基于現網挖潛的4G/5G低成本無線覆蓋方案

楊丹，張婧，呂沛錦，陸赟，楊占春

（1. 中國移動通信集團云南有限公司，云南 昆明 650228；2. 中國移動通信集團設計院有限公司重慶分公司，重慶401121）

1 引言

1.1 4G和5G網絡長期共存，但4G無線投資全面縮減

雖然運營商4G網絡建設投資鎖死，但數據流量業務仍保持增勢，局部熱點區域高負荷問題長期得不到解決，網絡覆蓋和容量需求仍十分旺盛。早在2019年中國移動通信集團業績發布會上，董事長楊杰透露了許多新消息：“目前正在使用的4G不會快速被淘汰，將和5G網絡長期共存。”他表示，“中國移動將推動5G和4G協同，滿足用戶數據業務和話音業務需求”。5G NR網絡目前只實現了數據通信，能夠承載語音通信的VoNR還在規劃中，離實際使用還有距離。當前5G網絡中通話時的手機都會掉落至4G網絡由VoLTE進行語音傳輸工作。

1.2 4G和5G攜手共進的可行性

從網絡組網架構、關鍵技術原理、信源硬件來看，4G網絡架構面向5G改造建設準備、5G技術先行用于4G網絡提升性能及4G硬件就緒支持5G平滑演進3方面的特征，使得“4G網絡5G化，5G網絡4G化”已成為4G網絡面向5G演進的最優低成本的方式，助力實現4G和5G攜手共進。

1.2.1 組網網絡架構方面

4G網絡采用了扁平化的2級網絡架構，即eNB-核心網（EPC）。5G雖然采用3級網絡架構，即DU-CU-核心網（5GC），其中DU和CU共同組成gNB，但整體硬件結構仍然是BBU+RRU/AAU拉遠覆蓋組網方式。

1.2.2 5G技術先行用于4G網絡提升性能方面

（1）MIMO技術：MIMO應用在LTE時代就已經有，5G時代繼續發揚光大，變成了加強版的大規模MIMO。如5G網絡的先行軍3D-MIMO，通過更為精準的波束成形能力與多用戶復用系統多流能力，實現了頻譜效率的大幅提升，這正是5G MIMO技術4G化的有效利用。

（2）調制解調技術：早在LTE時代廣泛使用的QPSK、16QAM、64QAM、256QAM調制技術，同樣使用于5G NR網絡中。

1.2.3 4G硬件就緒支持5G平滑演進方面

4G時代，1.8 GHz、2.1 GHz和2.6 GHz是運營商的主力頻段。其中，2.1 GHz和2.6 GHz將通過頻率重耕應用于5G覆蓋。據不完全統計，某省4G網絡中支持2.1 GHz、2.6 GHz頻段的RRU在全網占比分別高達45%、52%，該存量RRU超90%支持通過4G站點更換不支持5G的BBU、增加5G單板后實現5G的平滑演進。

1.3 多頻段多制式融合組網，多頻譜協同演進挖潛冗余資源

在當前5G網絡如火如荼建設的背景下，運營商應以此為契機，做好4G/5G網絡協同建設和優化。在此過程中，通過多頻段共基帶板、多制式共基帶板、多制式共RRU等多種網絡融合組網方案，全局化思考4G/5G協同，多頻譜協同挖潛冗余資源，解決歷史入網次序導致的高低容量型號搭配不精細問題。

2 5G網絡建設利舊4G資源

2.1 挖潛存量傳統室分分布系統資源演進到5G

2G時代開始，室內部署了數以萬計的傳統室內分布式天線系統（distribute antenna system，DAS），可充分利舊傳統DAS和配套設施進行5G部署，在2G/4G信源側簡單饋入5G信源，利舊傳統DAS，即可完成區域內的5G簡單覆蓋，該方式可加快5G室分部署，節省部署成本。針對現網少量DAS不支持5G頻段問題，可通過駐波比和相對衰減的信號強度兩個指標值進行確認，如針對E頻段（2 320～2 370 MHz）覆蓋的原DAS，進行2.6 GHz頻段駐波測試，若駐波≤1.5 GHz，且相對E頻段衰減的信號強度≤3 dB，則可認為此DAS支持2.6 GHz。

利舊傳統DAS演進策略，如對無源器件、天線支持2.6 GHz的傳統室分站點，支持開NR的現網4G基站直接升級開通，且無須合路改造；單路室外對打改造為雙路對打后再合路；老舊傳統室分（無源器件、天線支持頻段只到2.5 GHz）替換無源器件天線后再合路；存在質差區域的室分先整改再合路，關于質差區域，4G MR弱覆蓋RRU占比較高站點，整改代價太高，建議直接疊加數字化室分，具體說明見表1。

