冬奧會5G 宏站毫米波建設研究及實踐

趙新宇

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司北京市分公司云網(wǎng)建設中心，北京 100061）

1 5G 毫米波情況

毫米波相較于微波與短波，毫米波頻率范圍大、傳送空間大、方向感強、密閉性佳。與光波對比，其穿越云霧與等離子的功能更強大，能夠一天24h 地運轉。相對于6GHz 以下的頻段，毫米波具有更大帶寬、更低空口時延和靈活彈性空口配置等獨特優(yōu)勢，頻帶達到200～800MHz，可有效滿足未來無線通信對系統(tǒng)容量、傳輸速率和差異化應用等方面的需求。低頻段和毫米波頻段相結合的高低頻混合組網(wǎng)將成為5G 移動通信系統(tǒng)的基本架構。鑒于當前移動通信頻段的缺乏的現(xiàn)狀，毫米波充裕的頻譜資源已被關注。

根據(jù)國際電聯(lián)的規(guī)劃，5G 的總體頻譜資源分為以下兩個頻段（Frequency Range，F(xiàn)R）。

FR1：Sub6G 頻段。也就是常說的低頻頻段，是5G 的主用頻段。其中3GHz 以下的頻段稱之為Sub3G，其余的頻段稱之為Cband。

FR2：毫米波。也就是常說的5G 高頻頻段，為5G 的擴展頻段，頻譜資源非常豐富。

2 測試背景

對于冬奧會的通信建設，冬奧組委已經(jīng)明確提出毫米波部署需求。同時，工信部的推動工作力度也在不斷加大，要求運營商盡快開展毫米波試驗，帶動國內產(chǎn)業(yè)鏈成熟。中國聯(lián)通需要在毫米波、太赫茲乃至光通信方面有所突破，明確提出打造純無線的場館，無線代替光纖，充分釋放5G 和無線能力，體現(xiàn)中國科技創(chuàng)新力。在科技冬奧專項中，明確提出毫米波在冬奧中的應用場景和性能指標要求，滿足高清視頻回傳、AR/VR、自由視角等多業(yè)務應用。

在整體的規(guī)劃中，5G 毫米波會用在運動體驗、賽事呈現(xiàn)、極速傳輸、美好記憶、終端展示、環(huán)境營造6 大板塊，全面展示運動員競技體驗、5G 混合現(xiàn)實智慧雪場、8K 視頻傳輸、5G 全視角賽事服務和自由視角賽事直播等多樣化應用場景，一展當今中國5G 毫米波生態(tài)發(fā)展之新圖景。

同時在賽場全視頻監(jiān)管運營應用中，區(qū)域部署多部監(jiān)控攝像機，進行大容量回傳，上行帶寬需求達到20M/s/機位，部分重點監(jiān)控對傳延時要求100ms 以內，需要2K 高清視頻回傳，這些都需要5G 毫米波的大力支持。

跨境電商的人才需求結構分為初級、中級和高級。國際結算管理能力位于中級水平。雖然目前很多跨境電商企業(yè)處于初創(chuàng)階段，對客服、網(wǎng)絡推廣等初級人才的需求量大，但是隨著企業(yè)發(fā)展以及競爭加劇，對中高級人才的需求會更為迫切。然而目前高校畢業(yè)生還難以適應企業(yè)的發(fā)展要求，缺乏專業(yè)培訓和實際的就業(yè)培訓。以廣東為例，2015年跨境電商人才缺口就超過30萬，未來10年我國電子商務人才缺口將超過400萬。因此培養(yǎng)能夠從事跨境電商業(yè)務的高校畢業(yè)生迫在眉睫。

3 5G 毫米波冬奧場地建設實踐

本次驗證初步選址3 個物理站點，分別為：延慶二號集散廣場西側、延慶冬奧競速結束區(qū)東側、延慶一號集散廣場。其中延慶二號集散廣場西側，延慶冬奧競速結束區(qū)東側兩個基站主要覆蓋冬奧競速區(qū)區(qū)域，延慶一號集散廣場基站主要覆蓋競速區(qū)集散廣場區(qū)域。

此次實驗測試的覆蓋目標區(qū)為競速結束區(qū)和集散廣場，通過對4 個小區(qū)覆蓋目標區(qū)域的共11 類、19 項內容進行測試。

測試內容依據(jù)《2020 年中國聯(lián)通毫米波基站設備外場測試規(guī)范—冬奧》，共劃分為SSB 切換、BFR、業(yè)務波束模板、定點峰值、時延、小區(qū)峰值、拉遠、小區(qū)容量、覆蓋、切換和頻段測試共11類，測試項共19 項。測試項目完成情況如表1 所示。測試結果基本滿足預期。

表1 測試分項明細

這次項目測試場地為冬奧會延慶區(qū)高山滑雪中心一號集散廣場和競速結束區(qū)東側，并完成冬奧外場一階段項目建設和測試。

測試結果5G 毫米波設備支持SSB 波束切換功能，SSB 波束ID 從12 到13 可反復切換。5G 毫米波設備在不同移動速度下支持CFRA 模式下波束失敗恢復功能。驗證了同業(yè)務波束模板的吞吐性能。對于單用戶吞吐量、單小區(qū)速率和小區(qū)容量的測試是本次測試的重點。

