5G無線網絡規劃方法探討

田艷中，陽 波，李忠良，李 兵

（湖南省郵電規劃設計院有限公司，湖南 長沙 410126）

0 引 言

2019年6月6日，國家工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯通以及中國廣電發放5G商用牌照，標志著中國正式進入5G商用元年。與前幾代移動通信系統相比，5G系統能夠滿足超高速率、超低時延、超高可靠性、超高速移動以及海量連接等性能要求，提供多樣化和差異化的業務應用。5G網絡將滲透到社會的各個方面，全面實現萬物互聯，加速經濟社會數字化轉型，經濟效益和社會效益明顯。同時，5G無線新空口技術對無線網絡規劃提出了新的挑戰。因此，如何做好5G目標網規劃和場景化規劃、建設一個5G精品網絡顯得非常重要。本文將在前期5G網絡建設經驗的基礎上，分析5G網絡規劃方法。

1 5G規劃面臨的挑戰

1.1 多業務、多場景帶來的挑戰

5G網絡應用具有多業務特點，對速率（用戶體驗速率0.1～1 Gb/s）、時延（1 ms）、可靠性（99.999%）和連接數量（100萬/km2）等方面提出了很高要求。同時，因為新業務的引入，5G應用場景遠遠超出傳統移動通信網絡的范圍。

多樣化的業務應用對5G網絡提出了不同的性能要求，針對每種業務應用需采用對應的網絡部署方式。例如：不同業務應用需考慮CU/DU部署方式，eMBB業務需考慮超密集組網方式，uRLLC業務需考慮MEC部署需求等。

5G無線網絡規劃需要考慮場景精細化劃分。5G無線規劃場景除了傳統典型場景以外，還增加了低空空域、人不可達區域等新型場景。不同的場景具有不同的業務需求，應根據不同場景采用針對性的網絡解決方案。

1.2 高頻段帶來的挑戰

5G采用Sub 6 GHz和24～40 GHz高頻頻段。與低頻段相比，高頻段具有更大的穿透損耗和路徑損耗。與1.8 GHz相比，2.6 GHz鏈路損耗大4～7 dB，3.5 GHz鏈路損耗大11～15 dB，4.9 GHz鏈路損耗大17～21 dB。24～40 GHz頻段覆蓋能力有限，視距傳播為主，對葉衰、雨衰等較為敏感[1]。5G通過多天線增大上行分集增益等技術來補償高頻段帶來的部分損耗，但總體上5G基站覆蓋范圍變小，需要更多的站址資源。

1.3 大規模陣列天線帶來的挑戰

大規模陣列天線（Massive MIMO）通過波束權值調整，實現覆蓋能力和頻譜效率的提升。在大規模陣列天線波束方案中，不同方位角和傾角將會組合出大量的覆蓋波形，將改變傳統移動網絡基于扇區級的寬波束規劃方法。

1.4 超密集組網帶來的挑戰

在高流量熱點區域場景中，5G將采用宏微異構的超密集組網架構進行部署，以實現5G網絡的高容量和高速率性能。但是，超密集組網技術的一些特點給5G無線網絡規劃帶來了挑戰。

1.4.1 站址規劃

室內外熱點區域采用宏基站、微基站以及皮基站超密集部署方式，進一步縮小了基站間距，大幅增加了站點數量，給站址規劃和獲取帶來了更大難度。

1.4.2 切換和干擾

在復雜、異構以及密集場景下，高密度的站點可能帶來較嚴重的切換和干擾問題。因此，在無線網絡規劃中需要考慮切換優化設置和干擾控制。

1.5 新網絡架構帶來的挑戰

5G的網絡架構包含NSA和SA兩種。NSA（非獨立組網）以4G基站為錨點，進行5G網絡部署。SA（獨立組網）為5G網絡獨立新建。與SA相比，NSA組網方案在信令錨點的選擇及異廠家設備的兼容性方面，對站址約束及互操作帶來了挑戰。同時，NSA采用雙連接方式，涉及業務面數據分流的問題，需考慮對現有4G網絡的性能影響。

