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2020/11/4 18:17

5G网络建设方案探讨

移动labs  帅农村

Labs 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通信的最显著进步。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。

图1、5G组网架构对比

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。

图2、5G BBU两种模式建设方案

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,三种前传方案技术对比如表1所示。

表1 5G前传技术对比

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最优。如图3所示,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。

图3、彩光模块6波单纤解决方案

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

如图4所示,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,优先将窄带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。

图4 有D频独立天面改造方案

1.4.1.2 无抱杆新增空间,但同一扇区方向有多付天线

如图5所示,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。

图5 无抱杆新增空间,但同一扇区方向有多付天线改造方案

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。

图6 美化外罩场景改造方案

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最大额定功耗达到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 当整流模块为高效模块时,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,要保证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

(1)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。

(2)功率分配方案:5G配置功率120W,4G配置功率120W。

2.1.2 4G流量热点区域

(1)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。

(2)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

图7  2.6G频段频谱分析

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最大支持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:

(1)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%。

(2)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最佳网络性能,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。

参考文献

[1]、郭今戈等,《NR 2.6 GHz与LTE协同组网的容量与干扰分析》,移动通信,2019年第4期

[2]、朱智俊等,《浙江移动2.6GHz 4G/5G融合组网实践》,通信世界,2019年第9期

[3]、王盛军,《基于5G网络的配套改造方案》,电信快报,2019年第1期

[4]、李军,《面向4G增强的3D-MIMO连片组网技术》,移动通信,2019年第3期

[5]、张海涛,《5G NR系统频谱干扰协调分析术》,移动通信,2019年第2期

[6]、岳胜,《5G无线网络规划与设计》,人民邮电出版社

[7]、黄劲安等,《迈向5G-从关键技术到网络部署》,人民邮电出版社

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