5G发展对未来塔桅资源建设的影响

2020-01-05郝奇峰张豪诚

通信电源技术 2020年15期

郝奇峰，张豪诚

（1.中国铁塔股份有限公司延安市分公司，陕西延安 716000；2.华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州 310052）

1 5G无线网络的特点

1.1 高频通信

目前，中国移动、中国电信以及中国联通已经成功取得5G中低频段试验频率使用许可。其中，中国移动获取的频段为2 515～2 675 MHz、4.8～4.9 GHz，共计260 MHz。中国电信为3.4～3.5 GHz，共计100 MHz；中国联通为3.5～3.6 GHz，共计100 MHz。相较于4G，5G速度得到了显著提升。理论显示，无线电工作频率越高，波长就会越短，衰落也会更明显，也就不具备较强穿透性，且传输距离不会太长[1]。

1.2 超密集组网

5G网络在峰值速率上要求超过10 Gb/s，需要依靠UDN即超密集网络部署实现。UDN基站间距不大，其中在局域网中站间距将减少到10～20 m。在基站数量增加后，站点数量需要随之增加。预测显示，每平方千米增加的站点数量达到近百个。在特定区域中会有大量小功率微基站，且微基站的位置要做到方便和合理。

1.3 大规模天线技术

大规模天线（Massive MIMO）技术是5G至关重要的候选技术之一，可以通过增加基站天线数量来提升频谱利用率。另外，在未对基站射频器件产生巨大改变的前提下，大规模天线技术可以有效提升小区吞吐量和用户峰值速率。当前技术发展背景下，5G网络在大规模天线技术的应用方面，主要以64T64R、集合无线射频单元（RRU）以及三维多入多出（3D—MIMO）天线的有源天线单元（AAU）设备为主[2]。

1.4 CU/DU分离

为了满足运行要求，降低承载网带宽，需要对CU/DU功能进行优化。对于基带处理单元BBU，在功能实体上主要被重构为分布单元和集中单元两个单元。具体地，CU处理无线网PDCP层以上为无线协议栈功能，以下则属于无线协议功能。根据国家规定，为了缩短周期和降低施工难度，在5G网络的发展上一般采用CU/DU合设的方式[3]。

2 5G网络部署中配套设施迎来的挑战

5G网络部署中配套设施主要有电源配套、天面空间、BBU安装空间以及前传资源等。在全面拓展5G网络部署覆盖面的同时，需深入开展技术应用，重视超密集组网与5G高频通信的需求，因此上述设施资源面临着巨大挑战。

2.1 电源配套面临的挑战

鉴于5G移动通信网络与2G、3G以及4G公用一个基站部署，应当在当前基站电源基础上新增用电负荷。在当前技术发展背景下，我国从事5G试验的厂家主要包含中兴、爱立信、华为以及大唐等。目前，各家都已经建立了大规模天线基站（Massive MIMO），与在3GPP R15版本下的CU和DU+AAU形态高度符合。具体而言，华为单站功耗可达4 850 W，中兴单站功耗可达9 600 W，大唐单站功耗可达6 950 W，爱立信单站功耗可达5 300 W。相关资料显示，5G设备相较于4G设备会存在更大功耗，通常能够达到4G设备的近3倍。随着各家厂商的技术研发，这一数据的数值会不断优化。此类功耗过高的设备，将会为部署建设5G网络增加难度[4]。

2.2 天面空间面临的挑战

移动通信网络为了加强共建共享的程度，防止建设过于重复而导致浪费资源，三家供应商共同商议建立了铁塔公司。相关统计资料显示，如果城区较为密集或者处在一些重要城镇，一个天面站点由3家运营商共用的情况占比超过了70%，其中超过87%的站点天面空间无法实现利旧。

2.3 BBU空间面临的挑战

目前，各大运营商开始部署超密集组网。与以往的4G相比，BBU规模更大，且重要节点需要将BBU机房数量设置在50以上。因此，实践中应当在部署5G网络前排查机房情况，结合具体业务密度、传输网络需求以及机房情况等科学规划BBU机房，尽可能靠近业务区域。调查显示，对于BBU机房综合机柜，可利用部分仅20%，80%利用空间不足[5]。

2.4 前传资源面临的挑战

在5G接入承载架构时，典型5G BBU在建设方式上主要以集中式无线接入网（C-RAN）和分布式无线接入网（D-RAN）为主。在承载方式上，5G网络可分成前传、中传以及回传。具体而言，前传为AAU到DU，中传为DU到CU，回传为CU到CN（核心网）。

对5G无线网络而言，鉴于站点密度和数量较大，最开始在3G/4G网络环境下，即使利用宏站覆盖的区域，也需要通过微站完成覆盖任务。此类站点中的大多数，在位置上都处在原先传输光缆无法到达的地带，因此为了实现5G网络全面部署，针对前传所需光纤资源，能否达到建站位置的标准，是运营商值得深入考虑的问题[6]。

3 5G建设对配套设施的影响

5G运行将会在技术上为通信系统运营稳定性带来更大挑战。如果异构网络条件为超密集型，则应当在建设基站阶段充分考虑区域低功率节点数量，从而缩小区域信号传输半径。在5G投入运营后，需致力于缩短移动终端设备和信号节点之间的距离，以提升通信信号质量和传输功率。