表1 傳統室分利舊DAS演進策略

場景選擇建議：基于原DAS直接或改造后升級的5G演進策略，選擇2.6 GHz頻段的100 MHz帶寬的5G小區實際組網測試分析，單路DAS直接合路站點，平均下載速率可達418 Mbit/s，上傳速率可達到50 Mbit/s；雙路DAS直接合路站點，平均下載速率可達830 Mbit/s，上傳速率可達100 Mbit/s水平；針對該覆蓋效果無法達到要求的場景，建議使用疊加數字化室分策略進行5G演進，如高價值、高業務、大容量、重點垂直行業的現網傳統室分站點等。

2.2 挖潛存量的4G RRU升級5G

存量RRU升級NR將成為重要的補充建設手段，通過升級改造現網支持5G升級的4G RRU形成NR低成本覆蓋，即在5G網絡建設的盲點、弱點區域利舊直接升級開通補充覆蓋或騰挪搬遷后再開通，形成5G能力。一方面，存量升級可充分發揮現有站址優勢，快速進行5G站點開通部署，提升5G網絡整體建設效率。另一方面，通過充分利用現網4G設備資源，在5G網絡建設的農郊等區域進行8T8R站的升級開通補充，低成本建網的同時快速提升整體網絡質量。經試點測試驗證，開通60 MHz帶寬條件下，5G最高下載速率為672 Mbit/s，平均下行速率為550 Mbit/s；最高上傳速率為55 Mbit/s，平均上行速率為38 Mbit/s，可有效補充5G宏網在偏遠農郊地區的覆蓋。

場景選擇建議：以2.6 GHz頻段為例，因存量老舊RRU絕大多數僅支持40～60 MHz帶寬，所以該方案僅推薦用于部分居民區、小型商超、地下室、農郊等以覆蓋需求為主的區域。針對高價值場景，后續若考慮疊加100 MHz的3.5 GHz或4.9 GHz頻段，亦可考慮使用載波聚合方案（如2.6 GHz+4.9 GHz）形成高容量、高速率場景。針對4G還有覆蓋或容量需求場景，建議利舊升級5G的配置為NR+LTE共同組網；針對4G沒有覆蓋和容量需求且5G干擾可控場景，通過4G完全退網后實現5G升級；針對熱點地區，可疊加100 MHz的3.5 GHz或4.9 GHz頻段小區，老舊RRU升級為低頻5G小區，擴大3.5 GHz/4.9 GHz基站的覆蓋半徑，再通過載波聚合提升網速、降低時延。

3 5G反開挖潛原4G資源

在投資受限的情況下，聚焦“降本增效”，基于面向5G演進制定容量保障方案，5G設備4G化，5G設備反開后，若能滿足容量和覆蓋雙需求則可拆除對應4G利舊設備，“雙網并重”，在快速建設5G網絡的同時，確保4G網絡質量不下降。拆除的4G利舊設備可用于4G容量保障場景、4G覆蓋提升場景，或參照上述的“挖潛存量的4G RRU升級5G”方案進行5G升級。5G反開挖潛原4G資源通過以下3個方案進行挖潛。

方案1：新型4G/5G共模分布式皮基站反開，如支持1.8 GHz+2.3 GHz+2.6 GHz三頻段設備A、支持1.8 GHz+2.1 GHz+3.5 GHz三頻段的設備B；通過反開設備支持的4G頻段，如反開FDD1800不僅可作為NSA網絡錨點，同時還能補充4G網絡容量；剩余頻段資源按需開啟，滿足需求后可騰挪對應4G原有的分布式皮基站或傳統室分的RRU設備。

方案2：傳統4G/5G共模宏基站反開，如支持160 MHz D+20 MHz FA頻帶寬的4G/5G多通道宏RRU，可并發100 MHz NR +D3/D7/D8 4G，另外TDD頻段還支持FA 4G，5G開啟后，可反開D3+D7+D8+F+A等充裕的4G頻段資源，支持高密場景小區擴容，滿足需求后可騰挪對應4G原有RRU設備。

方案3：AAU反開4G 3D-MIMO小區，也是現網最常見的反開方案，通過5G AAU反開1～3個4G 3D-MIMO頻段小區，利用3D-MIMO的多天線矩陣，通過波束成形及更多的天線振子技術，可以容納更多的用戶，提升系統容量，滿足需求后可騰挪對應4G原有的宏RRU。

場景選擇建議：目前，基帶板支持4G/5G通用，但受處理能力限制，同一基帶板無法同時開啟4G/5G，反向開通4G需增配基帶板、帶來額外投資，開通比例過高或致未來閑置風險，嚴格管控5G反向開通4G規模，反開原則可參考表2所示的3D MIMO反向開通模型表，并建議將反向開通比例控制在40%以下。

表2 3D MIMO反向開通模型

4 發揮4G/5G信源最大潛力

4.1 基帶融合共板

在5G網絡不斷演進、4G多頻組網結構更優分層調整的同時，BBU基帶板的能力也在不斷提升，通過多頻段基帶板融合、多制式網絡基帶板融合兩種方案，可以挖潛4G現網存量的基帶板資源。

