基于5G 網(wǎng)絡(luò)的通信基站建設(shè)與維護研究

鄭銘康

（廣東南方通信建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510308）

0 引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，5G 網(wǎng)絡(luò)以其高速率、低時延和大連接數(shù)的優(yōu)勢，為人們的生活和工作提供了極大便利，并逐漸成為通信領(lǐng)域的主流技術(shù)。5G 網(wǎng)絡(luò)的普及和應(yīng)用離不開通信基站的建設(shè)和維護，但在實際建設(shè)和維護過程中難以避免會遇到各種難題。因此對基于5G 網(wǎng)絡(luò)的通信基站建設(shè)與維護研究是十分有必要的。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 5G 網(wǎng)絡(luò)組成

5G 網(wǎng)絡(luò)運行如圖1 所示，5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要包括無線接入網(wǎng)（RAN）、核心網(wǎng)（CN）、傳輸網(wǎng)（TN）以及業(yè)務(wù)網(wǎng)（SN）4 個主要組成部分。其中，無線接入網(wǎng)（RAN）主要負責(zé)設(shè)備與基站之間的無線通信，包括基站、中繼站等；核心網(wǎng)（CN）需要發(fā)揮自身控制功能，包括用戶數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交換等；傳輸網(wǎng)（TN），主要是負責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，包括光傳送網(wǎng)、IP 承載網(wǎng)等；業(yè)務(wù)網(wǎng)（SN）主要是面對用戶，為其提供各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，如云計算、大數(shù)據(jù)等[1]。

圖1 5G 網(wǎng)絡(luò)運行

1.2 5G 網(wǎng)絡(luò)頻譜分配與傳輸速率

頻譜分配是運用5G 網(wǎng)絡(luò)過程中的重點內(nèi)容，主要包括低頻段、中頻段和高頻段。其中，低頻段主要提供廣覆蓋和高速移動通信服務(wù)，中頻段提供較好的覆蓋和數(shù)據(jù)傳輸性能，高頻段則提供極高速率和大容量的服務(wù)。在傳輸速率方面，相較于傳統(tǒng)4G 網(wǎng)絡(luò)，5G 網(wǎng)絡(luò)有著極強的優(yōu)勢，根據(jù)不同的頻段和場景，5G 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率存在較大差異，通常情況下，在低、中頻段，5G 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率可以達到1Gbit/s 以上；而在高頻段，傳輸速率甚至可以超過10Gbit/s，能夠滿足各種高帶寬應(yīng)用需求，更好地提供高清視頻、虛擬現(xiàn)實等服務(wù)。

2 基于5G 網(wǎng)絡(luò)的通信基站建設(shè)案例分析

2.1 基站現(xiàn)狀

以廣東省某市5G 基站建設(shè)為例，經(jīng)過對當?shù)赝ㄐ殴镜葐挝坏恼{(diào)研和分析，得到當前該城市現(xiàn)有基站數(shù)據(jù)情況，如表1 所示。從當?shù)噩F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)信號情況來看，已經(jīng)實現(xiàn)了2G、3G、4G 的全面覆蓋，信號質(zhì)量也較好，但是在實際基站建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的過程中，存在選址難度較大的情況，而且共享站點比例較低，實際整合規(guī)劃難度較大，改建成本高。

表1 現(xiàn)狀基站情況

2.2 基站建設(shè)問題及解決對策

結(jié)合案例地區(qū)實際情況，基于5G 網(wǎng)絡(luò)的通信基站建設(shè)過程中存在的主要問題包括以下3 個方面。

（1）用地資源浪費較為嚴重，案例地區(qū)當前現(xiàn)有的基站，均為聯(lián)通、移動和電信三個運營商各自建設(shè)的，同一區(qū)域基站重復(fù)建設(shè)的情況較為嚴重，造成了大量土地資源的浪費。隨著城市化發(fā)展腳步的加快，用地資源的浪費將會給城市發(fā)展和建設(shè)帶來極大影響。針對這一情況，在實際建設(shè)5G 通信基站的過程中，應(yīng)對現(xiàn)有基站情況進行計算分析，對于距離較近的基站應(yīng)進行科學(xué)整合，最終保留6 個站點，案例地區(qū)站點整合情況如表2 所示。

