5G 700 MHz无线网络建设工程方法研究

2022-07-08张朝武施左桥

通信电源技术 2022年4期

张朝武，王乐，施左桥

（中国铁塔股份有限公司温州市分公司，浙江温州 325000）

0 引言

工信部发布的《关于调整700 MHz频段使用规划的通知》将702～798 MHz频段调整用于移动通信系统，并将703～743 MHz/758～798 MHz频段规划用于频分双工（FDD）工作方式的移动通信系统（2×40 MHz）。2020年5月中国移动与中国广电订立700 MHz共建共享有关协议，正式将700 MHz优质频段作为移动通信网络建设使用[1]。

随着我国700 MHz网络设备的逐步成熟，中国移动2.6 GHz频段5G网络的建设进入后半程，中国移动将借助广电700 MHz的优势频段，同广电共建700 MHz的5G网络，以期形成一张多频协同的5G NR无线网。我国700 MHz频谱目前使用情况如图1所示[2]。

图1 我国700MHz频谱目前使用情况

因此有必要对5G 700 MHz无线网络建设的工程方法进行深入研究，从而为快速而经济的5G 700M网络部署提供方案支持。

1 700 MHz频段的优势分析

700MHz频段由于空间传播损耗低、穿透能力强、覆盖面积大，因此被称为发展移动通信的黄金频段[3]。

（1）根据公式C=λf，C是光速，λ是波长，f是频率，说明频率与波长成反比。波长越长，频率越低；反之，波长越短，频率越高。而无线信号在空间传播过程中损耗与波长的关系是波长越短，损耗越大。频率越高，覆盖范围越小；频率越低，覆盖越广。相比移动2.6 GHz 5G网络，采用700 MHz频段，覆盖方向范围广，适合农村广大区域的覆盖[4]。就能做到用更少的基站，覆盖更广的目标，大大减少5G网络建设的投资。

（2）根据电磁波的波长与绕射能力的关系，波长越长，其对障碍物的绕射能力越强。因此，700 MHz又具有绕射能力强的特点，适合人口密度比较大的城市深度覆盖。

可以说，700 MHz是5G覆盖的黄金频段。中国移动为保持网络领先、降低其网络建设的成本，选择700 MHz网络，在2.6 GHz基础上发挥700 MHz低频和制式优势，通过多频组网，打造有竞争力的5G精品网络[5]。

（3）中国移动700 MHz网络的部署定位。相比较4G网络，若想实现全国覆盖的5G网络，运营商需要建设的5G基站数量和建设投资大大增加。通过与广电共建700 MHz网络后，中国移动在无线接入网策略上主要采用700 MHz+4.9 GHz多频协同、FDD+TDD协同组网策略，而利用700 MHz适合用来打造一张连续覆盖的打底网络。其中700 MHz主要采用4T4R组网以提高网络容量和下行带宽作为基础性网络广覆盖，4.9 GHz频段采用64T64R组网增加业务热点区域网络覆盖深度和厚度，作为热点覆盖网络和盲点补盲[6]。2.6 GHz频段作为5G基础网，满足NR的基本覆盖和容量要求。中国移动700M部署定位如图2所示。

图2 中国移动700 MHz部署定位

2 5G 700 MHz建设工程方案分析

2.1 700 MHz网络建设的指标考虑

2.1.1 规划指标

以Z省为例，700 MHz无线网络计划实现乡镇以上区域成片连续覆盖，地市城区、县城按上行边缘速率5 Mb/s，乡镇按上行边缘速率3 Mb/s规划；农村区域按单点覆盖进行规划，行政村覆盖率达到100%。700 MHz室外连续覆盖分场景规划指标如表1所示。

表1 700MHz室外连续覆盖分场景规划指标

2.1.2 规划目标

省内移动700 MHz网络的规划目标是实现全省各地市乡镇以上区域连续覆盖、农村行政村全覆盖。其中以5G高倒流、弱覆盖与行政村全覆盖所需站点为骨架，按照省公司的站间距要求合理选取优质站点，确保充分发挥700 MHz覆盖能力。

2.1.3 商务指标

商务指标主要是两个方面考虑：一是支付给铁塔公司的租金的增长，二是移动网络设备的投资。根据移动与铁塔商务方面初步达成的共识：（1）对于增加3副天线（1套系统），按增加一个产品单元的30%收费；（2）增加系统不增加天线的，增加设备占用空间的，按增加一个产品单元的10%收费；（3）增加系统不增加天线且不增加设备占用空间的，不增加收费。

基于以上原则，本文重点研究700 MHz工程在天面整合方案、机房配套改造两个方面的工程方法，以求用最低成本、最优覆盖方案来实施5G 700 M网络建设。初期地市建设总体要求是：全部共址现网物理宏站站址，不新址新建，采用444或者4448天线整合现有4G天线，CRAN比例70%以上，传输方案城区同2.6 GHz，农村区域在不新增光缆的前提下拉远建设。

2.2 天面整合方案

根据上文对铁塔商务的分析，天面建设原则通过集采700 MHz板状天线，初期优先使用多频多端口独立电调天线整合天面，原则上不新增天面，以减少租金上涨幅度。现网共址站点的天线整合方案汇总如表2所示。

