電聯共建共享5G無線網絡設備選型淺析

［米洪偉 燕賓朋］

1 引言

本文主要是對目前5G無線設備的主要型號能力進行了分析對比，并根據2020年5G網絡頻段演進和行業發展預估情況，對5G網絡建設初期的無線設備選型給出了各類場景下的建議，并對相關設備選型下的部署策略給予了一定的建議。

2 通信行業發展預估

2.1 4G行業發展預估

中國4G起步稍晚，中國運營商在2014年4G開始商用，開啟4G網絡大規模建設，這個時候4G無論是技術規范還是芯片、終端等都較為成熟，為4G網絡飛速發展奠定了基礎。終端設備廠商4G手機占比快速提升，2014年國內4G用戶滲透率不足10%，但4G手機市場出貨量占比已從10%提升至70%。

2015～2016年4G用戶交換出現高峰，兩年內4G用戶普及率從10%提高到65%，根據相關統計，用戶換機高峰一般持續3年左右。

2.2 5G行業發展預估

目前5G建設我國相對領先，2020年開始5G實現快速發展，根據以往規律統計，各大終端廠商推出5G手機速度會快于5G網絡建設速度，2020年5G手機需求量及出貨量滲透率將大幅提升，預計近三年將是換機高峰期，國內用戶5G用戶滲透率預計能提升到60%左右，2020年開始5G手機占比將會逐年提升，并持續三年。

3 5G頻率演進規劃

3.1 5G頻率演進思路

通過3.5G打造5G容量層；通過2.1G打造5G基礎覆蓋層，實現與中移動2.6G相比擬的覆蓋優勢。

（1）演進：3.5G（200M）打造5G容量層，2.1G打造5G基礎覆蓋層，實現TDD+FDD全球中頻段最大帶寬的5G精品網。

（2）競爭：3.5G頻率相比與2.6G頻率無線傳播處于劣勢，所以要充分利用既有的中低頻資源，打造差異化優勢。

（3）投資：5G網絡建設初期設備投資高昂，應充分利用不同的頻段、不同類型的設備布局5G網絡，可大幅節約5G投資。

3.2 5G頻率頻譜策略

（1）價值區域3.5G連續覆蓋，2.1G針對性強化室內淺層覆蓋；

（2）廣覆蓋區域2.1G基礎覆蓋，對于部分熱點區域疊加3.5G進行容量補充；

（3）價值區域建議采用64TR（Transmit和Receive，指64收發通道，下同）進行部署，其他區域采用32TR（Transmit和Receive，指32收發通道，下同）進行部署。

3.3 2.1G頻率重耕及定位

3.3.1 2.1G NR優勢及部署建議

3.5G穿透損耗過大，給宏站的部署帶來巨大壓力；同時，由于無源器件、天線的種種限制，以及3.5G DAS(Disfributed Antenna System，分布式天線系統)饋線損耗，給3.5GNR（New Radio，一般指5G基站，下同）傳統室分帶來重重困難。

聯通電信聯合建設5G網絡及2.1G頻段的重耕，給5G的廣覆蓋和傳統室內分布的建設帶來了曙光。

（1）2.1G 彌補3.5G NR上行不足補齊下行體驗，提升深度覆蓋水平。同時也為低容量區域快速部署5G提供了便利。

①重點核心區域2.1G針對性補充強化室內淺層覆蓋。

② 其他區域2.1G作為基礎覆蓋層，快速部署5G。

（2）3.5G頻段覆蓋受限，2.1G頻段重耕后，具有反開3/4G功能，可以整合現網3/4G老舊設備，能夠節省租金和電費；同時室內覆蓋方面對于非重點口碑樓宇和重點口碑樓宇（住宅）等中低流量樓宇，建議使用2.1G傳統DAS(Disfributed Antenna System，分布式天線系統)/樓宇互打方式覆蓋，滿足覆蓋的同時能節約大量投資，降低運營成本。