表2 站點整合情況

（2）部分區(qū)域信號較弱。案例城市雖然當前基站信號覆蓋度較高，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積覆蓋和通信服務(wù)供應(yīng)，但由于長期選址、建設(shè)困難，不同網(wǎng)絡(luò)頻段的覆蓋能力不同，存在部分信號較弱的區(qū)域。因此需要積極開展5G 網(wǎng)絡(luò)基站的選址和建設(shè)工作，科學(xué)展開規(guī)劃，全面確保基站建設(shè)的技術(shù)性、經(jīng)濟性、發(fā)展性以及安全性[2]。

（3）城市預(yù)留資源不足。隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，以及新型城市建設(shè)過程中對于通信業(yè)務(wù)的需求不斷變化和升級，對于5G 通信基站的需求愈發(fā)迫切，但由于城市發(fā)展規(guī)劃年限久遠，現(xiàn)有城市預(yù)留資源不足，嚴重制約了5G 基站的建設(shè)，不僅選址困難，而且空間使用受限嚴重。在實際展開5G 通信基站建設(shè)的過程中，應(yīng)結(jié)合實際情況，對基站規(guī)模展開科學(xué)預(yù)測，明確建設(shè)空間要求，并結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃需求，合理進行基站的選址，同時保障基站建設(shè)能夠滿足當前環(huán)境保護要求，實現(xiàn)社會與生態(tài)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展[3]。

2.3 5G 通信基站建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 基站規(guī)模預(yù)測

5G 網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)過程中，不僅要關(guān)注投資、覆蓋等方面的問題，同時還應(yīng)重視應(yīng)用場景的建設(shè)，以此確保信號覆蓋效果，滿足不同通信服務(wù)需求。基于此，在實際展開基站建設(shè)前，需要結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，預(yù)測基站規(guī)模。常用的預(yù)測方法包括容量需求法和地塊需求法兩種。其中容量需求預(yù)測，需要根據(jù)案例所在區(qū)域近幾年移動通信用戶的發(fā)展情況，估算寬帶需求量。5G 主要業(yè)務(wù)包括高清視頻和云VR 兩個方面，根據(jù)近年來通信用戶數(shù)量以及增長頻率，可實現(xiàn)對于寬帶需求的有效估算，經(jīng)計算，案例區(qū)域5G 用戶忙時吞吐量為546kbit/s，單個基站按平均帶寬150Mbit/s 進行計算，預(yù)測5G 基站總數(shù)為1356 個。

地塊需求預(yù)測法是通過對案例區(qū)域用地進行分類，并對基站建設(shè)條件進行合理分區(qū)，將其劃分為適建區(qū)、限建區(qū)、禁建區(qū)，如表3 所示。然后需要對通信設(shè)置場景進行劃分，在此過程中，不僅要考慮人口情況、業(yè)務(wù)流量需求，同時還應(yīng)充分考量區(qū)域地貌、花草樹木等，以免影響信號傳播，導(dǎo)致5G 網(wǎng)絡(luò)信號較弱，影響通信服務(wù)質(zhì)量，對此可將基站劃分為密集市區(qū)、一般市區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)、農(nóng)村以及線狀等類型，并根據(jù)不同區(qū)域類型的情況和特點，合理進行5G 基站的建設(shè)[4]。

表3 5G 基站建設(shè)條件分區(qū)與城市規(guī)劃用地

在此基礎(chǔ)上，還需要計算分析基站服務(wù)半徑，明確邊緣速率、進行鏈路預(yù)算，并計算小區(qū)半徑，并由此確定基站密度。根據(jù)案例區(qū)域?qū)嶋H情況，計算得到的5G基站站址密度如表4 所示。然后進行地塊需求預(yù)測以及基站規(guī)模預(yù)測，最終確定案例區(qū)域5G 網(wǎng)絡(luò)基站約需要建設(shè)1902 個基站。

