5G无线网规划部署的若干关键问题研究

2019年 第8期5G无线网络专题

电信工程技术与标准化

5G无线网规划部署的若干关键问题研究

任小强1，敬嘉亮2, 余树宝2，杨玉忠2

(1 中移动信息技术有限公司甘肃分公司，兰州 730070；2 中国移动通信集团甘肃有限公司兰州分公司，兰州 730000）摘　要　5G无线网规划部署时，需要对覆盖、容量、质量和成本进行综合考虑。本文基于对5G网络架构和部署方式的分析，围绕无线网站址、天面、覆盖、频率、容量和参数规划进行了深入研究，提出了5G无线网部署面临的问题及解决方案，以便为相关研究和决策提供参考。关键词　无线接入网；网络部署；5G中图分类号

TN929.5

文献标识码

A

文章编号

1008-5599（2019）08-0007-05过去30年来，移动通信从话音通信发展到移动宽带数据通信，无论是通信技术还是业务需求和用户行为，都发生了翻天覆地的变化。用户需求不再只是基础的话音、短信和低速数据业务，增强移动带宽（eMBB）、大连接物联网（mMTC）、超高可靠低时延通信（uRLLC）等业务需求逐渐进入人们的视野。5G网络为满足上述三大应用场景下的差异化需求，在无线网层面将采用多种关键技术，如超密集异构网络、毫米波技术、NR 3层架构设计、大规模天线（Massive MIMO）、高阶调制、云计算网络等。5G多样化应用场景下，用户对带宽、时延、连接数、移动性和可靠性都有不同的需求。本文基于对5G网络架构和部署方式的分析，围绕无线网站址、天面、覆盖、频率、容量和参数规划进行了深入研究，提出了5G无线网部署面临的问题及解决方案。括无线接入网的CU和DU功能，CU可部署在回传网络的接入层或者汇聚层，DU部署在用户近端，CU和DU间通过增强的低时延传输网络实现多点协作化功能。区域级主要包括数据面网关功能，重点承载业务数据流，可部署于市级网络，实现移动边缘计算功能、业务链功能和部分控制面功能。汇聚级主要包括控制面功能，例如移动管理、会话管理、用户数据和策略，可按需部署于省级网络。中心级以控制、管理和调度职能为核心，如虚拟化功能编排、广域数据中心互连和BOSS等。在5G组网实现中，上述组网功能元素部署位置无需与实际地理位置严格绑定，可以根据每个运营商的网络规划、业务需求、流量优化、用户体验和传输成本等因素综合考虑，对不同层级的功能加以灵活整合，实现多数据中心和跨地理区域的功能部署。1 网络部署架构5G网络部署架构按照功能元素可以分为4级，包括接入级、区域级、汇聚级和中心级。接入级主要包收稿日期：2019-04-152 网络部署方式基于5G灵活的3层架构和高效的eCPRI接口，5G可以通过CU/DU/RRU的灵活组合达到部署的多7 2019年8月 第 8 期（第32卷 总第264期）月刊

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5G无线网络专题表1 5G部署方式及特点部署类型连接方式及特点2019年 第8期统一基站部署DU/CU同址安装于本站机房，RRU与DU通过光纤直连，CU可扩展性小、不便于统一管理DU前置，CU集中部署DU/CU集中部署DU同址安装于本站机房，RRU与DU通过光纤直连，CU集中安装于中心机房，CU与DU通过传输网络连接，传输资源需求小，CU统一部署，便于管理维护DU/CU集中安装于中心机房，RRU与DU通过传输网络连接，传输资源需求较大，但DU/CU集中部署，管理和维护较为便利DU集中部署，DU集中安装于中心机房，RRU与DU通过传输网络连接，CU云化后，MEC等应用下沉到中心机房，与CUCU云化共享硬件，逻辑独立，有利于提升用户体验样化。根据DU前置或集中部署，CU前置、集中部署或者云化，5G部署方式可组合为如表1所示的4种，其中5G部署方式中RRU与天线合设为AAU。根据3GPP定义，eMBB、mMTC和uRLLC三大场景由于关注业务不同，对网络和时延的要求也不尽相同。如eMBB关注高速率和大吞吐量，mMTC关注大连接，uRLLC关注低时延和高可靠性能，针对不同的要求，CU/DU的部署方式也各有不同。针对时延敏感的业务（如AR/VR、自动驾驶等），uRLLC业务可采用传统基站部署方式或DU前置CU集中的小集中部署方式，将CU/DU尽量靠近RRU，同时将应用网关下移，降低传输时延。针对时延不敏感的业务（如智能抄表、智能灌溉等mMTC业务），可采用DU/CU集中部署方式或DU集中、CU云化等大集中部署方式，从优化网络运维角度出发，降低运维成本。5G站点的部署，会依据业务应用场景的不同而采用不同的部署方式，即便是同一种业务，在不同的地区，也会因为机房、光纤和距离等条件的不同，而采用不同的部署方式。因此，5G网络将会采用多种部署方式共存。3 网络规划策略3.1 覆盖规划不同制式或频段在相同上下行速率时的覆盖距离对比测试如图1、2所示，由于2.6G NR采用100 Mbit/s带宽，在下行用户感知速率相同的情况下， 2.6 G NR的覆盖距离远大于其它制式或频段。2.6 G NR 64TR上行1 Mbit/s速率下，覆盖距离约223 m，相应站间距为335 m，接近FDD 1.8 G水平。在eMBB业务中，100 Mbit/s带宽的2.6 G NR在64T64R模式下，图1 不同制式或频段在相同下行速率的覆盖距离对比8 2019年8月 第 8 期（第32卷 总第264期）月刊

