4G/5G 協同規劃和建設分析

鞏國棟 張志鈺

（廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司，廣東 深圳518000）

2019 年我國正式進入5G 商用元年、工信部正式向中國移動、中國聯通、中國電信、中國廣電四家運營商發放5G 商用牌照。中國移動獲得了2.6GHz，由于4G 和5G 部分頻段重合，需要4G 騰退D 頻段進行5G 建設。但隨著客戶流量需求增大，同時D 頻段作為4G 容量的主力頻段，并且5G 發展并非一蹴而就，4G 網絡仍起到舉足輕重的基礎承載功能。良好的網絡覆蓋，是確保客戶感知，也是提高核心競爭力的前期。現網中的弱覆蓋區域將持續影響用戶感知，導致部分客戶攜號轉網。因此提高4G 覆蓋，依然是必然趨勢。如何在5G 時代處理好4G/5G 的關系，解決好二者之間的有效協同，長期并存，是當前無線網規劃與工程建設面臨的新課題。

1 4G/5G 設備和技術協同

與4G 相比，5G 的峰值速率從1Gbps 提高到20Gbps，提升20 倍；用戶體驗速率從10Mbps 增強到100Mbps，提高10 倍；頻譜效率為4G 的3 倍，移動性從350km/h 提升到500km/h，時延從10ms 降低到1ms，連接密度每平方公里連接數從10 萬提升到100 萬，提升了10 倍，網絡能量效率提升100 倍，流量密度從0.1Mbps/m2提升到10Mbps/m2。為充分發揮5G 優勢，同時兼顧4G 業務需求。因此要求5G 無線網設備應支持160 MHz 全帶寬，同時具備4G/5G 共模、頻譜動態共享等技術特性。

采用5G 設備反開3D-MIMO,Massive MIMO 是5G 的關鍵技術，主要應用于基站側。5G 設備反開3D-MIMO 是基于Massive MIMO 技術多陣列的波束賦形和垂直方向能力、由于波束方向的信號能量集中，具備較強的增益和抗干擾能力，在提升容量覆蓋需求的同時也可提升RSRP（現網指標中，RSRP 反映網絡的覆蓋情況，而SINR 值的高低反映了信道質量.影響用戶的下載速率）。5G 反開3D-MIMO 提升用戶感知度時，需要注意垂直維度的覆蓋能力與站點高度和同一基站優先給4G 分配功率資源。

4G/5G 協同建設，一方面可以采用5G 與4G 分設基帶板，同時4G 3D-MIMO 基帶板具備具備軟件升級支持5G 的能力，AAU 支持4G/5G 共模，另一方面單基帶板同時支持5G 與4G，AAU 支持4G/5G 共模。

2 4G/5G 天面協同

2.1 天面整合目標

大規模天線Pre 5G 的核心技術，基站側安裝大規模天線陣列，利用多根天線形成的空間自由度及有效的多經分量，提升系統頻譜利用效率。大規模天線技術的應用場景包括宏覆蓋、高層覆蓋、熱點覆蓋和無線回傳。大規模MIMO 通過提升天線的數量使得頻譜效率提高進而成倍的提升網絡質量，大規模MIMO具有低時延、干擾程度低、功率效率高以及系統性能優異等優點。

大規模天線將導致基站的價格上升，建站成本增高，同時流量增加帶來RRU 和BBU 之前的前傳壓力增加，方案上將前傳變成后傳短期較難實現，將導致光纖的需求增加。

中國移動經過2G-4G 的建設，基站天面空間普遍緊張，即使新增抱桿，理想天線的位置已經基本被2G 和4G 占用。中國移動從節約鐵塔租金，預留5G 天面空間出發，需對利用現有技術對天面進行整合。例如采用“4488”天線、“4+4”天線、FA/D 電調天線、“2288”全頻段電調天線等。但在實際情況中，由于現有網絡結構復雜，各頻段覆蓋能力差異較大，各制式天線的方位角和下傾角從在差異，因此在天面整合當中理想狀態是單小區3 副天線，即TD-LTE，FDD，5G 各一副天線。當TDD 和5G 同廠家，整合FDD 天線騰退抱桿。TDD D 頻段和5G 共模，TDD F 頻段獨立天面。當TDD 和5G 異廠家，分別對FDD 和TDD 進行天面整合。

