5G网络的运营商部署策略探讨

摘要

鉴于5G技术在新一代的信息通信基础设施中的重要性，5G已经上升为国家战略，被视为国家间产业与经济竞争手段。随着技术标准的定型，网络部署已经被运营商提上议事日程。考虑到5G技术的新特点，运营商根据现有电力、传输、基础建设条件以及业务预测的网络周期等因素采取合适的部署策略，快速高效地部署网络是明智的选择。部署的策略需要考虑的因素包括网络架构与设备选型、建设策略、网络重耕。

关键词：5G技术；业务预测；设备选型；网络重耕

1   引言

据报道，美国无线通信和互联网协会（CTIA）建议美国应该加快引进5G技术，否则可能比中国落后一到两年，未来不再有其它机会。按照协会的结论，中国和韩国在5G引进方面已经超过美国。美国国家安全委员会（NSC）也警告称，如果中国占据通信领域主导地位，那么他们将不仅获得技术胜利，也将获得政治、经济，以及军事胜利。在我国国家层面，鉴于5G技术在新一代的信息通信基础设施中的重要性，也已经将发展5G上升为国家战略，被视为国家间产业与经济竞争手段。今后面向物联网的应用、车联网的应用，叠加在上面的各种互联网+，甚至工业互联网的应用，都和它密切相关。作为运营商，5G网络已经不是部署不部署的问题，而是采取何种策略部署的问题。

2   5G发展现状

5G是3G后通信基础又一革命性突破，涵盖增强移动带宽、海量机器通信和超高可靠低时延通信3个应用场景。2017年，全球5G移动通信时代脚步越来越近，各国政府纷将5G建设及应用发展视为国家重要目标，各技术阵营的5G电信营运商及设备业者亦蓄势待发，5G市场战火一触即发。2018年6月底已经发布NR第一个版本（R15），满足eMBB以及（部分）URLLC需求（Option 2）R15版本将在2018年12月冻结，2019年底发布R16版本，满足5G全业务需求 。

2.1  应用场景

5G时代视频类创新应用引领5G初期eMBB业务发展，而智慧城市，万物互联，融合创新，工业4.0，智能制造的发展，使能行业变革将成为5G新常态。5G网络应用场景如图1所示。

图1    5G网络应用场景

（1）eMBB场景：高容量大带宽，增强视频、AR/VR等创新应用引领5G发展和需求，eMBB成为5G初期首选场景。

（2）URLLC场景：超低时延，高可靠性，使行业变革，驱动车联网、无人机、工业控制、进程匚疗等特殊应用成为可能。

（3）mMTC场景：广覆盖、小数据包、低成本、低功耗，智能家居，智慧城市，物联网业务激增（预计2020年17亿连接）。

2.2  标准制定状况

5G第一版本标准接近完成，根据预测，3GPP有关5G标准推进工作进展计划如图2。

图2    5G标准进展

（1）核心网方面，2018年6月已经完成NGC第一个版本（R15）制定，2019年底完成NGC R16版本：支持多种网络切片，满足5G全业务需求。

（2）无线网方面，2018年6月已经发布NR第一个版本（R15），满足eMBB以及（部分）URLLC需求（Option 2）R15版本将在2018年12月冻结，2019年底发布R16版本，满足5G全业务需求。

2.3  国内运营商发展状况

根据GSMA官方预判到2025年全球约12亿5G用户，5G网络覆盖40%人口，中国将是5G最大的市场运营商意志服从国家意志，行业需求旺盛，需求超越供给，以及竞争驱动，先发优势将决定5G的建设和运营策略。

（1）中国移动：截至2017年末，移动全国4G基站有187万个，覆盖99%的人口。2018年，移动将继续巩固现有网络，同时大力推动5G发展。2018年5G规模实验计划——在杭州、上海、广州、苏州、武汉五个城市开展外场测试，每个城市将建设超过100个5G基站；将在北京、成都、深圳等12个城市进行5G业务和应用示范。

