中兴通讯:5G网络部署思考

无处不在的4G移动宽带和海量的应用已经为我们的工作、生活带来了意想不到的便利;包罗万象的5G为我们带来的将不仅仅是接入速率的飙升,还将通过灵活的网络切片渗透到网络社会的各个角落,成为垂直行业数字化转型的利器和未来万物互联数字社会的基石。


随着5G组网标准的如期冻结、5G频谱分配方案的落定,5G设备的日臻完善和终端芯片研发进展的加速,2019年将成为5G正式商用的元年。现阶段,移动运营商关注的焦点也从5G设备的测试验证转向更为实际的网络部署,比如网络架构如何选择、站点方案如何准备、传输网络如何升级、运维效率如何提升等。本文将结合5G网络部署面临的关键挑战进行思考和探讨,期望能为运营商5G部署前的筹备工作提供一些思路。


SA or NSA?综合频谱、业务KPI、建网投资三大因素选择网络架构


5G网络支持独立组网SA和非独立组网NSA两种架构。NSA在架构成熟度方面有3个月左右的先发优势,但仅适用于eMBB业务,并且非独立组网还涉及与4G的复杂耦合; SA是终极的建网模式,在新业务支持、覆盖、性能、组网灵活度、终端能耗等方面均有明显优势。目前运营商对SA架构顾虑较多的因素是覆盖、SA终端和5GC的成熟度。


从5G终端芯片厂商高通、Intel、MTK的5G研发路标来看,2019年发布的终端芯片将同时支持NSA和SA,因而对大多数2019年才启动5G网络建设的运营商来说,5G终端不构成选择NSA或SA的决定性因素。


从5GC的成熟度来看,5G部署初期不必追求完整的功能特性,可以采用架构一步到位、接口分步打开、功能分阶段引入的策略,从而将5GC的商用时间点提前到2019年的一季度,因而也不构成影响SA规模商用的制约因素。


鉴于SA架构在多方面的明显优势,假如5G覆盖连续,能够自成体系,则运营商选择NSA的动力会非常小,因而我们认为除了业务需求因素,5G基站的覆盖能力和运营商的5G建网投资是选择SA或NSA的关键因素,能否共站部署在一定程度上还要考虑4G基站的密度。


在5G AAU设备的天线阵列通道数和发射功率确定的前提下,5G基站的覆盖主要取决于可用的5G频段、覆盖场景无线环境的复杂度,以及5G业务的KPI指标诉求,尤其是小区边缘的接入速率要求。而小区边缘的最低接入速率要求需要统筹考虑5G业务的最低指标要求,是否需要支持无缝移动及运营商可以接受的5G建网成本等因素。


基于以上原则,假如运营商在5G建设时只有毫米波频谱,鉴于毫米波频段相对于1.8GHz或2.6GHz频段较大的传播损耗和较差的散射、绕射能力,很难达到与4G相当的连续覆盖水平,因而用作移动接入业务模式时,只能依托连续覆盖的4G网络,作为热点区域的超高速率业务的容量补充,在网络架构上选择NSA模式更为合适。


假如运营商能够获取3.5GHz的主流频段,对5G小区边缘的速率要求为下行50Mbps (支持2K/4K高清视频和AR应用),上行2Mbps(支持随时随地的720P视频上传),且具备在密集城区建设连续覆盖5G网络的投资实力,则根据中兴通讯外场测试的数据,对站间距在400米以下的密集城区场景,完全可以通过4G与5G共站部署的方式使5G达到连续覆盖的能力; 对站间距在400米以上的区域可新增适量的5G宏站或微站来满足上行2Mbps的指标要求,因而我们认为SA是一步到位和更为经济的建网模式。


当然,如果运营商5G建设初期网络投资非常有限,只能在4G网络热点部署少量的5G基站,且业务模式主要是增强的移动宽带接入,无疑选择NSA建网模式更为经济实用。


假如运营商对5G网络的边缘性能提出更高的要求,比如上行速率提升到5Mbps(支持随时随地的1080P视频上传),则即使采用NSA建网模式,同时利用4G和5G的上行传输能力,也很难在400米的站间距场景下达到上行5Mbps的指标;而新建大量的基站又涉及较高的投资成本,此时建议通过1.8G/900M/700MHz频谱与3.5GHz频谱的载波聚合方式来满足。既然1.8G/900M/700MHz频谱已经重耕为5G新空口,建网模式依然是5G独立组网。