對于天面特別緊張的基站，采用單小區兩副天線，即4G 和5G 各一副。4G 采用4488 全屏天線進行天面整合。

2.2 5G 分場景天饋建設方案

本著降本增效和5G 占用理想天面出發。結合現有天面形態給出一下幾種天面整合方案。

2.2.1 當現網4G TD-LTE D 頻段為獨立天線，

當5G 與現網4G（TD-LTE）共廠家，在天面承重滿足要求的情況下，優先將4G D 頻段天線替換為4G/5G 共模AAU。

當與5G 異廠家：優選FA/D 天線獨立電調天線進行整合。其次選用4488 整合天面。

若無D 頻段天線，需要通過整合現有天面騰出天面空間用于安裝5GAAU。當900M、1800M 為獨立天線，建議拆除GSM1800 騰退天面給5G，用“ 4 + 4 ”電調天線替換GSM900天線進行整合；當900M、1800M 為非獨立天線，建議選用4488天線對900M、1800M、FA、D 進行天面整合。

2.2.2 若利用現有技術對天面整合后，仍然無法滿足5G AAU 的安裝，例如鐵塔承重不滿足、4G 建設已經對天面進行了整合，天線隔離度不達標等。需要進行新建鐵塔來滿足5G 覆蓋。

3 4G/5G 協同建設面臨的挑戰

5G 部署主要面臨前傳資源、動力配套、天面等三個方面的挑戰。由于5G 的高流量帶來RRU 和BBU 之前的前傳壓力增加，方案上將前傳變成后傳短期較難實現，將導致光纖的需求增加；由于5G 設備功耗高于4G 設備，對動力配套的要求較高，現網資源多數已不滿足多家運營商新增5G 設備，需要提前對動力配套進行改造；現網資源天面縣城以上已基本占用，無空余天面資源，需要對天面采用合路天線進行整合，或新建桿塔進行5G 網絡部署。

4 4G/5G 建設協同建設實例

無線網絡按照需求分析，設備選型，規劃設計的流程進行方案編制，實現對某某科技有限公司廠區的全覆蓋要求

4.1 需求分析

覆蓋目標簡介：某有限公司是一家專注于石墨、炭素新材料及副產品研發和銷售的綜合型公司，占地面積約0.85 平方公里，毗鄰G6 高速，交通便利。

室外覆蓋需求：利用4G/5G 大帶寬特點，最大程度保障用戶感知，分別建設4G 宏站和5G 宏站專用網絡，對整個廠區進行網絡全覆蓋。

室內覆蓋需求：對廠區內高樓部、運營大樓、食堂和四個廠區辦公室采用4G/5G 專網室內分布建設

無線網絡覆蓋指標要求：

表1

4.2 設備選型

總體選型原則：以“4G/5G 協同、室內外協同”為總體原則，優先采用4G/5G 雙模設備，通過室外覆蓋方式建設，對于封閉性好（穿透損耗大）、用戶密集（容量需求高）的物業點采用室內方案。

宏站選型原則：主設備采用4G/5G 共模設備，升級和維護更為便捷，5GAAU 采用64TR 且功率大于240W 的192 陣子設備，抗干擾能力更強，天線增益更高。4G 天線選用4488 或4448 天線，便于后期網絡擴展。

室分選型原則：采用4T4R 的4G/5G 共模分布式皮站，250mW 大功率pRRU 設備，匹配大帶寬，靈活實現小區合分裂與合并，改善弱覆蓋區域覆蓋性能，提升邊緣用戶體驗。

表2

4.3 規劃設計

室外覆蓋方案：共計規劃8 個無線網絡物理站點，每個站點為5G 2.6G 頻段和4G FDD 1800M雙制式，均為S111 三扇區載波配置，平均站間距約為350 米，天線初始掛高25 米，總下傾角9 度。

圖1

圖2

室內覆蓋方案：采用分布式皮站方式，根據pRRU 間距15-30 米的原則，并結合實際室內覆蓋面積，預計共規劃4 個室分4G/5G 共 模 站 點，19 個Rhub 和136 個pRRU 設 備，按NR100MHz+5 載波LTE 進行配置（圖2）。