（2）中国联通：紧扣发展节奏，聚焦“厚、深、广”三要素，打造高效、优质的中国联通精品网；支撑2I2C再发展1亿用户战略延续流量经营红利，延续用户和收入增长；直面深度覆盖体验短板面向5G推进数字化转型。目前在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京、雄安等七座城市和地区里开展5G外场测试工作。

（3）中国电信：当前，电信正大力地推动VOLTE商用，以4G网络功能全面替代2G和3G网络功能为主要目标。将会为成都、雄安、深圳、上海、苏州、兰州六座城市和地区开展5G网络相关测试，促进4G与5G网络协同，促进5G技术应用落地。

总体上来看，中国移动在5G网络的前期研究和技术储备较多，电信在北京、上海、广州研究院也一直跟进5G的研究，取得了一些进展。联通在5G方面的动作也不少，但在5G试点方面整体落后于其它两家运营商。

3   5G部署面临的困难

从前期4G的部署经验来看，5G的部署仍然采取与现有的3/4G共站为首选，再考虑到覆盖需求进行新增补点的模式进行规划建设。在与3/4G共站建设模式下，现有基站的电力容量，天面条件，以及传输带宽必然成为影响快速部署的瓶颈。

3.1  无线设备形态变化

根据主要设备生产厂家的参考数据，5G网络无线部分的基站设备形态明显有别于4G的BBU+RRU组合，主要以BBU+AAU形态出现（4G与5G基站典型形态对比如图3所示）。

图3    4G与5G基站形态对比

3.2  电力容量不足

根据主要设备生产厂家的参考数据， 5G的BBU功耗较4G的BBU高出一倍，RRU与天线的组合体AAU约1000W，较4G高出1.5倍，整体单站功耗约5000W，是原来4G的2.5倍。在3/4G共站情况下，叠加5G设备，尤其是2G尚未退网情况下，电源容量将严重不足。

其次，由于AAU必须挂在抱杆上，产生额外的路径损耗，进一步增加了供电压力。同时，AAU相对于RRU较大的功耗，要求更粗的电缆线径，增加了施工的难度。

根据当前无线网络运行状况来看，4G网络的叠加已经给现网带来了极大的挑战，未来再在现网叠加5G，不进行电力改造和电源扩容几乎不可能。2G设备老旧，耗电量在基站中占比非常大。考虑到2G业务基本可以由3/4G分担，加速2G网络全面退网成为必然选项，可以大大缓解基站电力不足的局面。

3.3  天馈工程难度增大

（1）AAU安装需要新增足够的天线包杆和空间，现有站点天面空间普遍不足，同时考虑天面租金通常按照天线数量计算，成本将大大增加。

（2）由于AAU取代传统天线上塔，重量大约是传统天线的4倍，从安全角度考虑，传统的天线抱杆在结构和强度上都不能满足安装AAU条件。

（3）考虑到新增AAU散热和安装空间限制，传统美化罩大多不能重用，需要定制或改造。

（4）加快2G网络的全面退网可以一定程度缓解天面空间的需求。

3.4  前传光纤需求增加

前传光纤需求，5G站点光纤需求成倍增加，光纤资源挑战大。4G时代BBU集中比例约50%，光纤已显不足。同时，RRU级联+单芯双向，单天面到机房一对或一根纤，尚能节省一些光纤资源。但是，在5G时代AAU不能级联，光纤消耗更多，每AAU需一对纤，BBU集中使光纤需求显著增加。

4   部署策略探讨

考虑到每一代移动通信网络都有其生命周期，如何根据业务预测，经济并高效地部署网络策略变得非常重要。需要考虑的策略包括设备选型，覆盖策略，容量策略以及旧的网络的重耕策略。

4.1  网络业务分析预测

要分析网络的生命周期，需要对实际网络运行情况的长期统计观察，从而预测业务发展趋势和网络更替周期，为网络初期建设和后续扩容提供指导建议。以下以某城市3/4G业务为例进行分析。

（1）网络成长期

某城市本地网4G网络建设初期到成长期，3/4G网络业务对比统计情况如图4。

图4    某市3/4G网络业务统计

统计可见，由于4G较3G网络有10倍吞吐率优势，4G网络从建成商用以来，流量最初远低于3G，到月流量正式超过3G网络，双网流量实现剪刀差，仅仅用了17个月，不到一年半的时间。