基站存在特定型號基帶板，且有F、D、FDD等頻段小區分別下掛在多塊基帶板上，或是不同制式網絡下掛多塊基帶板，若這些基帶板冗余資源和大于或等于板件規格，先將小區幀偏置（包括異運營商）調整一致避免干擾，再整合至特定型號基帶板上，然后拆除剩余的閑置基帶板。對于共機房不共BBU基帶板的情況，若滿足條件，同理可實現融合，還可騰挪BBU資源。

場景選擇建議：基帶板挖潛過程中存在一定的風險，可能導致一些負荷情況存在潮汐效應的小區和后續網絡負荷增長需要擴容的小區無法軟擴，為降低該類風險，建議在基帶板挖潛過程中可對預估的高負荷小區、最近半年歷史高負荷小區、周期性保障需求的載波自調度小區（包括可能已暫時退網小區）所在基站保留其擴容所需的基帶板容量。

4.2 8T8R通道重組技術

通道重組技術將一個8T8R的RRU重組為1～4個虛擬雙通道RRU，重組后虛擬的RRU在功能上具備雙通道RRU的能力，即該虛擬RRU同樣支持開啟多個邏輯小區的能力。通道重組技術既保證20 MHz帶寬的優勢，又保證雙流高速率下載特性，同時增加了可吸納流量的小區數，實現容量翻倍，有效節省了RRU資源。目前，通過通道重組，1臺物理的8T8R的RRU最大支持同時開啟12個邏輯小區，如A廠商R8979SxxxxW型號的RRU，但僅能應用4G網絡。

選取某高容量的某高校學生宿舍試點，通道重組技術設計方案如圖1所示。1臺8T8R的RRU實現了3棟宿舍樓的9個邏輯小區覆蓋，平均RSRP為?65.67 dBm，平均下載速率為61.29 Mbit/s，平均上傳速率為8.82 Mbit/s，開通后網絡覆蓋質量良好，試點測試結果見表3。

表3 試點測試結果

圖1 試點通道重組技術設計方案

場景選擇建議：可使用于單RRU多小區的4G超高負荷醫院、高校等場景，或地下室、電梯封閉空間4G等網絡場景。

4.3 室分軟劈裂

目前，新型分布式皮基站pRRU最大帶寬能力一般為160 MHz，常規組網即多pRRU小區合并，但針對某些場景，如地鐵站臺、大型體育場館文藝演出等超高容量場景，單pRRU開啟多小區的擴容方案仍然無法滿足容量需求。針對上述情況，本文提出如圖2所示的室分軟劈裂擴容方案，通過軟劈裂，基于4T4R的外接型pRRU每兩通道開啟1個60 MHz和1個100 MHz小區，在pRRU每兩通道上共接一副雙極化天線，增加隔離度而降低同頻干擾，達到同時開啟干擾可控4個2T2R小區，即將160 MHz帶寬翻倍到320 MHz，這是一種創新型擴容兼覆蓋延伸的覆蓋方案。

圖2 室分軟劈裂擴容方案

選取某廣場進行驗證，進行傳統擴容方案和軟劈裂擴容創新方案的容量能力測試驗證。上行吞吐率方面，傳統擴容方案終端共享251.4 Mbit/s速率，軟劈裂方案終端共享492.4 Mbit/s速率，軟劈裂提升241 Mbit/s，相對提升96%；下行吞吐率方面：傳統擴容方案終端共享1 141.8 Mbit/s速率，軟劈裂方案終端共享2 011.1 Mbit/s速率，軟劈裂提升869 Mbit/s，相對提升177%。

場景選擇建議：軟劈裂方案適用于地鐵、高校、酒店、會議保障等高容量保障場景。為保障劈裂效果，需保證同一個pRRU外接天線的良好隔離度，同時，如果存在小區合并場景，則需要精細了解現場覆蓋場景及外接天線分布，以便數據規劃，關于小區規劃，可參考如圖3所示的規劃方案。

（1）小容量需求，房間1～6可合并為1個4T4R小區；（2）高容量需求，房間1、3、5劈裂后合并為2個2T2R小區，房間2、4、6劈裂后合并為2個2T2R小區；（3）超高容量需求，每個房間劈裂為2個2T2R小區。

圖4 室分軟劈裂組網規劃方案

5 結束語

本文通過以下3個方向的研究，提出了8種低成本的無線覆蓋方案，可有效降低網絡的投資成本和升級難度。

· 5G網絡建設中利舊4G資源2種方案：存量的DAS系統資源演進到5G、存量的4G RRU升級5G。

· 通過5G反開騰挪4G資源3種方案：新型4G/5G共模分布式皮基站反開、傳統4G/5G共模宏基站反開、AAU反開4G 3D-MIMO小區。

· 發揮4G/5G信源最大潛力3種方案：基帶融合共板、8T8R通道重組、室分軟劈裂。