行业领先企业的率先实践为5G SA的发展提供助力,中国移动牵头发起的5G SA(独立组网)起航行动、发布的《5G SA核心网实现优化白皮书》、高通对SA终端芯片的积极布局等事件均加速了SA产业链的成熟及其在全球的规模商用进程。


现网如何引入5G?多频段天面整合+多模融合的站点方案


网络架构之外,如何在通信设备密布的现网站点引入5G也是运营商面临的一个重大挑战。


现阶段900M/1.8G/2.1G/2.6G多频段,GSM/UMTS/LTE/NB-IoT多制式共同运营已经成为大多数移动运营商的常态,部分站点多家运营商共享铁塔等基础设施的现象也普遍存在。因此,多数站点上天线和RRU设备部署密级,很难再增加5G AAU设备。而新建站点又面临站点获取难、投资成本高、建设周期长等诸多问题。


多频段、多端口无源天线,有源+无源混合天线以及超宽带RRU设备的推出为解决宏基站天面空间紧张的问题提供了一个新的思路。运营商可以在5G建设之前或5G建设时将现网每个扇区的多面天线和多个RRU设备进行合理的整合和优化,从而释放出宝贵的天面空间用于安装5G AAU设备,最终形成每扇区只用1-2面多频段无源天线和2-3个RRU设备涵盖2G~4G所有频段和无线标准,一面有源天线服务于5G网络。从而在不新建站点的情况下实现5G网络设备的部署,并降低多网共存场景下的运维成本。


5G AAU设备的选型方面,经过商用网络外场的测试验证,中兴通讯推荐在密集城区采用64T64R AAU追求至高的性能,一般城区和郊区使用16T16R AAU兼顾网络覆盖与建网成本。64T64R AAU独立收发通道数较多,可同时支持精准的水平和垂直维度的波束赋型,从而在人口密集的场景达到理想的空分容量增益;此外64T64R AAU的波束反射、绕射、抗干扰能力更强,即使在无线环境复杂的密集城区也可实现3.5G NR和现网1.8GHz 2T2R LTE共站同覆盖,从而降低5G网络的部署难度和成本。针对一般城区和郊区场景,数据用户数少、流量密度低,MU-MIMO配对成功概率小,选用16T16R AAU的性价比更高,且16T16R AAU即可实现3.5G NR和1.8G LTE共站同覆盖。


针对5G覆盖的盲点或热点场景,建议使用Pad微站提升局部性能。Pad大小的5G微基站可以隐蔽安装在建筑物外墙、路灯杆、广告灯箱等位置,显著降低站点获取的难度并可快速提升热点流量和盲点覆盖。


在基带处理方面,面向未来的大容量基带处理单元可支持2G至5G所有无线标准,支持集中式单元CU和分布式单元DU的灵活部署策略,除了支持4G和5G的融合组网外,还可在现网2G/3G基站设备接近生命周期时替代已有的基带设备,并支持未来2G和3G业务处理资源向4G和5G的平滑迁移,从而最大程度保护运营商的设备投资。


如何应对网络运维挑战?引入AI提升多网共存的运维效率


5G时代,运营商将面临网络复杂化、业务多样化、体验个性化的挑战。


网络复杂化主要体现在多网共存,5G大规模天线阵列密集组网时波束控制和参数配置复杂度相比4G提升了一个数量级。而SDN、NFV、云化部署更是颠覆运营商运维团队熟悉的传统网络运维模式。业务多样化主要体现在5G将渗透到工业制造、农业生产、智慧家居、远程医疗、自动驾驶等垂直行业。体验个性化主要体现在5G要为特定的行业或用户提供定制化、差异化的服务,构建涵盖用户全业务流程、全业务场景的网络接入数据分析和应用服务,并负责定制化切片全生命周期的管理和持续优化。以上三方面的挑战迫切需要引入AI技术来提升运维效率。


以机器学习、深度学习为代表的AI技术可以广泛用于网络告警、故障根因分析、网络覆盖、性能优化、网络容量预测、精准网络建设、网络级的能耗管理、云化网络资源动态调度、智能网络切片等领域,从而提升网络运维效率,降低网络运维成本。从AI应用的维度来看,可大致分为智能站点设备、智能运营维护、智能边缘云引擎、智能网规网优等。


尽管运营商在5G网络部署和运营过程中会面临各种挑战,但是5G网络的灵活切片能力和对垂直行业数字化、智能化改造的强大潜力也让运营商对5G时代的网络盈利能力满怀信心。中兴通讯愿与运营商深度合作,共同化解5G时代网络部署和运维的难题,携手共创美好的未来!