5G技术商用的首重—5G基站的建设

  自从6月6日我国工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照以来，意味着我国郑重进入5G商用时代。为进一步探索5G技术的机遇与挑战，本期起将从5G技术难点、中国5G研发实力、5G基站建设等方面系列介绍。

  随着各国家及相关企业对5G技术科技的持续投入和支持，5G有关技术创新与应用热点日新月异。目前，全球主要国家均加快5G 试验和商用计划，力图争取5G标准与产业高质量发展主导权（见表1）。

  由于中国政府的格外的重视和积极支持，加之中国相关企业在技术创新与业务方面的鼎力推进，以及在5G方面已取得的进展，中国5G发展所走的一定是将技术创新与业务（应用）驱动相结合的模式，但是5G业务要向下展开首先面临的一个问题是5G基站的建设问题。

  目前，我国三大运营商联通、电信 LTE-FDD 频段主要在1.8GHz, 部分在 2.1GHz，预计两家基站数各为 70 万+；移动TD-LTE 频段主要在 2.6GHz，基站数 140 万+。那么三家运营商的5G基站总数将达到560万+，投资规模巨大，站址资源需求庞大。

  基站数量急剧上升导致5G网络建设成本明显提高，这也是国内各大运营商不断谈判设备商，希望出台更好的基站解决方案的原因，同时也是制约商用5G网络在我国落地的主要的因素。在未来，我国如在5G基站建设领域领先世界，则能在整个5G商用市场立于不败。

  随着基站构建站点资源需要的不断增大，导致能够正常的使用的站点资源数目持续减少，而站点资源匮乏，会直接影响到网络质量，这会是将来网络建设过程中必须要面临的一个问题。根据目前的厂家研究进度，5G宏覆盖组网采用多通道AAU形式的产品架构，射频和天线合一，无法利用现有的天馈器件，是需要独立新建的。目前厂家提供的5G BBU功耗，相比4G BBU功耗呈现出较大的涨幅。现有站址的供电系统不足以满足5G设备功耗的需求，而且传输资源的升级改造也要重新规划。

  新增站址需储备。依据5G技术标准和链路预算，密集组网和高频段部署是5G的基本特征，初期的5G站址必然大部分和现网4G共址。但是无法利用现有4G天馈的特点，决定了天馈资源匮乏的处境。铁塔公司的成立，整合了三大运营商的铁塔资源，旨在为三家运营商的建设、维护、运营提供支撑服务，以此来实现行业共建共享，解决社会资源。但是随着通信技术的一直在升级，通信设施的不断迭代，同一位置共享单一站址的现状也间接反应了天馈资源的严重匮乏。

  现有站址待改造。除了新增站址储备资源，利用现网天馈资源也同样是一个用来解决5G站址不足问题的办法。由于5G的设备和之前有了较大变化，现有的站址有必要进行改造，才能满足5G设备的需求。目前现有的天馈承重要求是按照4G设备承重在20KG以下的参数来制定的，但是5G的设备由于采用多天线R技术，预估单设备重量也会在40KG以上，天馈的承重要求增加了一倍以上。这对现网天馈资源的改造提出了很大要求。除了天馈系统的承重要求，站址的供电系统以及传输资源也需要做改造升级。由于5G设备采用64T64R多天线技术，单AAU功耗普遍大于1000W，按照常规3AAU/站的配置，单站仅5G设备功耗就将达到3000W。考虑到多家运营商共享同一站址，目前的电源系统已无法满足需求，需要相关配套系统的改造升级。

  5G天线根以及更多，导致基站的处理能力加倍增高，这对于基站机房的要求就更高了。而且5G基站覆盖范围会从4G网络数百米减少到几十米，这会加大对基站数量的需要。

  来自 Lightreading 的报道称，不久前一位运营商高管表示，5G基站能耗是4G基站的3倍，这将带来成倍上升的运营支出。据调研机构EJL Wireless Research透露，5G基站能耗上升，部分原因是引入了Massive MIMO技术，4G基站主要采用4T4R MIMO 技术，而5G基站将采用64T64R MIMO，这将增加基站总功耗。最近，来自451 research的一份调查结果显示，超过90%的运营商认为5G时代将带来更高的能耗成本，并对节能技术超感兴趣。451 research预测，到2026年，5G可能会使网络能耗增加150%~170%，增幅最大的是宏基站和数据中心。据统计，电费支出占据运营商运营开支的 15%～30%，在移动通信网络中，80%的电费支出来源于广泛分布的基站。