（2）流量井喷期

随着4G终端的普及，一系列流量包业务的发布，推动4G流量井喷式的增长，几乎平均每半年流量翻一倍。业务量井喷似的增长，大大超出预期，网络容量受限制，业务感知受到影响，网络随即由规模建设期转入规模扩容期（4G网络井喷式增长如图5）。

图5    4G网络井喷式增长

（3）业务替代期：

4G网络自正式商用后，流量从与3G网络旗鼓相当，到数据流量达到3G网络的10倍，从而基本取代网络，成为数据业务主流，仅仅只用了15个月的时间。4G/3G流量比的变化如图6所示。

图6    4G/3G流量比变化

从上述4G网络的成长周期来来看，从网络正式商用，到取代3G，只用了32个月，大约2.7年的时间。目前，运营商的策略，除了局部的热点扩容外，基本都是在筹备5G了，5G网络蓄势待发。可以预见的是5G网络的建设和成长周期也将遵循这个周期规律，或许更短。因此，根据网络成长发展预测周期，抓住投资建设的黄金时间，如何选择正确的策略部署5G网络尤为重要。

4.2  组网与设备选型

（1）SA与NSA的选择

5G网络基本架构分NSA（非独立组网） 与SA（独立组网）两大基本类型，

两种架构不同特点，服务不同部署策略，服务不同战略的选配。NSA 与SA 组网优劣对比如表1。

表1    SA 与NSA架构对比

对比NSA（非独立组网）SA（独立组网）

组网架构4G+5G协同5G独立组网

连续覆盖必要性必要性低必要性高

速率4G速率+5G速率5G速率

语音方案3G回落/VoLTEVoLTE

核心网利旧EPC新建5Gnew core

NSA特点适于“一步规划，分步实施”，聚焦重点，投资可控。SA对全网连续覆盖要求高，适于连续覆盖一步到位策略。考虑到投资风险，设备利旧，逐步演进的稳妥策略，建议优选NSA作为初期建设策略。

（2）无线设备的选型

5G基站初期部署是选择64T64R ，32T32R，还是16T16R也很重要，从商用技术成熟度，覆盖能力，容量增益，单站成本，对标友商等几方面考虑，初期部署64T64R，保障连续覆盖竞争力是不错的选择（64T64R的优势如图7）。

图7    64T64R的优势

（3）供电节电策略

5G基站设备功耗较大，尤其是AAU功耗大，而且需要远程供电，线路损耗给工程和维护带来较大的问题，通过提高线路电压降低路损是必然选项。为了解决这个问题，一方面要改造基站供电系统，另一方面，要求厂家提供多种应对方案，包括相关的配套设备，AAU的低压工作能力，交流工作能力，以及其它节电策略。

4.3  建设策略

（1）按需建设，循序渐进。结合上述分析的4G网络成长周期，预测5G业务发展节奏，根据业务节奏进行建设。根据应用预测，5G建设的第一阶段，主要以增强视频、AR/VR，无人机等创新应用为5G发展驱动力， eMBB成为5G初期首选场景。第二阶段，以智能机器人，车联网等应用为主，网络需满足低时延、大带宽需求。第三阶段，各应用智能化、规模化，网络需满足大连接、低时延、大带宽需求。因此，从投资效益角度出发，5G网络的建设应根据各阶段业务需求，按需投资。

（2）从点线面考虑，重要场景差异化覆盖。5G由于较高的频率，覆盖半径较小，考虑经济效率，初期建设非连续覆盖是必然的。采用分用户分场景差异化覆盖，逐步实施是首选。从点、线、面三方面来考虑：