（3）考慮到目前2.1G的產業形狀，建議2.1G補充覆蓋根據產業鏈成熟情況適當延后。

3.3.2 2.1重耕策略建議

5G初期三大運營商的5G套餐制定價格偏高（如表1所示），用戶消費水平短時間內難以有大的提高；間接影響著5G用戶的發展。

表1 5G初期各運營商5G套餐情況

由于手機用戶上網習慣的改變和高清視頻等業務的發展，4G流量飛速發展，5G建網初期用戶發展(流量分流作用）不容樂觀，直接給4G容量帶來越來越大的壓力。

所以2.1G的頻率重耕不可一蹴而就，現網有相當數量的L2100承擔著4G熱點流量，所以5G建網初期2.1G應兼顧4G流量熱點的分流，建議2.1G開通 DSS，兼顧4G容量壓力釋放和5G口碑建立。等5G用戶達到一定比例，2.1G全部重耕至5G，如圖1所示。

圖1 2.1G頻率重耕建議

4 5G無線設備能力對比

64TR 3.5G無線設備價格昂貴，功耗較大，全部高配部署64TR 3.5G會造成投資的巨大浪費，且給后期的網絡運行成本帶來巨大壓力，因此5G初期建設必須是分場景、分區域結合設備覆蓋性能、容量性能、業務需求來進行5G設備選型組合，打造各項指標最優的精品網絡。

4.1 320W 64TR 3.5G 設備與240 W 64TR 3.5G 設備能力對標

4.1.1 理論覆蓋能力對比

200 W/240 W/320 W各場景覆蓋率均大于90%，320 W更優。不同場景的功率體驗有差異，普通城區體驗差異大，如表2所示。

表2 不同場景仿真：下行速率100 Mbit/s的覆蓋率

64TR 320 W較240 W有效提升小區吞吐率和邊緣速率。320 W設備可通過網管配置成240 W使用，而240 W需要更換硬件的方式才能達到320 W發射功率。

密集城區320 W邊緣速率提升約12%，平均吞吐量提升5%左右；一般城區提升效果更明顯，320 W邊緣速率提升23%，平均吞吐量提升10%左右。

4.1.2 實際測試能力對比

某地區精品網共建共建測試中，深度覆蓋的遠點，在100 M帶寬下，采用150 W/200 W發射功率相較于100 W發射功率，對邊緣用戶的感知速率增益有明顯加成，約在50%以上，如表3所示。

表3 深度覆蓋遠點下行速率

4.2 64TR與32TR 3.5G設備能力對標

4.2.1 理論覆蓋能力對比

32TR與64TR無線設備相比，由于引入了移相器的差損，造成天線增益方面的降低，大約降低1.2 dB左右，其覆蓋能力相對64TR有所降低。在水平方向角度方面，32TR與64TR相同，但垂直維度上的波束掃描范圍相比64TR降低，造成垂直覆蓋能力弱于64TR設備，所以64TR在密集城區在容量增益方面優勢更明顯。

4.2.2 實際測試覆蓋能力對比

根據測試結果來看，覆蓋目標建筑物6樓以下是主波束覆蓋區，在6層以下64TR和32TR用戶的上下行速率相差不大。15樓以上差異明顯。在33層64TR的增益最大；64TR設備在高層覆蓋方面優勢明顯，中低層覆蓋優勢不大，如表4所示。

表4 3.5GNR 64TR 與32TR覆蓋測試情況

4.3 3.5G與2.1G設備能力對標

2.1G相比3.5G頻段，在空間傳播、室內穿透損耗上有明顯優勢；3.5頻段在波束賦形、終端多天線設計上有優勢，如圖2所示。

圖2 3.5G與2.1G能力對比

特定場景深度覆蓋以及廣覆蓋，2.1G NR覆蓋能力和成本優勢明顯；全網組網性能對比需待進一步外場測試驗證。以下鏈路預算及仿真分析供參考。

從鏈路預算來看，2.1G NR覆蓋能力（站距）明顯優于3.5G NR，在密集城區3.5G 64TR覆蓋323 m，2.1G 4TR覆蓋411 m；在一般城區3.5G 64TR覆蓋410 m，2.1G 4TR覆蓋536 m。

從仿真來看，不同站距下，2.1G NR上行邊緣速率（95%概率）比3.5G NR相對值優勢明顯，絕對值優勢不大，如圖3所示。

圖3 3.5G與2.1G上行邊緣速率對比（站距）

5 5G無線設備選型方案建議

設備選型需要統籌分析、統一計算，通過網絡整體規劃統一設備選型依據。核心城區、2B需求區域、高業務高價值區域、重點保障覆蓋區域建議選取3.5G 64TR設備，打造極致體驗；一般城區、高價值區域間連片覆蓋區域、中業務中價值區域建議選用3.5G 32TR進行覆蓋；其余連續覆蓋區域建議選用2.1G NR進行覆蓋。

