站運營成本,5G基站建設以天面不新增抱桿為原則?紤]5G AAU的尺寸和重量,建議5G AAU采用獨立抱桿安裝。根據實際2.6GHz頻段5G建網的不同場景,5G天面配改方案如下:

1.4.1.1有D頻獨立天面

如圖4所示,若4G網絡有窄帶8T8R D頻段或3D-MIMO獨立天線,且5G與4G共廠家,在天面承重滿足要求的情況下,優先將窄帶8T8R D頻段或3D-MIMO獨立天線替換為4G/5G共模AAU,4G/5G共模AAU支持同時開通5G和容量更大的4G 3D-MIMO。

圖4 有D頻獨立天面改造方案

1.4.1.2 無抱桿新增空間,但同一扇區方向有多付天線

如圖5所示,若4G網絡不存在窄帶8T8R D頻段或3D-MIMO獨立天線,但存在2組及以上天線情況,則可利用集中度更大的4/4/8/8天線整合現有天線,改造后的冗余抱桿安裝5G AAU。

圖5 無抱桿新增空間,但同一扇區方向有多付天線改造方案

1.4.1.3 美化外罩場景

美化外罩場景5G配改一般需要整改美化外罩或者新增美化外罩。美化外罩場景占比較大,老式美化外罩一般無散熱設計。由于5G AAU為有源設備,需要對原美化外罩進行散熱改造,否則容易造成AAU設備高溫告警。5G美化外罩方案如圖6所示,美化罩高度建議不小于 2000mm,背部和右側(維護腔側)開維護門,維護門寬度建議不小于500mm;四周的底部和頂部開散熱窗,開窗尺寸建議不小于500mm*200mm;支持機械下傾角可調角度不大于10°;抱桿要求左右位置可調,抱桿中心距離美化罩背部的距離建議200mm。若沒有散熱窗,則必須有底進風口,后維護門頂高度要大于AAU頂部200mm以上。美化罩材質建議采用玻璃鋼,禁止采用金屬材質或金屬支撐架。

圖6 美化外罩場景改造方案

1.4.1.4有空余抱桿或新增抱桿空間

對于不屬于以上場景,不能通過整合改造騰出5G抱桿位。如果天面有空余抱桿或新增抱桿空間,則可利用空余抱桿或新增抱桿安裝5G AAU。

1.4.2  供電改造方案

1.4.2.1 市電改造方案

以某廠家設備為例,3個5G AAU最大額定功耗達到3.9kW,實測滿負荷時3個5G AAU功耗約為3.3kW,通過公式(1)可計算出增加5G設備后的市電容量需求。市電容量是影響5G基站開通的重要因素,必須提前做好市電需求摸查和核算,及時開展市電容量擴容,為5G基站順利開通準備條件。由于2.6GHz頻段5G基站開通后,已同時共模開通5G和4G D頻3D-MIMO,原來的普通窄帶8T8R D頻RRU將停閉拆除。為此,核算市電容量需求時注意要核減替換掉的普通窄帶8T8R D頻RRU的用電容量。

其中,η為整流模塊轉換效率,當整流模塊為普效模塊時,η取值0.85 當整流模塊為高效模塊時,η取值0.95。

1.4.2.2 直流配電改造方案

如室內電源柜有足夠PSU擴容槽位,可直接通過PSU擴容來改造直流配電,每增加1個PSU可帶來3000W容量。

如室內電源柜沒有足夠PSU擴容槽位,或者空開/熔絲無安裝空間,可用室內外刀片式交轉直模塊進行直流電源改造。

2 4G/5G協同組網方案

2.1  分場景的5G頻率配置和功率分配方案

根據相關測試驗證,4G 3D-MIMO單載波容量為普通8T8R D頻段載波的2倍左右。為滿足4G流量熱點的業務需求,需要考慮4G/5G協同組網,在5G基站開通的同時,共模反向開通承載能力更強的4G 3D-MIMO,5G建網初期可圍繞4G流量熱點來開展5G基站建設。對于2.6GHz頻段5G AAU設備,可支持同時開通1個5G載波和3個4G 3D-MIMO載波。2.6G頻段5G設備支持4G/5G雙模,帶寬支持160MHz。對于320W的5G設備,按照每20MHz帶寬配置40W功率;對于240W的5G設備 ,當4G/5G 1:1共址建設時,要保證4G/5G兩網都能達到連續覆蓋,AAU總功率有所欠缺。對于5G業務需求區域和4G流量熱點區域兩種典型場景,建議4G/5G頻率配置和功率分配方案如下:

2.1.1 5G業務需求區域

(1)頻率配置方案:5G終端測試和大業務回傳必須開啟100MHz,4G向上移頻開通20~60MHz。

(2)功率分配方案:5G配置功率120W,4G配置功率120W。

2.1.2 4G流量熱點區域

(1)頻率配置方案:5G僅做測試,對帶寬無訴求,4G容量受限嚴重區域,建議5G開啟60MHz,4G開通60~100MHz。

(2)功率分配方案:5G配置功率90W,4G配置功率150W。

2.2  4G/5G協同組網干擾分析

圖7  2.6G頻段頻譜分析

對于160MHz 2.6G頻段,在5G未建設區域,4G占用的是2575~2635MHz共60MHz;在5G NR連續開啟區域,5G NR占用的是2515~2615MHz共100MHz。4G和5G有40MHz頻譜重疊會產生干擾。從原理上分析,5G對4G的干擾小于4G對5G的干擾。對于廣播信號,4G持續在一個寬波束進行發送,而5G最大支持8個窄波束進行輪詢發送,5G廣播信號發送機制可將干擾隨機化。對于導頻參考信號,4G網絡小區參考信號持續發送,而5G網絡無小區參考信號,在有用戶調度時才發送,大大減少了同頻干擾。對于數據子載波,4G與5G發送機制一致,只有在有數據傳輸時才會發送數據。

實際網絡參數仿真結果也和以上理論分析結論吻合。在某市城區,超過30個5G基站連續組網場景,5G基站配置100 MHz帶寬。5G基站連續組網區域和外圍4G基站覆蓋區域設置800m的隔離帶,外圍4G網絡忙時平均負荷為30%;诰W絡參數進行仿真,干擾影響如下:

(1)4G對5G的干擾影響:有隔離帶時,干擾影響均可忽略;5G空載無隔離帶時,5G下行平均速率下降4.9%;5G 30%負載無隔離帶時,5G下行平均速率下降1.4%。

(2)5G對4G的干擾影響:5G空載時,4G下行平均速率下降小于0.3%;5G 30%負載時,4G下行平均下載速率下降3.8%。

總體來講,由于4G/5G協同組網干擾,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協同組網干擾對4G/5G網絡性能影響較小。為此,建議在5G網絡性能示范區域,為展現5G最佳網絡性能,可設置隔離帶;5G規模商用部署時,無需設置隔離帶。

3 結束語

本文提出了5G組網架構,并總結了2.6GHz頻段5G網絡建設中BBU建設方案、前傳方案、天面配改方案和供電改造方案。同時,本文也對5G建網過程中將長期存在的4G/5G協同組網方案進行了分析,提出了相應的解決方案。本文總結的5G網絡建設方案,相信對實際網絡建設有較大的借鑒意義。

參考文獻

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[6]、岳勝,《5G無線網絡規劃與設計》,人民郵電出版社

[7]、黃勁安等,《邁向5G-從關鍵技術到網絡部署》,人民郵電出版社

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寫得不太好

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