5G网络可以在异构网络的支持下，需实现对区域的深度覆盖，从而达到吸收区域热点的目的。具体而言，Small Cell在功率、体积以及部署方面的重要优势，普遍得到了通信运营企业的重点关注。在5G技术飞速发展的社会背景下，塔桅与机房配套设施会倾向从传统的“机房+大塔桅”逐渐向“室外一体化机柜+小塔桅”转变[7]。

与此同时，随着城市化进程的不断推进，网络设备的微型化也是未来技术发展的大势所趋。尤其基于5G技术，未来基站也很可能发展成隐形基站。相较4G时代，5G在运行基站总数上也会有巨大提升。在5G技术建设阶段，应当整合行业优势资源，从而为以后5G技术的建设、运营、检修以及维护提供便利。

4 5G基站规划建设难点

4.1 5G基站规划难点

5G网络将会在很长一段时间和2G网络、3G网络以及4G网络呈现出多网共存的局面。相较于现阶段3G网络和4G网络，5G网络会在网络天线需求量、基站能耗负荷以及基站面临处理增益方面提出更高的要求，无线端口接入段基础设施的建设也会更难。同时，在提升网络频率方面，高速无线传输技术多样并存的要求导致了基站覆盖范围弱化，使得原有4G网络建设面临的选址困难问题更加突出。

5G网络规划在技术上可以以分布式基站（DU+AAU）为主，使网络不会受制于机房数量。与此同时，集中放置DU，AAU远端放置在支撑杆与天面处，可降低物业协调难度。在网络规划上，应当加强资源共享。实践中，很多运营商未能统一覆盖目标，因此在站址规划上造成了巨大的资源浪费。这就要求运营商在规划基站的同时，重视基站共建共享水平[8]。

4.2 5G基站建设站址难点

我国移动、联通以及电信三大运营商与铁塔公司应当充分利旧存量站址资源。对新建站址来说，应当做好通信基础设施与5G站址的规划统筹工作，最大程度地争取政府力量，高度融合城乡建设规划目标。尤其是在会展中心、高铁、火车站、机场以及城市地铁的大型公共设施建设中，政府有关建设单位一定要和通信设施整体规划高度结合，为5G基站与机房等设施预留出足够的空间。

5G建设具有投资大和回报周期长的特征，铁塔公司与三家运营商统一联合，统一对站址进行规划和建设，可有效提升共享共建水平。同时，应当加强资源的共享性，加强社会资源的优化配置，在监控、路灯以及交通指示塔桅上实现共建共享，促进5G通信微站建设，达到资源利用的多杆合一。此外，由政府引导，加强辐射的无害宣传，完善标准制度。在此基础上，政府应当重视出台政策文件，落实监督检查工作，保障通信基础设施的落地[9]。

4.3 5G基站DU集中机房难点

DU设备具有较大功耗，最大可以达到1 000 W。在考虑典型功耗时，可以按照500 W为标准。AAU典型功耗应当按800 W考虑。集中放置5G DU的位置是汇聚机房，在电源配套、机房空间、机位以及电池续航能力等问题的规划上，将会迎来巨大挑战。接入机房规划应当至少考虑20～30个5G逻辑站，需要匹配2～3个对应机柜。在传输需求上，5G的传输速率可达到100 Gb/s，如果一个区域接入了较多综合业务，则该区域应当适当增设波分与IPRANX8设备。在此情况下，大型综合接入机房应当至少留出3个机位空间，小型综合接入机房为2个机位空间。通常情况下，DU集中机房应当至少留出1个机位空间[10]。

4.4 5G基站光缆资源需求难点

AAU上联纤芯6芯，无法达到级联模式单站6芯的要求。但是，站址规模问题上，5G可达到4G的1.5倍。按照20～30个逻辑站的标准预估，在消耗资源上，预计会消耗120～180芯，且主干光缆资源也有巨大消耗量。5G网络布局的影响因素，还包含杆路、容量、管道以及光缆布局等。

4.5 5G基站传输容量需求难点

5G基站DU接口带宽10GE，传统10GE环无法达到5G在通信传输方面的要求。在规划初期，单逻辑站需要10GE接口，后期需要提供25GE和50GE的接口。因此，中兴、华为等厂商的设备也需要进行替换和升级，所以无论在设计和投资规模上都应当进行全面考虑。

5 未来塔桅资源建设的发展趋势

移动通信塔桅从最初的落地角钢塔、楼顶角钢塔到向楼顶拉线塔、单管塔，发展到如今路灯塔、景观塔以及三管塔等。塔桅建设逐步实现了实效化，在现实中应用性更强。很多通信公司受到启发，也在建设通信塔桅阶段实现了路灯杆和监控杆的搭建。伴随着市政建设进程的推进，很多城市中的标志性建筑都在不断拔地而起，景观塔就是其中较为常见的塔桅建筑。相关资料显示，2015年后，很多公司在塔桅开发上都以共享共建模式为主，平台层数都是三层或三层以上，实现了通信企业经济效益和社会效益的共赢[11-12]。