5.1 宏站設備選型

5.1.1 設備選型建議

64TR在高流量高價值、高樓層的城區覆蓋有優勢；32TR適合中低流量、樓層（6層以下）；320 W設備較240 W設備邊緣用戶速率提升有優勢，64TR設備優選320 W設備提升覆蓋質量。

5G初期建設聚焦價值區域，建議如下：

（1）密集城區，核心商圈等價值區域采用3.5G 64TR設備進行覆蓋；一般城區、郊區采用3.5G 32TR設備進行覆蓋；

（2）縣城爆點、熱點區域選擇采用3.5G 64TR或32TR點狀覆蓋，2.1G連續覆蓋策略。

（3）高鐵：原則上根據線路客流量、繁忙程度合理選 擇3.5G 8T8R或2.1G 4T4R（Transmit和Receive，指4收發通道，下同）設備進行覆蓋。

新建4G室外站點如選用4T4R 2.1G設備，需具備面向5G重耕演進能力，通過軟件功能按需開通3/4/5G。

5.1.2 天線掛高建議

（1）5G網絡中一般建議宏站天線掛高高于覆蓋區域建筑物高度5～10 m；

（2）站高與小區半徑/站間距映射關系表（聯通/電信 NR3.5），如表5所示。

表5 站高與小區半徑/站間距映射關系表

聯通/電信市區考慮典型站間距400～420 m，建議市區NR天線高度控制在25～35 m左右，略高于周邊建筑物高度，對于部分街道，可使用桿站補充覆蓋，提升峰值速率。

5.2 室分設備選型

5.2.1 設備選型建議

由于5G是高頻組網，弱覆蓋區域主要集中在室內。特別是結構復雜，隔斷較多的建筑，單靠宏站很難形成有效覆蓋。在規劃組網的過程中要靈活運用現有的多種設備類型，合理選擇“遠處打”、“近處打”、“進小區”、“進樓宇”等規劃建設手段，能夠有效的解決深度覆蓋問題。深度覆蓋解決建議如圖4所示。

5G建設初期，室分應聚焦高品牌潛力、高業務量、高人流量、高端用戶占比高的高價值樓宇和品牌區域。

圖4 深度覆蓋解決建議

當前5G室分設備形態單一，3.5G的數字化室分造價高，初期適用于高價值樓宇和品牌區域。對于內部隔斷少、較為開闊的場景，優先采用3.5G數字化室分，網絡容量大、用戶體驗佳；對于內部隔斷較多場景，優先采用3.5G數字化室分（可外接天線型）+無源天線，降低建設成本。

對于中低價值樓宇，視設備成熟情況，后續可考慮采用2.1G重耕（合路現有DAS）、社會化小站、中低成本數字化室分設備等進行建設，進一步降低部署成本。

各場景設備選型建議如下。

（1）高流量高價值場景：可采用3.5G 4T4R 100 M有源系統覆蓋；

（2）中流量價值場景、品牌場景：可采用3.5G 4T4R 100 M有源系統（可外接天線型）覆蓋；

（3）低流量品牌場景：可采用3.5G 2T2R 100 M有源系統（2通道、低成本）覆蓋。待2.1G產品成熟后，可采用傳統DAS系統實現5G覆蓋。

（4）高鐵車站、機場、CBD商圈等超高流量價值場景：優先考慮部署3.5G 4T4R 300 M設備；

（5）聯通/電信自有演示營業廳等口碑場景：考慮品牌宣傳效果，可采用3.5G 4T4R 200 M設備覆蓋；

（6）地鐵：針對存量地鐵場景，現網已經實現了3/4G覆蓋，可采用利舊傳統DAS室分，更換2 100 M設備信源，實現2.1G NR覆蓋；對于客流量、業務量集中、數據流量。

6 結束語

隨著5G網絡部署加快，運營商既關注網絡覆蓋能力又重視網絡運營成本，因此對網絡精細化建設要求越來越高，5G網絡部署需要考慮共建共享的場景、業務需求、覆蓋能力、運營成本等方面，以平衡投資與收益的關系，本文對通信行業發展進行了預估，結合5G無線設備能力對5G無線設備選型提供指導建議，為后續5G網絡發展提供參考。