表2 现网共址站点的天线整合方案汇总表

天面整合建议：若FDD、TDD各有一套天面，优先采用444天线整合FDD系统；原则上只有当FDD、TDD需整合成一套时，才使用4448天线。对于美化体天面，需核实美化体大小能否容纳700 MHz天线，以确定更换美化罩、新增天面还是多频天线整合。

天面整合后对应情况如下。

（1）整合后为两天面的改造方式，两天面整合如图3所示。

图3 两天面整合

2天面→2天面：更换天线、增加一个RRU。

3天面→2天面：减少1/更换1副天面、增加1个RRU。

4天面→2天面：减少2/更换1副天面、增加1个RRU。

（2）整合后为三天面的改造方式，三天面整合如图4所示。

图4 三天面整合

更换1副天线、增加一个RRU。

（3）整合后为单天面改造方案。此种方案现网几乎无对应场景。站点每扇区只有一副天线，需要整合成4+4+4+8+8端口（700/900/1800/FA/2.6 GHz）。

天面整合需要关注RRU与天线的安装空间，安装于塔桅上的天线、设备以及塔桅本身的永久荷载和可变荷载产生的效应必须满足既有塔桅结构承载能力要求。天线、设备以及塔桅本身的永久荷载和可变荷载产生的效应超出既有结构的承载力并且具备结构加固施工许可条件时，需对结构构件进行加固处理以满足承载力要求[7]。

2.3 基站配套改造

根据移动基站后备电源保障时长要求，基站电池保障时长原则上要求3小时，全部采用磷酸铁锂电池作为后备电池。按照700 MHz设备的典型功耗，单RRU功耗约为700 W，BBU功耗约为500 W。典型700 MHz设备功耗值如表3所示。

表3 典型700 MHz设备功耗值

根据现网勘察情况，700 MHz改造绝大部分站点仅需要增加改造“三件套”（蓄电池、智能配电单元和模块）即可，改造费用较低。同时，因700 MHz全部为更换天线建设方案，如全部采用免设计、代维施工，动力改造费用可再降低。个别站点700 MHz RRU拉远站点需要增加功耗为2.1 kW，如果开关电源容量不足或者模块停产，则需要更换开关电源。若一体机柜需要增加蓄电池而无安装空间，则需要新增一体化机柜，相应地也增加改造费用。

随着设备的扩容及功耗的增加，还需要考虑空调、外市电的扩容，典型场景扩容或改造方案如表4所示。

表4 典型场景扩容或改造方案表

2.4 面临的挑战及解决建议

在5G 700 MHz建设过程中，往往遇到频率干扰、天面无法改造、塔桅荷载不满足等问题，需要梳理解决。典型频率干扰如图5所示。

图5 典型频率干扰

2.4.1 700MHz干扰问题突出，存在用户体验差的风险

（1）全频段分析：接收信号强度大于-105 dBm的占比为35.38%，大于-110 dBm的占比为61.66%，总体底噪较高。

（2）以20 MHz带宽切割分析：底噪小于-112 dBm的连续20 MHz以上行带宽样本占比，一类区域67%，二类区域23%，三类区域25%，四类区域10%；

（3）以8 MHz带宽切割分析：上行702～710 MHz、710～ 718 MHz、718～ 726 MHz频段存在强干扰；下行758～766 MHz、774～782 MHz、790～798 MHz频段存在强干扰。

由于在现网中存在公交车车载视频业务、出租车电视业务、网络电视业务、广播业务等广电频段的业务，对5G 700 MHz干扰突出，目前此类问题的解决方案基本上是寻求对方整改或者调整。对于因清频滞后原因受干扰影响较大的700 MHz待验收站点，可根据受扰带宽情况，开启5/10/15/20 MHz带宽进行性能单验，速率验收标准等比例划定。

2.4.2 天面改造存在的困难

天面改造采用二天面整合或者三天面整合后，分析情况如下。

（1）55%站点迎风面积增加，其中地面站（占比约30%）部分需加固改造。楼面站（占比约25%）的美化天线宽度和高度不足，无法满足合路天线安装和调测，需要更换美化体。

（2）45%站点迎风面积减少，这部分主要原因为采用两天面整合方案。地面站（占比约25%）个别抱杆长度不足需要改造。楼面站（占比约20%）的美化天线宽度和高度不足，无法满足合路天线安装和调测，需要更换美化体。

（3）在主城区，近几年大量的站点是通过获取政府资源在绿化带、人行道等位置立塔建站的，政府部门往往要求采用与路灯杆多杆合一的形式，在塔上方的美化外罩不允许拆除。其中有一部分是在5G时代之前建设的，美化外罩设计直径小、塔桅荷载不足。不同于楼面美化，可以通过增加美化外罩的方式，地面美化塔需通过荷载计算扩大外罩、拆除部分外罩的构件甚至重新建塔的方式才能满足天面的需求，大大增加了工程难度及建设成本。

典型地面景观塔如图6所示。