4G无线网络协同及组网关键技术讨论 5G
Labs 导读
本文从剖析5G+4G无线网络协同树立的背景和必要性登程，指出5G+4G展开协同树立自然具有的频率、设备和站址等长处。在此基础上剖析了5G+4G无线网络笼罩协同和容量协同的关键技术，并提出了协同组网方案，基于这种方案，既能应答4G网络容量应战，又能构筑5G上游竞争长处的无线网络演进基础架构，同时成功降本增效地打造5G精品网络的目的。
1、5G+4G协同树立的无利条件
5G网络树立是我国网络强国的国度战略，5G网络是成功产业翻新更新的关键基础设备，具有关键的意义。经过多年积攒，我国运营商已领有世界最多的无线基站站址。同时，与1G/2G/3G/4G无线网络技术更新不同的是，运营商由4G更新至5G网络具有后天的渺小长处，除了丰盛的站址资源可以共享外，还包括以下共享才干。
4G蒸蒸日上，5G曾经来到，5G+4G必将在网络和业务撑持才干方面常年共存。本文将从无线网络组网布局技术层面，探求5G+4G无线网协同开展的关键技术，既能充散开掘4G网络现有长处，又能施展5G技术和网络的全新才干，以二者协同的最大合力成功降本增效的网络树立和运营，同时无利于网络演进开展。
2、5G+4G网络笼罩协同树立的关键技术剖析
无线网络笼罩的关键目的是聚焦建网价值区域，尽或许地以最正当的网络结构、最优的设备选型和最佳的投资性价比成功网络的笼罩目的。在用户需求与技术演进同时开展的状况下，无线蜂窝网络逐渐向一种新型的组网架构演进，在坚持现有室外蜂窝网络结构相对稳固的状况下，在5G+4G协同开展初期，有如下方面的关键内容。
2.1 5G+4G站址资源共享技术
2.1.1 充沛应用已有5G+4G站址共享
在共用的2.6GHz频段上，5G网络笼罩与业务才干优于4G制式，因此4G和5G具有共享站址的才干，在组网布局技术方面可充沛应用已有基站站点机房配套，展开极速、低老本建网。
在这种基础上，不同于以往的全网规范化目的建网目的，5G网络树立可基于“1：1”共享站址成功弹性目的建网。这种建网思绪立足于4G原址更新5G状况下，网络笼罩及业务目的将优于4G，同时思索到不同的场景时，4G制式宏站站间距存在差异，因此5G目的网布局的宏站站间距可立足实践，以存量全量物理站址为基础，以不同的布局目的(如可区分设定应战目的、基准目的和最低目的等模式)为目的，挑选理想结构站点,对不同的区域适配性价比最优方案，确保投资效益。
2.1.2 天面共享
群众移动通讯网络经过多年的开展和技术迭代更新，存在2G/3G/4G天线点位多和空间受限等疑问。5GAAU因其技术个性需独自占用1副天面，因此需对4G/5G天馈系统协同思索启动整合收编，天馈整合最佳目的为单小区2~3副天面，即FDD、TDD、5G各1副天面或4G、5G各1副天面。以有效婚配、过度超前为准则，精准展开配套树立，经过设计正当的天馈变革方案成功已有资源与未来开展需求的整合，可以精准树立，降落租金和树立老本。
2.2 5G+4G设备共享技术
2.2.1 设备才干的共享
与2G向3G、3G向4G网络制式演进不同的是，5G网络基于已有成熟的4G网络相反的频谱资源，这就可以充散施展4GD频段成熟产业链的长处，在已有设备基础上，成功5G+4G基站共配件，从而最大化地成功5G新技术前移。
为充散施展5G设备的才干，同时统筹到4G网络须要，对5G新设备提出以下几方面的才干要求。支持160MHz全频谱带宽的才干、支持SA/NSA共模的才干、支持5G+4G共模/转模的才干和支持功率灵活共享才干。目前国际外厂家均已成功设备研发，可成功规模供货。
在这种状况下，5G新建基站均可依照“共站、共框、共板、共天线”模式成功资源共享，防止独立树立形成糜费，从而充散施展单比特树立老本和运营老本长处。
2.2.2 设备树立的协同
当5G+4G共址树立时，可以驳回5G基站反向放开4G性能的共模模式树立,以同时满足两网的业务需求。在设备布置上，原有4GD频段窄带设备(60MHz)RRU支持频段与5G设备重合，可思索拆迁至中心区域以继续施展其容量才干，防止设备糜费，迁徙到需求区域的新选址补盲或许已有站址补充容量需求。对带宽富有的物理扇区，可同步思索F频段撤除，此时可利旧整套4G基带和射频设备，投资浪费做到最大化。关于天面资源竞争强烈的平台，窄带RRU撤除后，抱杆资源有被占用的危险，需尽量规避。