4 測試取得的成績

綜合看，毫米波的經(jīng)典特征是其波長合理，另外毫米波有著極為充裕的頻譜資源，能夠高效地化解頻率資源緊缺的困局。毫米波的短波長能夠開發(fā)更充裕的空間，讓收放天線微小化。在放射段使用小基站與低頻段的宏基站，完成對接。在移動接受設施上要使用尺寸極小的陣列天線來提高用戶體驗的速度。更加密集的大規(guī)模天線陣列，更多的天線振子，對波束賦形的運用也極為有利。毫米波天線的波束可以傳播得更遠，抗干擾能力更強，有利于彌補覆蓋劣勢。

并且鑒于毫米波段的多天線陣列有著窄波束高方向性的特點，化解了信道干擾與私密性差的難題，擴大了體系的傳送空間。這部分特征讓毫米波演變?yōu)榻鉀Q參數(shù)流問題的高效模式，因此毫米波是第五代移動通信系統(tǒng)頻段的最優(yōu)資源。

本次試驗通過只新增基帶板，盡量利用現(xiàn)有電源配套，新增BBU 供電模塊的方式，最大化地利用現(xiàn)有設備，實現(xiàn)快速、低成本的毫米波部署。整體工作量上，毫米波利用現(xiàn)網(wǎng)設備的建設方案由于對現(xiàn)網(wǎng)設備實現(xiàn)了最大限度的利用。節(jié)省了新BBU、新傳輸設備的安裝，利用了原有光纜，所以提高了效率，節(jié)省了60%的建設步驟，有效地減少了建設時長，也會相應地減少建設投資。

從結果中不難看出，與6GHz 以下頻段相比，5G 毫米波終端的實測下載速度快了4 倍，平均速率高達900Mbps，峰值速率超過4Gbps，這意味著平時下載時間長達10h 的有聲書能夠在1s內下載完畢，速度非常驚人。除了速率的顯著提升之外，毫米波的另外一個優(yōu)勢，就是更低的時延。因為子載波間隔方面的原因，5G 毫米波的時延可以做到Sub-6GHz 的1/4。根據(jù)測試驗證，5G 毫米波的空口時延可以達到1ms，往返時延可以達到4ms，表現(xiàn)極為出色。

眾所周知，對技術進行運用，最重要的就是“揚長避短”。也就是說，一個技術，要用在最能發(fā)揮其優(yōu)勢的場景下。經(jīng)過了一個月5G 豪米波網(wǎng)絡的建設和測試，筆者總結出以下3 條應用經(jīng)驗以發(fā)揮毫米波技術的長處。

（1）對于容量訴求大的密集城區(qū)，如機場，高鐵站，核心CBD等場景，建議部署毫米波。

同時在需要大容量、高速率的場景中使用毫米波實現(xiàn)熱點覆蓋。在重點應用場景中部署毫米波網(wǎng)絡，例如奧林匹克場館、音樂廳、商場、交通樞紐等，不僅成本相對低很多，而且能達到比較好的覆蓋效果。

（2）對于覆蓋和容量訴求同時兼?zhèn)涞钠胀ǔ菂^(qū)，建議部署Cband。如有特殊需求可以部署毫米波。

在測試中已經(jīng)測試過毫米波和C 波段的切換，實測結果NR站點從小區(qū)PCI5 切換到PCI2，反復10 次切換正常，符合預期效果。這充分證明了毫米波基站可以和C 波段基站混合部署，以達到普遍覆蓋、重點照顧的目的。

（3）對于覆蓋訴求更高的郊區(qū)/農(nóng)村地帶，建議利用原有的低頻頻段進行5G 覆蓋。

事實證明，毫米波是5G 的重要組成部分，而5G 是國家發(fā)展的重要組成部分。作為冬奧會唯一運營商合作伙伴，中國聯(lián)通正致力于開展冬奧場景毫米波試點試驗，帶動產(chǎn)業(yè)鏈加速發(fā)展。中國聯(lián)通將利用冬奧會的廣大舞臺充分展示5G 毫米波賦能冬奧的極致性能與豐富應用。

5G 毫米波通信自身具有大帶寬、時延低和靈活彈性空口配置等獨特的優(yōu)勢，可以有效滿足未來無線通信系統(tǒng)的容量、傳輸速率和差異化應用等需求。通過此次建設和測試，筆者對于中國聯(lián)通綜合應用5G 毫米波的技術手段，打造超大帶寬無線場館，為觀眾、媒體轉播者、賽事組織和參與者等各方量身打造的完備服務保障和豐富應用場景充滿信心。

5 試驗發(fā)現(xiàn)的問題及后續(xù)解決計劃

（1）終端不支持毫米波的SA。在支持SA 后網(wǎng)速可以翻倍，預計從當前NSA 的440Mbps 提高到SA 組網(wǎng)下的850Mbps 以上。

（2）當前終端只能支持2×200M。當前終端只支持到400MHz（2×200M）頻譜帶寬，上下行速率受限，當終端支持到800MHz（4×200M）頻譜帶寬，下行速率可以從當前的4.2Gbps 提高到8Gbps以上。

預計后續(xù)進行毫米波二階段測試，引入SA 和大帶寬終端測試。