基于現(xiàn)網(wǎng)挖潛的4G/5G低成本無線覆蓋方案

楊丹，張婧，呂沛錦，陸赟，楊占春

（1. 中國移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司，云南 昆明 650228；2. 中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司重慶分公司，重慶401121）

1 引言

1.1 4G和5G網(wǎng)絡(luò)長期共存，但4G無線投資全面縮減

雖然運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資鎖死，但數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)仍保持增勢，局部熱點(diǎn)區(qū)域高負(fù)荷問題長期得不到解決，網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量需求仍十分旺盛。早在2019年中國移動(dòng)通信集團(tuán)業(yè)績發(fā)布會(huì)上，董事長楊杰透露了許多新消息：“目前正在使用的4G不會(huì)快速被淘汰，將和5G網(wǎng)絡(luò)長期共存。”他表示，“中國移動(dòng)將推動(dòng)5G和4G協(xié)同，滿足用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和話音業(yè)務(wù)需求”。5G NR網(wǎng)絡(luò)目前只實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信，能夠承載語音通信的VoNR還在規(guī)劃中，離實(shí)際使用還有距離。當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)中通話時(shí)的手機(jī)都會(huì)掉落至4G網(wǎng)絡(luò)由VoLTE進(jìn)行語音傳輸工作。

1.2 4G和5G攜手共進(jìn)的可行性

從網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)原理、信源硬件來看，4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面向5G改造建設(shè)準(zhǔn)備、5G技術(shù)先行用于4G網(wǎng)絡(luò)提升性能及4G硬件就緒支持5G平滑演進(jìn)3方面的特征，使得“4G網(wǎng)絡(luò)5G化，5G網(wǎng)絡(luò)4G化”已成為4G網(wǎng)絡(luò)面向5G演進(jìn)的最優(yōu)低成本的方式，助力實(shí)現(xiàn)4G和5G攜手共進(jìn)。

1.2.1 組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面

4G網(wǎng)絡(luò)采用了扁平化的2級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即eNB-核心網(wǎng)（EPC）。5G雖然采用3級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即DU-CU-核心網(wǎng)（5GC），其中DU和CU共同組成gNB，但整體硬件結(jié)構(gòu)仍然是BBU+RRU/AAU拉遠(yuǎn)覆蓋組網(wǎng)方式。

1.2.2 5G技術(shù)先行用于4G網(wǎng)絡(luò)提升性能方面

（1）MIMO技術(shù)：MIMO應(yīng)用在LTE時(shí)代就已經(jīng)有，5G時(shí)代繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大，變成了加強(qiáng)版的大規(guī)模MIMO。如5G網(wǎng)絡(luò)的先行軍3D-MIMO，通過更為精準(zhǔn)的波束成形能力與多用戶復(fù)用系統(tǒng)多流能力，實(shí)現(xiàn)了頻譜效率的大幅提升，這正是5G MIMO技術(shù)4G化的有效利用。

（2）調(diào)制解調(diào)技術(shù)：早在LTE時(shí)代廣泛使用的QPSK、16QAM、64QAM、256QAM調(diào)制技術(shù)，同樣使用于5G NR網(wǎng)絡(luò)中。

1.2.3 4G硬件就緒支持5G平滑演進(jìn)方面

4G時(shí)代，1.8 GHz、2.1 GHz和2.6 GHz是運(yùn)營商的主力頻段。其中，2.1 GHz和2.6 GHz將通過頻率重耕應(yīng)用于5G覆蓋。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，某省4G網(wǎng)絡(luò)中支持2.1 GHz、2.6 GHz頻段的RRU在全網(wǎng)占比分別高達(dá)45%、52%，該存量RRU超90%支持通過4G站點(diǎn)更換不支持5G的BBU、增加5G單板后實(shí)現(xiàn)5G的平滑演進(jìn)。

1.3 多頻段多制式融合組網(wǎng)，多頻譜協(xié)同演進(jìn)挖潛冗余資源

在當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)如火如荼建設(shè)的背景下，運(yùn)營商應(yīng)以此為契機(jī)，做好4G/5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同建設(shè)和優(yōu)化。在此過程中，通過多頻段共基帶板、多制式共基帶板、多制式共RRU等多種網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)方案，全局化思考4G/5G協(xié)同，多頻譜協(xié)同挖潛冗余資源，解決歷史入網(wǎng)次序?qū)е碌母叩腿萘啃吞柎钆洳痪?xì)問題。