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电信工程技术与标准化图2 不同制式或频段在相同上行速率的覆盖距离对比可与4G共地址规划，达到上行1 Mbit/s的浅层覆盖。SS/PBCH块的周期可以配置为 5 ms、10 ms、20 ms、40 ms、80 ms和160 ms，对于初始小区搜索，UE假定 SS/PBCH块的周期是20 ms。SS/PBCH周期长，可以节约OFDM和功率资源等系统开销，但是UE的下行同步需要较长的时间；SS/PBCH周期短，系统开销较多，但是UE可以快速实现下行同步。因此，需要在系统开销和同步时间之间进行折中。建议根据基站类型设置SS/PBCH块的周期，由于宏基站覆盖大，接入的用户数较多，因此可以设置较短的SS/PBCH周期以便UE快速同步和接入。而微基站由于覆盖范围小，接入的用户数较少，可以设置较长的SS/PBCH周期以节约系统开销。除此之外，还可以根据服务需求设置SS/PBCH块的周期，如果某个小区承载低接入时延要求的uRRLC业务，则可以设置较短的SS/PBCH周期;如果某个小区承载高接入时延的mMTC业务，则可以设置较长的SS/PBCH周期。3.2 容量规划5G网络容量规划整体开展思路与LTE基本一致，5G网络前期由于覆盖受限，建网初期主要以覆盖为主，后期逐步提高系统的容量。3.3 站址和天面规划5G网络的建设应充分利用LTE站点资源。结合覆盖和容量估算的指导意见，适当新建站点和站点调整。密集城区5G站点高度建议25～35 m，初始下倾角建议6°，下倾角初始按基站水平广播信号设置，5G具有更高的优化灵活度。与4G共站时，方位角可参考4G站点方位角，站址新建阶段，建议方位角为0、120°、240°。3.4 邻区规划SA组网下5G系统与4G系统邻区配置一致，NSA组网下以4G作为锚点，5G无需配置邻区。SA组网模式下，宏站与宏站的邻区配置原则为添加本站所有小区互为邻区；添加第一圈小区为邻区；添加第二圈对打小区为邻区（需根据周围站址密度和站间距来判断）。宏站与室分的邻区配置原则为5G室分底层小区根据室分出入口处的5G信号强度，配置3～6个最强的5G宏站邻区；同时这些5G宏站也需要添加该5G室分小区作为邻区；5G室分高层如果窗户边宏站信号很强，可以考虑添加宏站小区到室分小区的单向邻区。3.5 PCI规划5G NR的PCI规划原则与LTE相类似，也要满足相同PCI的复用距离足够远，避免同一个基站的小区以及该基站的邻区列表出现PCI相同的情况，保留适量的PCI用于室分规划、位置边界规划和网络的扩展。与LTE相比，5G NR的PCI规划有以下变化。9 2019年8月 第 8 期（第32卷 总第264期）月刊

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5G无线网络专题PCI数量由504个增加到1 008个，PCI发生冲突的概率会降低，与5G NR的小区覆盖范围较小、PCI需要较大的复用距离相适应。由于PBCH采用自包含