  随着社会发展，土地资源变得非常紧缺，传统的大型铁塔选址变得非常困难，在这种情况下微站是一个可行的解决方案。宏微结合的建设方式，适用于5G阶段的建设现状。微站主要有以下几点特点：

  a) 微站本身体积小、外形相对美观，可以更好融入周围环境，降低民众的抵触情绪，减少不必要的纠纷。

  b) 微站可以有多种形态，例如：楼顶小抱杆、监控杆、路灯杆，都可以作为微站的承载体。这种共享方式不仅可以充分利用社会资源，也可以有效的提高站址确定的成功率。

  c) 微站本身的构造比较简单，建设周期相对比较短，能够助力5G快速完成布网。

  但是微站的部署要结合现网宏站的覆盖情况，避免和现网宏站产生干扰，从而造成某些区域行程覆盖盲区。另外由于微站一般挂高较低，因此在选址时应结合周围环境，避免类似树林、房屋的遮挡。同时也需要考虑传输以及市电配套资源是否满足，综合以上的条件才能选出合理的微站站址。

  天面资源不足，无法新增5G设备的站点，也可以对现有天馈资源进行整合优化。对于还是多套天面、多套系统的站点，可以将天线合并，采用多频合路天线的方式，节省天面资源，腾出空余的抱杆供5G设备使用。对于角钢塔、三管塔，可根据塔桅情况结合铁塔公司，申请在塔身新增抱杆供新设备使用。

  对楼顶抱杆站，可以通过新增横臂的方式，来获取更多的天面空间。由于5G设备在重量上有很大提高，对楼顶抱杆的稳定性有更高的要求。因此建议用增加底座配重的方法，来提高楼顶抱杆站的稳定性。通过这些方式，结合现有资源多方面改造现有站址，降低新建站址的压力，为5G网络建设的顺利开展奠定基础。

  5G设备由于集成度较高，不可避免功耗相比现在用的4G设备提高了很多，对单站的配套保障有较高的要求。

  为了满足多家运营商同时开展5G的建设，现有的机房有必要进行相关配套的改造。不仅仅是变电模块、蓄电池、空开熔丝等供电系统，机房的空调配套也需要更新，以满足室温保障的要求。此外，相关核心机房的传输配套也应综合5G需求， IP RAN网络规划期内B设备选型建议采用B2设备，以便满足未来端口扩容。BBU集中点尽量选用A2设备，以满足未来5G高速端口的扩容需求。

  为实现高速体验，建设覆盖全国5G网络势在必行。从目前全球趋势来看，C-band是大部分运营商的5G首频，得到了国内外运营商的广泛重视。华为在提高中频段基站的覆盖能力方面做了大量研究，实现了中频段网络的高速率全国覆盖。华为公司表示：在具体基站建设方面，5G建网初期，网络建设将仍以宏基站为主，室内数字化小基站可实现室内流量热点区域的覆盖，室外小基站将作为深度覆盖困难区域覆盖的有效补充。在实现5G基础广泛覆盖后，后续将推动小基站的需求逐步增加，未来6GHz以上更高频率的引入，在未来高流量、大连接热点区域，基于深度覆盖和容量补充的超密组网将会逐步开展建设。因此，惟有多样化的站点形态，才能够应对室内、外全覆盖部署场景，实现连续覆盖和室内外热点容量要求。

  以实现数个Gbit/s体验无处不在为目标，华为推出的C-band 64T64R Massive IMO AAU均支持200MHz大带宽，且均具有三维立体的波束赋型能力，能在近点或远点，在楼宇覆盖或均匀覆盖等各种场景下，灵活精准的控制小区覆盖，最大化用户体验，实现20倍甚至30倍网络容量。毫米波产品支持1GHz带宽，天线口等效功率（EIRP）可达65dBm，达到行业最高标准。