2 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)利舊4G資源

2.1 挖潛存量傳統(tǒng)室分分布系統(tǒng)資源演進(jìn)到5G

2G時(shí)代開始，室內(nèi)部署了數(shù)以萬計(jì)的傳統(tǒng)室內(nèi)分布式天線系統(tǒng)（distribute antenna system，DAS），可充分利舊傳統(tǒng)DAS和配套設(shè)施進(jìn)行5G部署，在2G/4G信源側(cè)簡單饋入5G信源，利舊傳統(tǒng)DAS，即可完成區(qū)域內(nèi)的5G簡單覆蓋，該方式可加快5G室分部署，節(jié)省部署成本。針對現(xiàn)網(wǎng)少量DAS不支持5G頻段問題，可通過駐波比和相對衰減的信號強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)值進(jìn)行確認(rèn)，如針對E頻段（2 320～2 370 MHz）覆蓋的原DAS，進(jìn)行2.6 GHz頻段駐波測試，若駐波≤1.5 GHz，且相對E頻段衰減的信號強(qiáng)度≤3 dB，則可認(rèn)為此DAS支持2.6 GHz。

利舊傳統(tǒng)DAS演進(jìn)策略，如對無源器件、天線支持2.6 GHz的傳統(tǒng)室分站點(diǎn)，支持開NR的現(xiàn)網(wǎng)4G基站直接升級開通，且無須合路改造；單路室外對打改造為雙路對打后再合路；老舊傳統(tǒng)室分（無源器件、天線支持頻段只到2.5 GHz）替換無源器件天線后再合路；存在質(zhì)差區(qū)域的室分先整改再合路，關(guān)于質(zhì)差區(qū)域，4G MR弱覆蓋RRU占比較高站點(diǎn)，整改代價(jià)太高，建議直接疊加數(shù)字化室分，具體說明見表1。

表1 傳統(tǒng)室分利舊DAS演進(jìn)策略

場景選擇建議：基于原DAS直接或改造后升級的5G演進(jìn)策略，選擇2.6 GHz頻段的100 MHz帶寬的5G小區(qū)實(shí)際組網(wǎng)測試分析，單路DAS直接合路站點(diǎn)，平均下載速率可達(dá)418 Mbit/s，上傳速率可達(dá)到50 Mbit/s；雙路DAS直接合路站點(diǎn)，平均下載速率可達(dá)830 Mbit/s，上傳速率可達(dá)100 Mbit/s水平；針對該覆蓋效果無法達(dá)到要求的場景，建議使用疊加數(shù)字化室分策略進(jìn)行5G演進(jìn)，如高價(jià)值、高業(yè)務(wù)、大容量、重點(diǎn)垂直行業(yè)的現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)室分站點(diǎn)等。

2.2 挖潛存量的4G RRU升級5G

存量RRU升級NR將成為重要的補(bǔ)充建設(shè)手段，通過升級改造現(xiàn)網(wǎng)支持5G升級的4G RRU形成NR低成本覆蓋，即在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的盲點(diǎn)、弱點(diǎn)區(qū)域利舊直接升級開通補(bǔ)充覆蓋或騰挪搬遷后再開通，形成5G能力。一方面，存量升級可充分發(fā)揮現(xiàn)有站址優(yōu)勢，快速進(jìn)行5G站點(diǎn)開通部署，提升5G網(wǎng)絡(luò)整體建設(shè)效率。另一方面，通過充分利用現(xiàn)網(wǎng)4G設(shè)備資源，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的農(nóng)郊等區(qū)域進(jìn)行8T8R站的升級開通補(bǔ)充，低成本建網(wǎng)的同時(shí)快速提升整體網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。經(jīng)試點(diǎn)測試驗(yàn)證，開通60 MHz帶寬條件下，5G最高下載速率為672 Mbit/s，平均下行速率為550 Mbit/s；最高上傳速率為55 Mbit/s，平均上行速率為38 Mbit/s，可有效補(bǔ)充5G宏網(wǎng)在偏遠(yuǎn)農(nóng)郊地區(qū)的覆蓋。

場景選擇建議：以2.6 GHz頻段為例，因存量老舊RRU絕大多數(shù)僅支持40～60 MHz帶寬，所以該方案僅推薦用于部分居民區(qū)、小型商超、地下室、農(nóng)郊等以覆蓋需求為主的區(qū)域。針對高價(jià)值場景，后續(xù)若考慮疊加100 MHz的3.5 GHz或4.9 GHz頻段，亦可考慮使用載波聚合方案（如2.6 GHz+4.9 GHz）形成高容量、高速率場景。針對4G還有覆蓋或容量需求場景，建議利舊升級5G的配置為NR+LTE共同組網(wǎng)；針對4G沒有覆蓋和容量需求且5G干擾可控場景，通過4G完全退網(wǎng)后實(shí)現(xiàn)5G升級；針對熱點(diǎn)地區(qū)，可疊加100 MHz的3.5 GHz或4.9 GHz頻段小區(qū)，老舊RRU升級為低頻5G小區(qū)，擴(kuò)大3.5 GHz/4.9 GHz基站的覆蓋半徑，再通過載波聚合提升網(wǎng)速、降低時(shí)延。