DMRS，在两个符号上，每4个RE存在1个DMRS，导频开销为1/4，占用的频域位置满足，因此相邻小区需要满足PCI模4不等。PDCCH导频时域占用第一个下行符号，频域在用户PDCCH信道带宽内每隔3个RE插入一个DMRS，占用RE位置#1、#5、#9，导频位置和PCI无关。PDSCH的前置导频采用Configuration Type1格式，时域占用每个mini-slot的第一个PDSCH符号，频域在用户PDSCH信道带宽内每两个RE插入一个DMRS，导频位置和PCI无关，导频序列和PCI相关，因此相邻小区要满足PCI不同。上行PUSCH信道的参考信号和下行参考信号的导频序列生成方式相同，都是Gold序列，只需要相邻小区满足PCI不同即可，但是对于PUCCH的导频和SRS信号，仍然采用ZC序列的生成方式，因此相邻小区要满足PCI模30值不同。2019年 第8期（3）5G AAU设备体积约60 L，体积大于4G设备，传统美化外罩不能满足需求，导致影响AAU方位角、下倾角的调整和通风孔不满足散热要求。解决方案：改造或者新建美化外罩，其中美化外罩应满足上下通透无遮挡（通透率应大于60%），抱杆位置和尺寸应满足方位角下倾角调整要求。（4）空调制冷能力不足。5G设备功耗高散热量大，对空调配套要求高；部分机柜散热能力不满足。解决措施：对于不满足5G场景的特殊机房，更换空调，增加制冷量；配发专用机柜，满足设备散热要求。（5）BBU机房配电不足。典型配置（S111)下，5G功耗是4G的2～3倍，对机房供电、备电和制冷等配套带来较多问题，无法支撑5G设备正常运行。解决措施：需要结合网络配置余量综合考虑改造方案，配发5G专用机柜，提升设备散热能力，同时更换或增加空调，制冷量满足设备要求。5 结束语与4G相比，5G的应用场景更加细化，传统的单一4 部署面临主要问题（1）铁塔平台资源紧张，空余抱杆不足，新增5G天面压力大，影响5G快速建网。解决措施：2G/3G/4G天线整合，节约平台空间，降低铁塔租金。（2）5G单AAU设备重约47kg，重量大于4G设备，现有抱杆承载5G AAU资源存在负荷风险。解决措施：针对5G特殊需求，需要对抱杆构件的强度、直径、厚度和承载的数量等性能参数做明确的要求，如表2所示，对于不满足要求的抱杆构件进行整改。表2 抱杆构件的性能参数和承载的关系使用场景楼顶抱杆铁塔抱杆抱杆高度4 m6 m1.5 m抱杆直径70～114 mm100～114 mm60～114 mm壁厚4 mm4 mm4 mmAAU数量111的网络架构设计已经不能够满足5G的多样化需求，在此背景下，5G的RAN构架从4G的BBU+RRU双层架构升级为CU+DU+RRU 3层架构，在5G NR基站规划部署时通过3层架构的灵活组合，结合承载网路由和网络应用网关的合理部署，可针对性地满足不同应用场景的需求。未来随着5G应用场景越来越丰富，网络部署的个性化需求也会越来越多，如何合理地规划5G

NR基站是一个需要关注的问题。参考文献[1] 柏松. 5G无线网技术特征及部署应对策略研究[J]. 网络安全技术与应用, 2019(01):59+77.[2] 王祖阳, 杨传祥, 张进, 等. 5G无线网技术特征及部署应对策略分析[J]. 电信科学, 2018,34(S1):9-16.[3] 杨峰义, 谢伟良, 张建敏. 5G无线网络及关键技术[J]. 通信学报, 2017,38(03):184.[4] 陆晓东, 谢伟良, 杨峰义. 基于控制与承载分离的5G无线网架构研究[J]. 移动通信, 2016,40(19):81-86.10 2019年8月 第 8 期（第32卷 总第264期）月刊

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电信工程技术与标准化News“数字云南”区块链国际论坛在昆明召开7月20日，由云南省人民政府主办，云南省发展和改革委员会（省数字经济局）承办，中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）等协办的2019年首届“数字云南”区块链国际论坛在昆明召开。本届论坛以“数汇新云南，链上新动能”为主题，包括开幕式、主旨演讲、建设“数字云南”院士咨询会以及8场分论坛。来自中国科学院、中国工程院、挪威工程院的9位院士应邀出席，超过1 000位区块链领域关注者莅临论坛，其中包括政府领导、专家学者、企业领导、媒体记者，以及来自全球20余个国家的区块链相关专家和机构负责人。中国信通院副总工程师史德年代表中国信通院与云南省发展和改革委员会签订了战略合作框架协议。协议的签订旨在推动云南省数字经济发展、产业创新载体建设，在中高端消费、创新引领、绿色低碳、共享经济、现代供应链、人力资本服务等领域培育新增长点、形成新动能。下一步，双方将围绕数字经济战略研究及顶层规划、数据交易和服务中心建设、数字经济开发区建设、数字经济专业支撑平台建设等开展广泛合作。当日下午，史德年受邀主持了主题为“链上云南，助力产业革新升级”的分论坛，多家单位的高层领导进行了精彩演讲。京东区块链产品负责人张作义分享了区块链技术在京东电商、京东物流产品线中的应用和规划布局。中国国际科技促进会公链产业负责人李科萌进行了主题为“区块链时代的商业模式创新探讨”的报告。国金公链总经理

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