  微基站（small cell）也称小基站，是一种从产品形态、发射功率、覆盖范围等方面都区别于传统基站的设备，与传统的基站设备相比，微基站也存在其无可比拟的优点，如功率低，耗电量小，网速快，易维修，覆盖范围广等优点。

  微基站不仅在规模上要远远小于宏基站，在功耗上也是必然指数式下降，微基站发射功率一般为１-5W或者是百毫瓦级，覆盖范围较为有限。相比宏站，微基站的体积和重量大约只有宏基站的一半，使用灵活，安装便利。但因覆盖范围有限，可与宏站相互结合，作为宏站建设方式的一种有利补充 ，有效提升立体覆盖效果 。

  未来5G微基站将实现自组网功能。为了更好、更方便地对具有灵活性的微基站群进行配置、优化和修复，自适应的组网技术将取代大基站中繁杂的介入成本。

  微基站融合了Femtocell、Picocell、Microcell和分布式无线G网络中，如家庭基站就曾作为3G网络室内覆盖和业务分流的重要手段，但由于家庭基站的安全问题和干扰问题无法得到有效解决，因此在3G网络中并没有得到大规模应用。在4G网络，由于工作频段的升高，网络覆盖能力的下降，造成4G网络在部分区域存在弱覆盖的问题，同时由于居民对于基站辐射的敏感性，造成了站址选择困难，无法通过增加宏站的方式有效解决弱覆盖问题。在这一背景下，由于小基站的优点，在解决4G网络的弱覆盖问题上，发挥了巨大的作用，因此在4G网络中得到了大规模应用。

  5G典型场景涉及未来特别是密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速公路、高铁和广域覆盖等场景。在ITU发布的白皮书中，将5G的各种典型应用场景归纳为三类，即增强移动宽带（eMBB）、海量互联（mMTC）、高可靠低时延连接（uRLLC）。其中，eMBB场景主要满足Gbit/s量级的移动互联网、3D/超高清视频、VR/AR、高清语音以及云游戏需求等，mMTC应用场景主要满足智能家居、M2M、智慧城市等业务需求，uRLLC应用场景主要满足工业自动化、自动驾驶、高可靠通信等业务需求。

  从目前移动通信技术和业务的发展趋势来看，移动互联网和物联网将成为5G的重要应用。对于移动互联网来说，主要面向以人为主体的通信，注重提供更好的用户体验，包括用户体验速率和端到端时延。需要建设小基站，缩小单站的覆盖范围，减少单站覆盖范围内的用户数量，从而提高用户的体验速率。

  目前国内4G大规模网络建设即将结束，5G建设即将起步。与2G/3G/4G时代类似，5G时代的业务也将主要发生在室内。因此在5G大规模建设前期，需要仔细考虑如何满足室内用户接入需求。

  而传统室内网络覆盖DAS系统在面向5G演进已经出现巨大的瓶颈，当前的业务发展和使用者真实的体验需求呼唤技术变革。由此，室内覆盖数字化从现在就开始促使小基站迎来发展高潮。

  目前5G室内分布系统主要有两种解决方案。一是新建光纤分布系统，可满足5G的高工作频段要求。二是采用分布式小基站（主流设备厂家已有类似产品）。二者都存在不足，如光纤分布系统在网管性能上不如主设备厂家丰富，同时有源设备长期工作的稳定性、可靠性还需要长时间观察验证。而小基站设备目前已经在4G网络室内分布系统中大量采用，其可靠性和网络性能得到了现网的验证，因此在未来的5G室内覆盖建设中，小基站将会发挥更大的作用，有可能成为主流建设方式。

  由于在5G时代，现有存量的传统DAS系统无法支持3.5GHz高频、xTxRMIMO、室内精准定位、可视化运维等功能，而且在向5G演进时已经遇到发展瓶颈，因此在MWC2018期间，华为正式对外发布了5G室内小基站产品5G LampSite。这是业界第一款同时支持5G和LTE的多频一体化室内小基站。其支持四个一体化的能力，包括Sub3GHz+C-Band多频一体化、5G NR+LTE多模一体化、网线+光纤多传输一体化以及eMBB+IoT+导航多业务一体化。

  上海科学院规划处与上海产业技术研究院战略咨询中心共同出品，专注产业创新领域研究。言微意未尽，集智求创新。