若不撤除4GD频段设备，需思索其设备频率与NR协同的要求，因为这部分设备只支持60MHz带宽且与5G初期布局频段部分重合(重合部分为40MHz带宽)，同时4G设备移频才干较差，势必形成生命周期较短。另外，还需思索到这种状况下，非共模设备较难成功频段内联结传输和资源共享等技术手腕，4G网络性能将遭到肯定水平的影响。
依据以上剖析，咱们在展开树立的时刻，通常驳回撤除老旧D频段设备，同时经过5G反向放开4G性能的模式补偿4G网络笼罩与容量的需求。
2.3 5G+4G频率共享技术
5G商用初期，网络承载业务较少，此时，经过功率共享技术成功制式间160MHz频谱资源的分配与调整，统筹5G+4G双制式网络的容量需求，优化频谱资源应用率。随着5G网络用户和业务逐渐开展，最终构成单制式100MHz+60MHz目的方案。
2.3.1 静态的频率分配及共享技术
在5G树立初期，展开4GD频段清频的同时，还需思索5G和4G频率资源共享分配方案。可以依照面向当下，优先满足业务需求的准则，依据不同的业务场景按需分配带宽，驳回不同的频率经常使用战略。
2.3.2 灵活频率分配技术
思索到5G和4G网络常年共存协同开展的需求，除了以上静态的频率分配与共享机制，还需推进产业界成功5G设备2.6GHz频率5G+4G齐全灵活共享技术的成熟与运行，优化资源调动灵敏性，降落网络保养老本。
5G+4G灵活频谱共享技术可灵敏适配小区业务需求，实如今同一块载波上同时支持两种业务的随机调度，从而愈加充沛地优化设备应用率及160MHz带宽频率资源经常使用效率。载波灵活共享成功机制如下。
通常状况下，5G载波性能4个UE的上班带宽(BWP)，终端视才干性能1个或许4个BWP，当UE从BWP0接入后，视网络初始性能接入到对应的BWP。当5G载波与4G同笼罩时，5G+4G灵活频谱共享技术使得5G载波可成功对支持多个BWP的灵活调整，从而成功载波依据需求在休眠与激活两种形态之间变动，这个环节即频谱“重分配”环节。5G+4G灵活频谱共享技术可依据触发“重分配”的裁决条件，成功分钟以下级别的频谱灵活分配。
2.4 5G+4G功率共享
2.4.1 功率协同性能影响剖析
5G基站设备可到达240W标称功率(远期需求320W)，思索D频段为5G分配100MHz带宽、4G分配20MHz带宽时，5G可满足200W满功率性能。假设4G须要更多的载波性能，则将出现功率受限的状况，此时，需思索5G+4G功率分配以最大化网络性能。
首先剖析不同功率性能对容量影响：当4G新增放开2~3个D频段载波(且经过5G反向放开4G后具有3D-MIMO才干)、同时每载波依照2W/Hz的功率谱密度启动满功率性能，此时，5G残余性能160W功率，5G网络将因为功率的降落带来约10%的容量损失，而同时4G网络因为功率短缺，可取得高于低功率性能时42%的容量优化。不同的功率性能对容量的损失比例计算结果见表1。
表1 不同功率性能对4G和5G网络容量的影响
接着剖析不同功率性能对笼罩影响。如图1所示，从实验网测试数据结果可以看到，等同站距条件下，即使将5G功率降为120W，下行笼罩性能依然优于功率满配时3.5GHz的5G制式才干。
2.4.2 分场景功率协同性能方案
由以上剖析可以看到，5G功率降落形成的性能损失较小，但能带来显著的4G性能增益。同时思索到5G初期阶段，4G网络的笼罩和容量需求仍是重中之重。因此，在240W发射功率的设备条件下，应依照面向当下，优先满足业务需求的准则，不同带宽时5G+4G功率分配倡导如图2所示。
3、5G+4G网络容量协同树立
3.1 环境的变动造成4G业务开展存在不确定性
5G强国战略将促使行业及产业链出现深入变动，同时，管控新政的实施也造成4G未来业务开展存在不确定性。
首先，5G强国战略及或许出现的新业务，将抚慰移动总流量增长，预期将同时带动4G业务同步开展。
其次，5G终端极速开展，将推进5G生产产业，从而促成5G网络构成对4G的有效分流。一是5G终端外形开展迅速，种类丰盛。二是5G终端多少钱不高于4G。2020年第2季度起，厂商逐渐推出中低端5G手机，估量2020年底手机多少钱降至1000~2000元。