2 無線網絡規劃方法分析

5G無線網絡規劃先進行需求分析，應以大數據技術為手段，以平臺為支撐，利用業務支撐系統、運營支撐系統和管理支撐系統輸出的CDR、MR、KPI以及KQI等海量數據建立大數據分析模型，輸出流量熱力圖、高價值用戶分布圖和覆蓋質差分布圖等，然后根據需求分析結果完成規劃場景的精細化劃分[2]。在業務規劃的基礎上，通過綜合平衡覆蓋規劃和容量規劃結果確定最終的網絡建設規模。

2.1 業務規劃方法

5G將采用多業務建網標準，不僅要滿足人與人的通信，還要滿足人與物、物與物的通信。5G業務規劃應從業務定位、業務規劃區識別以及業務對網絡架構要求等維度展開分析。

2.1.1 業務定位

5G網絡建設初期以熱點區域覆蓋為主，主要面向承載高速及超高速數據業務、超高可靠業務和超低時延業務。隨著網絡覆蓋的完善及技術的成熟，可適時開展VoNR業務。

2.1.2 業務規劃區識別

5G業務規劃應借助大數據平臺分析獲取業務價值區，初期重點覆蓋區域應為高價值熱點區、垂直行業應用示范區、品牌宣傳體驗區以及競對區域等。

（1）高價值熱點區。高價值熱點區主要通過現網用戶及業務分布獲取高流量熱點區、高價值終端區、高價值用戶區以及用戶分布密集區等，具體見圖1。

圖1 高價值熱點區識別

（2）垂直行業應用示范區。垂直行業應用示范區是有較好業務基礎、具有明確的應用示范效益、有明確的合作需求以及已簽約的用戶/行業用戶數分布區域，重點是省級以上工業園、產業園等區域。

（3）品牌宣傳體驗區。重點場景的品牌宣傳需求，如機場、車站、重要景區、商業中心添加高校等。

（4）競對區域。運營商與競爭對手市場競爭需求。

2.1.3 業務對網絡架構的要求

5G網絡采用CU/DU網絡架構、網絡切片及邊緣計算等技術，對5G業務多樣化和場景化具有重要作用。例如，對于uRLLC類業務，可根據業務類型和時延需求對網絡進行切片，同時將MEC下沉到更靠近網絡邊緣的位置，最大限度地消除傳輸時延影響，從而滿足毫秒級低時延業務需求。對于mMTC小數據包業務，可依實際情況考慮CU/DU的分離部署，實現CU資源云化，降低建設難度。

2.2 覆蓋規劃方法

5G無線網絡覆蓋規劃包括無線傳播模型選擇、鏈路預算、站間距建議以及覆蓋規劃方案等內容。其中，傳播模型選擇和鏈路預算已在文獻[3]中進行了詳細探討。根據鏈路預算結果和5G網絡測試分析，得出前期以滿足eMBB業務為主的5G網絡宏基站不同傳播環境下的站間距建議，具體見表1。

后期將根據垂直行業用戶的具體場景業務特點，提出更有針對性的站間距規劃。結合大數據手段，通過場景精細化規劃，在滿足業務需求和覆蓋指標的條件下，制定合理和可行的覆蓋規劃方案。

表1 3個典型頻段5G宏基站站間距建議

2.3 容量規劃方法

5G業務具有多樣性特點，因此容量需求除了要考慮數據流量外，還要考慮連接數需求，尤其是uRLLC和mMTC業務，更容易出現較大的連接數需求。因此，5G容量規劃應對3大業務容量需求進行綜合分析，總體流程見圖2。

圖2 5G容量規劃流程圖

2.3.1 用戶預測

采用一定的預測方法，如增長率法、趨勢外推法、線性擬合法以及專家預測法等[4]，從社會、經濟以及人口等眾多相關因素中尋找出與未來電信用戶市場定性定量關系的過程。對于某一業務用戶數，應結合區域總用戶數、對應業務用戶滲透率以及增長率等因素進行合理估算。

