城区5G室外基站规划和建设的技术研究

    张毅 陈晓波

    

    

    

    摘 要:5G,即第五代移动通信技术。相较于4G,5G在带宽、时延以及连接密度等方面有质的飞跃。5G的主要频段在3.5 GHz,而4G网络主要工作在2 GHz(1 710 MHz~2 170 MHz)频段,5G的覆盖半径较4G要小很多。要达到4G同等的覆盖,5G室外站点的建设数量大概是4G的3倍,合理的规划建设难度降低运营成本是一项重要的课题。该文从5G基站的建设角度出发,研究室外站点规划和建设技术,讨论在优化5G网络的同时,有效利用现有资源并降低建设成本,为5G技术应用的后续研究打下基础。

    关键词:5G-第五代移动通信技术;无线建设;无线基站

    中图分类号: TN91? ? ? ? ? ? 文献标志码:A

    0 概述

    通信技术的发展给人们的生活方式带来了巨大的变化,“4G改变生活、5G改变未来”。由ITU-R确定,通信行业认可的5G? 3大主要应用场景分别为:增强移动宽带(eMBB),低时延高可靠通信(URLLC)和大规模物联网(mMTC)[1]。5G是为万物互联设计的,将会开启万物互联的时代,凭借5G的种种优势,在自动化控制、智能制造等方面将会开启新一轮产业革命。2019年6月6日,工信部正式向电信、移动、联通及广电发放5G商用牌照,这标志着5G产业的网络部署全面提速。

    5G站点的建设对于各大运营商具有至关重要的战略意义。如何利用现有铁塔站点资源进行网络规划并建设一张稳定可靠满足市场需求、同时能最大限度降低营运成本的5G网络,是各大运营商在5G建设中需要研究的重要课题。

    1 5G室外站点建设存在的困难和问题

    1.1 站址资源紧张

    在我国,5G频谱规划为分配方式,2.6 GHz、3.5 GHz和4.9 GHz是当前运营商5G站点使用的核心频段。其中,3.5 GHz频段良好地兼顾了无线网络容量和无线覆盖面积,成为了世界运营商5G普遍采用的频段。同样的,3.5 GHz频段为中国电信和中国联通初期部署的主要连续覆盖频段。

    虽然3.5 GHz在容量和覆盖上能同时做到兼顾,是目前5G运用广泛和成熟的频段,但是由于5G所采用的3.5 GHz频段高于现有的4G频段,增加基站信号到达用户的传输损耗。建设与4G覆盖相当的5G网络,站点建设数量约为4G站点的2倍以上,运营商可选站址非常紧张,天面空间、光缆和电源等基础配套物资等捉襟见肘。因此在建设规划上如何利用好现有资源对于5G建设至关重要。

    1.2 站点运营成本高

    5G单站功耗约为4G的2.5~3.5倍,AAU功耗增加是5G功耗增加的主因,单站满载功率3 700 W。通信网络的能耗成本,占运营商网络维护成本(OPEX)的20%左右。如何降本增效对于运营商非常重要。

    特别是城区建筑密集,站点建設的主要形式为楼面建设,而楼面站的租金因为增加了场租费,通常要高于地面站。5G建设为提高原有站址的利用率,通常会选择在原有4G站址上增加设备,这就造成了部分站点场租大幅涨价。

    能耗和场租的增加,无疑会给运营商5G站点的运营带来困难。因此,平衡覆盖效果和运营成本,是运营商面临的又一重大的挑战。

    1.3 敏感站点协调困难

    5G建设需要大量安装5G设备,在居民敏感区域安装设备时会遭到周边居民阻挠或者投诉。因此,在居民区和周边安装5G站点设备时如何在不引起敏感区投诉的情况下顺利完成此类区域覆盖以满足市场需求,如何处理敏感区域投诉,如何协调敏感区域的5G建设,是每个运营商在5G建设中需要研究的一项重要课题。

    2 城区5G室外站点规划和建设的应对策略

    2.1 充分利用铁塔存量站点资源,提高共享率降低运营成本

    由于历史原因,铁塔成立之前各运营商在核心城区的站址共享率非常低。铁塔成立后,运营商的站址资源大部交给铁塔运营。运营商通过租金的方式向铁塔公司支付运营费用。铁塔公司新建站址基准价格折扣见表1,铁塔单产品单元租金标准见表2。产品租金价格=(基准价格+场地费+电力引入费)×折扣率。场租和电力引入费只对新建站收取,利旧存量不再收取,而折扣系数是根据共享家数来定的。显然“利旧”“共享”是压降成本最重要的措施。