再次，政策起因带来竞争环境变动。从常年思索，会对4G网络流量增长起到肯定的克服造用。2019年9月1日片面停售流量畅享套餐。10月起，主管部门对3大运营商新增管控要求，有望改善竞争环境，进一步提质增效。
在4G业务阅历了移动业务需求开展推进和不限量套餐等带来的流量迸发高峰之后，目前出现了以上诸多起因将深入影响到4G业务开展，给其带来不确定性，4G业务开展的拐点处于临界阶段，过于审慎或许过于豪迈的扩容战略都将带来损失。在这个时间，为确保用户感知同时不发生投资糜费，对4G网络的扩容需愈加准确化布局，充沛应用新增的5G资源提供应存量4G经常使用，来成功降本增效。
3.2 5G反向放开4G性能是5G+4G容量协同的关键技术手腕
在这种状况下，充沛应用设备共模/转模才干，经过在5G基站反向放开4G性能是5G+4G容量协同的关键技术手腕。
3.2.1 5G反向放开4G性能的工程成功模式
应用5G宏基站设备反向放开4G性能时，均需为4G性能再购置一套BBU基带板配件及配件容许、AAU经过馈入模式共用5G设备、RRU软件容许利旧原4G基站清频分开的软件容许。
3.2.2 5G反向放开4G性能的载波带宽等效容量才干
依据实验网测试数据，针对不同的5G基站通道才干，成功反向放开后，20MHz载波带宽吞吐才干可等效于4G载波倍数，见表2。
表2不同通道类型5G基站反向放开4G的网络性能对比
3.3 5G+4G协同保证4G网络容量布局方法
依据以上业务开展和5G+4G协同成功模式剖析，准确布局4G网络扩容需与5G网络树立节拍严密结合，因此，4G扩容战略分为以下场景思索。
3.3.1 经过5G反向放开4G性能补偿4G D频段清频带来的4G性能损失
D频段在4G网络施展关键的作用，以D频段加F频段站址构成良好的综合笼罩，尤其D频段站址愈加丰盛，需充沛思索清频后，对延续笼罩基础底层网的影响。
5G初期工程树立将集中在市区密集区域，而这些区域正是4GD频段站点集中的区域，D频段载波占比和容量排汇比例都更高。在5G网络树立同时，充散施展5G+4G协同作用，应用5G反向放开4G性能的技术个性来补充D频段清频后4G网络的容量和笼罩需求。
3.3.2 小区级4G容量保证的门路选用战略剖析
4G网络经过多期树立，其站型组成十分复杂。以室外小区的所属天面为统计粒度，笼罩一片物理区域的4G物理扇区蕴含多个逻辑小区种类，如单D扇区(1D/2D/3D小区)、F/D扇区(1F1D/1F2D等)、单F扇区、D/F/FDD混合扇区等。另外，4G网络扩容可用的频段资源有6种：TD-L制式的F频段、A频段、D频段，5G反向放开4G性能的D频段，FDD制式1800MHz及900MHz频段，思索到工程实施时，还将触及到新增配件和软件扩容等详细成功模式，可以选用的扩容手腕更多。这种已有站型结构和可选实施模式均存在物理上的构成复杂度，也肯定带来不同扇区扩容时，在选用扩容制式和经常使用频段方面的复杂性。
因为5G反向放开4G性能仍需一部分新增投资，此处，以投资效益最大化的模式举例，在思索4G扩容战略时，优先思索网内其余小区FDD1800MHz/F/A载波才干调度，不能满足需求时，再思索以5G反向放开4G性能补充。每物理扇区的扩容战略如图3所示。
当思索不同的树立战略时，如以4G网络性能最优化为目的或以工程实施难度最简化为目的时，存在不同的门路选用。由此也可以看到，5G+4G容量协同方案的复杂度带来布局方案编制难度成倍提高，假设将以上协同需求和算法经过工具化的模式，成功小区级容量协同智能选用，将极大地降落布局难度，灵敏成功多种战略选用和对比。
4、完结语
我国从国度战略层面提出经过5G助推制造强国，网络强国树立，5G网络树立需求成为当下片面构筑经济社会数字化转型的关键基础设备。假设在工程布局时可以充沛贯彻和深化思索5G+4G协同开展理念，整合5G和4G网络在技术规范和工程树立的协同长处，既能坚持对少量已有4G用户的服务质量，又能优化5G网络树立的质量。
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