3 5G反開挖潛原4G資源

在投資受限的情況下，聚焦“降本增效”，基于面向5G演進(jìn)制定容量保障方案，5G設(shè)備4G化，5G設(shè)備反開后，若能滿足容量和覆蓋雙需求則可拆除對應(yīng)4G利舊設(shè)備，“雙網(wǎng)并重”，在快速建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，確保4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不下降。拆除的4G利舊設(shè)備可用于4G容量保障場景、4G覆蓋提升場景，或參照上述的“挖潛存量的4G RRU升級5G”方案進(jìn)行5G升級。5G反開挖潛原4G資源通過以下3個(gè)方案進(jìn)行挖潛。

方案1：新型4G/5G共模分布式皮基站反開，如支持1.8 GHz+2.3 GHz+2.6 GHz三頻段設(shè)備A、支持1.8 GHz+2.1 GHz+3.5 GHz三頻段的設(shè)備B；通過反開設(shè)備支持的4G頻段，如反開FDD1800不僅可作為NSA網(wǎng)絡(luò)錨點(diǎn)，同時(shí)還能補(bǔ)充4G網(wǎng)絡(luò)容量；剩余頻段資源按需開啟，滿足需求后可騰挪對應(yīng)4G原有的分布式皮基站或傳統(tǒng)室分的RRU設(shè)備。

方案2：傳統(tǒng)4G/5G共模宏基站反開，如支持160 MHz D+20 MHz FA頻帶寬的4G/5G多通道宏RRU，可并發(fā)100 MHz NR +D3/D7/D8 4G，另外TDD頻段還支持FA 4G，5G開啟后，可反開D3+D7+D8+F+A等充裕的4G頻段資源，支持高密場景小區(qū)擴(kuò)容，滿足需求后可騰挪對應(yīng)4G原有RRU設(shè)備。

方案3：AAU反開4G 3D-MIMO小區(qū)，也是現(xiàn)網(wǎng)最常見的反開方案，通過5G AAU反開1～3個(gè)4G 3D-MIMO頻段小區(qū)，利用3D-MIMO的多天線矩陣，通過波束成形及更多的天線振子技術(shù)，可以容納更多的用戶，提升系統(tǒng)容量，滿足需求后可騰挪對應(yīng)4G原有的宏RRU。

場景選擇建議：目前，基帶板支持4G/5G通用，但受處理能力限制，同一基帶板無法同時(shí)開啟4G/5G，反向開通4G需增配基帶板、帶來額外投資，開通比例過高或致未來閑置風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)格管控5G反向開通4G規(guī)模，反開原則可參考表2所示的3D MIMO反向開通模型表，并建議將反向開通比例控制在40%以下。

表2 3D MIMO反向開通模型

4 發(fā)揮4G/5G信源最大潛力

4.1 基帶融合共板

在5G網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn)、4G多頻組網(wǎng)結(jié)構(gòu)更優(yōu)分層調(diào)整的同時(shí)，BBU基帶板的能力也在不斷提升，通過多頻段基帶板融合、多制式網(wǎng)絡(luò)基帶板融合兩種方案，可以挖潛4G現(xiàn)網(wǎng)存量的基帶板資源。

基站存在特定型號基帶板，且有F、D、FDD等頻段小區(qū)分別下掛在多塊基帶板上，或是不同制式網(wǎng)絡(luò)下掛多塊基帶板，若這些基帶板冗余資源和大于或等于板件規(guī)格，先將小區(qū)幀偏置（包括異運(yùn)營商）調(diào)整一致避免干擾，再整合至特定型號基帶板上，然后拆除剩余的閑置基帶板。對于共機(jī)房不共BBU基帶板的情況，若滿足條件，同理可實(shí)現(xiàn)融合，還可騰挪BBU資源。

場景選擇建議：基帶板挖潛過程中存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致一些負(fù)荷情況存在潮汐效應(yīng)的小區(qū)和后續(xù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增長需要擴(kuò)容的小區(qū)無法軟擴(kuò)，為降低該類風(fēng)險(xiǎn)，建議在基帶板挖潛過程中可對預(yù)估的高負(fù)荷小區(qū)、最近半年歷史高負(fù)荷小區(qū)、周期性保障需求的載波自調(diào)度小區(qū)（包括可能已暫時(shí)退網(wǎng)小區(qū)）所在基站保留其擴(kuò)容所需的基帶板容量。

4.2 8T8R通道重組技術(shù)