一是关键的点，主要是分散的重要用户，包括高APRU用户、政企重要用户、VIP用户活动区域，机场，车站，码头，港口，重要景区以及营业厅等其它重要点状区域。

二是重要的线，如重要城际高速、高铁，机场高速等有利于塑造网络口碑的体验场景。

三是高价值的面，高端人口密集的核心城区，重要商业区，目标用户密集，3/4G网络流量较高的，运营价值区域，局部实现连续覆盖是必要的。

4.4  网络重耕

（1）为了达到eMBB的极致体验，体现速率上的优势，5G网络需要单载波占用100MHz以上的频率资源。根据工信部无线电管理机构相关文件显示，将分配3300-3600MHz和4800-5000MHz作为三大运营商5G网络部署使用，其中3300-3400MHz原则上限室内使用。因此，从明确分配的资源来看，三大运营上能够用于部署5G网络的频率资源非常有限，基本上只能部署单个载波。

（2）无线网络中，频率资源一直以来都是稀缺的资源，围绕频率资源的重耕，从2G网络时代的900M/1800M开始，到后来的3G，再到现在的4G，一直都在进行重耕，以便用更多更经济的频率资源，特别是频率较低的资源，从深度到广度推进新一代网络的发展完善，5G时代依然如此。提前考虑现有2/3/4G网络频率的重耕，以便为5G发展提供更加丰富的资源。当前各大运营商获得并使用的频率资源如图8所示。

图8    三大运营商频率资源

从上面已经分配使用的频率资源来看，联通的存量频谱达到162MHz，远超过分配给5G的C-band。随着5G建设拉开序幕，2G网络将加速退网，现有2/3/4G网络频率整体重耕将持续进行。以联通为例，频率重耕建议按照两阶段进行：

第一阶段2G全面退网。为5G部署腾出电力，天馈天面等资源的同时，为4G部署VOLTE，NB-IOT提供宝贵的低端频率资源，将4G进一步做深做厚，为逐步部署VOLTE作准备。

第二阶段，3G逐步退网。5G业务迅速增长，4G业务逐步回落，并且VOLTE全覆盖，3G逐步退网，3G退出的频率加上TD-LTE退出的频率，通过整合，最终挤出100MHz用与部署5G第二载波，大大提升5G覆盖，容量和吞吐率。最终建成1+1极简的高效网络，4G承载全部语音，中低速数据及部分物联网业务，5G承载高速数据业务及大部分物联网业务。两阶段的频率重耕示意如图9。

图9    5G阶段频率重耕

（3）工信部分配给运营商，用于5G网络最低为3300MHz以上，比现有3/4G网络频率高一倍左右。根据电磁波频率越高，传播损耗越大的特性，意味着要达到相同的覆盖，需要增加数倍的投入。通过频率重耕，将较低的频段用于5G建设，不仅有利于提升网络容量，对网络的深度覆盖也带来不可估量的影响。

5   总结与建议

5G网络蓄势待发，虽然经了3/4G大规模建设，虽然各运营上积累了许多快速部署经验，但是由于5G网络在业务需求，网络架构和形态上全新的特点，仍然有许多短板要提前考虑，才能做到从容应对，经济部署。根据前面的分析，总结如下：

（1）加速推进2G网络的全面退网工作，缓解基站电力容量和天馈天面部署压力，为5G部署进行前期准备。

（2）推动VOLTE的建设和商用，是3G精简和退网的先决条件，为1+1极简网络作好准备。

（3）从经济部署策略考虑优先采用NSA（非独立组网）架构，再向SA（独立组网）架构演进。

（4）设备选型，综合考虑技术成熟度，覆盖能力，容量增益，单站成本，对标友商等因素，无线设备优先选择64T64R。

（5）考虑单站电力容量需求大幅增加，要提前考虑改造基站供电系统，另一方面，要求厂家提供多种应对方案，提供能耗较低的无线设备，降低部署难度和运行成本。

（6）根据4G网络成长周期，预测5G业务发展节奏，根据业务节奏进行建设部署，按照点线面重点部署，逐步推进。

（7）持续进行网络重耕工作，为5G建设提供优质的低频资源是实现深度和厚度覆盖的必由之路。 ★

作者简介：

何建：高级技师，硕士毕业于华中科技大学，就职于中国联合网络通信有限公司深圳市分公司。

苏小文：硕士毕业于华中科技大学，就职于中国联合网络通信有限公司深圳市分公司。

陈伟：本科毕业于电子科技大学，就职于中国联合网络通信有限公司深圳市分公司。