經(jīng)過研究分析，容量需求法預(yù)測的站點數(shù)量明顯較小，根據(jù)相關(guān)研究以及其他案例數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)該預(yù)測方法存在較大偏差，而且不利于城市發(fā)展，在未來城市發(fā)展建設(shè)的過程中，可能存在5G 基站覆蓋不全面、信號質(zhì)量較差等問題，在此次案例項目當中采用了地塊需求法確定5G 基站建設(shè)數(shù)量。

2.3.2 基站布置要求

5G 基站布置應(yīng)根據(jù)場景情況合理展開，確保網(wǎng)絡(luò)通信功能得以正常發(fā)揮，樓頂基站選址排序如圖2 所示，落地基站排序如圖3 所示。對于業(yè)務(wù)高密度區(qū)域場景，基于5G 網(wǎng)絡(luò)的通信基站應(yīng)能夠滿足各種業(yè)務(wù)需求，包括超高清視頻、智慧醫(yī)療等，并能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，在此過程中5G 基站的建設(shè)高度應(yīng)控制在25～35m，站間距離在100～200m，采用三層異構(gòu)組網(wǎng)方式，實現(xiàn)深度覆蓋；對于工業(yè)園區(qū)場景，應(yīng)展開邊緣計算，并確保其支持網(wǎng)絡(luò)切片、海量傳感器接入等功能需求，為工業(yè)生產(chǎn)提供可靠支持，在工業(yè)園區(qū)內(nèi)的5G 基站高度應(yīng)控制在20～30m，站間距離在200～300m；其他場景基站建設(shè)布置要求如表5 所示。

表5 其他場景基站建設(shè)布置要求

圖2 樓頂基站選址排序

圖3 落地基站排序

3 5G 通信基站維護技術(shù)

3.1 5G 基站故障診斷與預(yù)測

5G 基站具有分布廣泛、數(shù)量眾多的特點，因此實際維護成本和難度較大。而且基站的設(shè)備種類繁多，技術(shù)更新?lián)Q代迅速，對維護人員的技能提出了更高的要求。除此之外，基站建設(shè)位置通常較為偏遠，容易受到環(huán)境因素、自然災(zāi)害等因素的影響，維護工作存在諸多不確定性[5]。

為提高通信基站維護水平，應(yīng)積極借助智能化手段和技術(shù)，采取有效故障診斷與預(yù)測方法。當前常見的故障診斷方法包括基于硬件的診斷、基于軟件的診斷以及基于人工智能的診斷等，因此應(yīng)根據(jù)實際情況合理選擇適當?shù)脑\斷方法。并借助大數(shù)據(jù)等技術(shù)對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行分析，預(yù)測設(shè)備故障趨勢、概率等，以此提高維護效率，降低故障發(fā)生的概率。

3.2 5G 基站維護策略

為保障5G 基站維護管理工作的有效性，需要采取有效維護策略。首先，應(yīng)加強基站的巡檢工作，定期對基站設(shè)備進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障隱患。其次，提高維護人員的技能水平，加強培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，確保維護人員具備較強的維護能力和實踐經(jīng)驗。最后，還需要建立完善的維護管理制度，規(guī)范維護流程，以此提高維護工作的效率和質(zhì)量[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，基于5G 網(wǎng)絡(luò)的通信基站建設(shè)與維護，與實際網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量和效果之間有著密切的聯(lián)系，在建設(shè)5G 基站的過程中，應(yīng)充分明確區(qū)域當前基站建設(shè)情況，合理預(yù)測5G 基站規(guī)模，明確5G 基站布置要求，并結(jié)合實際需求對基站站點進行合理整合規(guī)劃，同時還需要積極運用大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術(shù)手段，實現(xiàn)對于5G 基站故障的快速診斷和有效預(yù)測，并通過定期檢查、加強人員培訓(xùn)等方式，全面提高5G 基站維護水平和效果。