通道重組技術(shù)將一個(gè)8T8R的RRU重組為1～4個(gè)虛擬雙通道RRU，重組后虛擬的RRU在功能上具備雙通道RRU的能力，即該虛擬RRU同樣支持開啟多個(gè)邏輯小區(qū)的能力。通道重組技術(shù)既保證20 MHz帶寬的優(yōu)勢，又保證雙流高速率下載特性，同時(shí)增加了可吸納流量的小區(qū)數(shù)，實(shí)現(xiàn)容量翻倍，有效節(jié)省了RRU資源。目前，通過通道重組，1臺(tái)物理的8T8R的RRU最大支持同時(shí)開啟12個(gè)邏輯小區(qū)，如A廠商R8979SxxxxW型號的RRU，但僅能應(yīng)用4G網(wǎng)絡(luò)。

選取某高容量的某高校學(xué)生宿舍試點(diǎn)，通道重組技術(shù)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。1臺(tái)8T8R的RRU實(shí)現(xiàn)了3棟宿舍樓的9個(gè)邏輯小區(qū)覆蓋，平均RSRP為?65.67 dBm，平均下載速率為61.29 Mbit/s，平均上傳速率為8.82 Mbit/s，開通后網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量良好，試點(diǎn)測試結(jié)果見表3。

表3 試點(diǎn)測試結(jié)果

圖1 試點(diǎn)通道重組技術(shù)設(shè)計(jì)方案

場景選擇建議：可使用于單RRU多小區(qū)的4G超高負(fù)荷醫(yī)院、高校等場景，或地下室、電梯封閉空間4G等網(wǎng)絡(luò)場景。

4.3 室分軟劈裂

目前，新型分布式皮基站pRRU最大帶寬能力一般為160 MHz，常規(guī)組網(wǎng)即多pRRU小區(qū)合并，但針對某些場景，如地鐵站臺(tái)、大型體育場館文藝演出等超高容量場景，單pRRU開啟多小區(qū)的擴(kuò)容方案仍然無法滿足容量需求。針對上述情況，本文提出如圖2所示的室分軟劈裂擴(kuò)容方案，通過軟劈裂，基于4T4R的外接型pRRU每兩通道開啟1個(gè)60 MHz和1個(gè)100 MHz小區(qū)，在pRRU每兩通道上共接一副雙極化天線，增加隔離度而降低同頻干擾，達(dá)到同時(shí)開啟干擾可控4個(gè)2T2R小區(qū)，即將160 MHz帶寬翻倍到320 MHz，這是一種創(chuàng)新型擴(kuò)容兼覆蓋延伸的覆蓋方案。

圖2 室分軟劈裂擴(kuò)容方案

選取某廣場進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)行傳統(tǒng)擴(kuò)容方案和軟劈裂擴(kuò)容創(chuàng)新方案的容量能力測試驗(yàn)證。上行吞吐率方面，傳統(tǒng)擴(kuò)容方案終端共享251.4 Mbit/s速率，軟劈裂方案終端共享492.4 Mbit/s速率，軟劈裂提升241 Mbit/s，相對提升96%；下行吞吐率方面：傳統(tǒng)擴(kuò)容方案終端共享1 141.8 Mbit/s速率，軟劈裂方案終端共享2 011.1 Mbit/s速率，軟劈裂提升869 Mbit/s，相對提升177%。

場景選擇建議：軟劈裂方案適用于地鐵、高校、酒店、會(huì)議保障等高容量保障場景。為保障劈裂效果，需保證同一個(gè)pRRU外接天線的良好隔離度，同時(shí)，如果存在小區(qū)合并場景，則需要精細(xì)了解現(xiàn)場覆蓋場景及外接天線分布，以便數(shù)據(jù)規(guī)劃，關(guān)于小區(qū)規(guī)劃，可參考如圖3所示的規(guī)劃方案。

（1）小容量需求，房間1～6可合并為1個(gè)4T4R小區(qū)；（2）高容量需求，房間1、3、5劈裂后合并為2個(gè)2T2R小區(qū)，房間2、4、6劈裂后合并為2個(gè)2T2R小區(qū)；（3）超高容量需求，每個(gè)房間劈裂為2個(gè)2T2R小區(qū)。

圖4 室分軟劈裂組網(wǎng)規(guī)劃方案

5 結(jié)束語

本文通過以下3個(gè)方向的研究，提出了8種低成本的無線覆蓋方案，可有效降低網(wǎng)絡(luò)的投資成本和升級難度。

· 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中利舊4G資源2種方案：存量的DAS系統(tǒng)資源演進(jìn)到5G、存量的4G RRU升級5G。

· 通過5G反開騰挪4G資源3種方案：新型4G/5G共模分布式皮基站反開、傳統(tǒng)4G/5G共模宏基站反開、AAU反開4G 3D-MIMO小區(qū)。

· 發(fā)揮4G/5G信源最大潛力3種方案：基帶融合共板、8T8R通道重組、室分軟劈裂。