    2.2 利用铁塔产品单元计算规则开展天面整合,降低成本

    城区5G站点建设主要是以灯杆、楼面抱杆和美化罩的形式进行建设。其中灯杆主要用于覆盖主干道路的室外覆盖场景,楼面抱杆和美化罩主要用于居民区、商圈等楼盘区域的室外覆盖场景。虽然采用的覆盖方式不尽相同,但对于5G室外站点站址规划的基本思路是基本一致的,以利用现有站点资源为主,新建为辅。而在同一个站点上同时承载2G、3G和4G业务。以电信为例,多数站点都同时有800 MHz、1 800 MHz、2 100 MHz等频段,因非同一时间建设多为独立天线。如再新增面临空间不足与建筑承重等问题,运营商重复支付产品服务费。

    产品单元计算方法为:普通地面塔和楼面站天线数为6副及以下时,按1个产品单元核算[2];超过标准产品单元,每超出3副天线,按增加1个产品单元的30%收费;如果不增加天线,每增加1套系统,则按1个产品单元的10%收费[3]。

    例如华彩印务基站,该站有CDMA BTS、L800、L1.8G、L2.1G,每个系统两面天线。如按照原有思路建设5G,该站产品单元数为1.9。同时天面空间和承重的问题该站无法实施。按照整合方式利用两面8端口天线将L800通过共模方式1X信号,拆除BTS设备,将L1.8和2.1G用一台4T4R设备进行替换,不仅解决了天面不足和承重的问题,还将产品单元数下降到1.3,CDMA BTS退网节省了电费。

    2.3 合理改造现有站点塔桅高度,提高基站覆盖效率降低站址数

    城区5G建设因协调原因,部分站点选择了公安监控、交通指示牌和通信电杆等简易塔桅。随着城市绿化和树木生长,经测试临近树叶信号衰减达17 dB,造成站点覆盖效率低。以渝中国际村到鹅岭加油站段为例,不到1 km,4G建设时(如图1所示)建了5个基站才完成覆盖。

    该次5G规划分析该路段站點分布发现,1(交通指示牌)、2(电杆)、3(3层楼面)、4(红绿灯)号站天线挂高较低,因树木阻挡严重,利用4G原址建设,弱覆盖依然会存在。所以该次通过分析、仿真,对1、3号基站进行调整,将1号站改到旁边7层楼顶、3号站改成30 m通信杆,去除2号和4号站。建成后该路段路测结果显示覆盖效果优于4G,随后将4G和5G进行了同址优化搬迁。

    按照铁塔公司单产品单元的租金标准核实,该路段基站年租金从37 092元下降到了35 424元。实现覆盖效率提升、塔租下降。设备和光缆等投资节约。

    2.4 敏感站点建设应对策略

    对于敏感站点,通过实践与总结建议从以下4个方面进行应对以提高5G建站成功率。1)整合站点的天面资源,尽量减小站点的天线规模,弱化居民感知。2)天线远离居民窗户,减少视觉冲击。3)使用美化天线罩隐蔽设备。4)多专业同步组织施工,减少上站次数。5)积极做好站点的环评工作,利用政府公信力向居民做好解释工作。

    3 结语

    该文主要针对城区室外的5G覆盖的场景,对5G站点规划和建设的策略进行了研究。主要通过对城区5G室外站点存在的典型问题进行分析,并对问题提出了应对策略。对于5G建设,该文所提出的站点规划和建设策略主要是基于站点建设运营商一般会关心的典型问题,并且适用于城区5G站点的建设。然而5G建设的实际情况要远复杂于此,涉及的场景也不能仅局限于城区范围。要实现5G的全覆盖,还需要对其他的场景进行研究。同样,该文研究内容的提出,对于其他场景的5G建设的研究也是有帮助的。可以从建设进程中运营商所普遍关心问题着手,为后续的研究打下基础。

    参考文献

    [1]王超, 李超. 5G移动通信技术的现状及发展趋势[J]. 中国新通信, 2018, v.20(10):28.

    [2]张强,于克衍.中国联通降低铁塔租金方案探讨[J].中国新通信,2017(5):160.

    [3]宋广飞,常战庭,常兵.铁塔共享模式下运营商基站资源整合研究[J].邮电设计技术,2017(12):51-54.