2.3.2 業務模型

每個業務都具有自身的特點，不同業務模型也不同，一般受用戶分布、用戶滲透率、業務滲透率、忙時用戶并發率以及用戶行為等多因素影響[5]。因此，業務模型需結合具體場景，分析特定場景下的業務特征和用戶特點，確定符合對應場景的業務模型。

2.3.3 容量需求計算

根據各業務模型和預測的用戶數可得到對應業務的容量需求，累計區域內所有業務的流量、連接數等容量需求，得到容量總需求。

2.3.4 容量規劃方案

根據容量總需求及單小區承載能力計算得到區域內所需小區數。容量規劃要基于場景精細化進行。對于容量需求較大的業務密集區，容量規劃方案可綜合考慮設備選型、超密集組網等方式來增加區域內容量能力。

2.3.5 詳細規劃和無線仿真工作

5G詳細規劃包括站址規劃、設備選型、天線掛高、方位角、下傾角、Massive MIMO波束參數、PCI以及TA等[6]。其中，波束參數規劃為5G新增。波束規劃一般通過對場景特點、業務分布等覆蓋要求進行詳細分析，計算出符合場景要求的水平及垂直波瓣寬度要求，從而選用適合當前場景的波束配置類型，再結合RF參數設置、干擾控制等因素進行權衡，選擇最適合覆蓋場景的預設權值。

3 規劃案例分析

3.1 業務規劃

某省電信運營商在某智慧園區（辦公區+住宅區）規劃5G網絡，需要實現智慧安防、智慧停車、智慧生活、遠程教育以及遠程辦公等業務。例如，遠程全息會議要求下行速率不小于500 Mb/s，傳輸時延小于20 ms。

3.2 規劃方案

綜合考慮業務需求和現網資源，基于3.5 GHz頻段按照200～300 m站間距共規劃了7個宏基站，同時兼顧園區道路覆蓋。由于左邊小區站點居民阻工和右邊中學改建，實際實施了5個，其中3個利舊4G站址。

3.3 測試結果分析

為了評估5G網絡的覆蓋效果，對建成后的網絡進行DT和CQT測試，其中測試終端CPE（2T4R）有約4 dB的天線增益。

3.3.1 DT測試結果及分析

通過分析圖3，馬坡嶺模塊局5G基站天線掛高40 m，室外覆蓋效果良好。作為主信號覆蓋南邊住宅樓范圍，覆蓋半徑最遠到450 m（室外RSRP≥-105 dB）。白竹坡路口基站天線掛高30 m，室外覆蓋效果良好，無阻擋道路覆蓋半徑最遠到500 m。馬坡嶺模塊局基站右下角道路覆蓋差，初步分析是受7層高的員工宿舍樓和道路兩邊茂密樹葉的影響很大。西南角信號較差，經分析，是由于白竹坡路口基站切換馬坡嶺模塊局過晚引起的，需要進行網絡優化。

圖3 某智慧園區5G網絡DT測試結果

3.3.2 CQT測試結果及分析

通過對中間測試路線圓圈內的辦公樓進行CQT測試，一樓大廳離天園國際會議廳基站（圓圈邊）約62 m，在主瓣周圍RSRP約-80 dBm，PDCP層速率約690 Mb/s；一樓母嬰室（封閉環境）在開門的情況下RSRP約-98 dBm，PDCP層速率約500 Mb/s。通過對測試結果進行綜合分析，建議在西南邊馬路邊新增景觀塔或本園區住宅區南邊新增1個宏基站。

4 結 論

分析5G規劃面臨的挑戰，提出了一套5G無線網規劃方法，并通過規劃案例進行驗證。但是，5G網絡在實際建設過程中存在規劃站址不能簽約、存量站址配套改造以及存量站址配套不具備改造條件等問題，大量的5G站點建設如何落地值得進一步研究。