文/張志鈺 趙政

1 5G發(fā)展進程

1.1 5G標準進程

5G標準分為兩個階段，R15版本主要聚焦eMBB（含WTTx）,R16版本滿足5G所有場景（eMBB/uRLLC/mMTC）；2018年6月14日，R15版本標準已經凍結，奠定了商用基礎。

新增Late Drop階段，將Opt4和Opt7架構推遲納入R15協(xié)議，NSA架構下可連NEW Core；R16協(xié)議版本中，LPWA物聯(lián)網技術將基于NB/eMTC演進，不新增新空口；5G的語音標準基于IMS，協(xié)議不定義5G通過CSFB回落2/3G。

5G與4G不同，全球采用統(tǒng)一標準，Polar碼、F-OFDM波形、上下行解耦、短時延接入、以用戶為中心的網絡架構等基礎創(chuàng)新技術已被3GPP采納。

1.2 5G頻譜進展

5G首波市場已啟動3.5G頻段發(fā)放，2.6G主要在美國和中國，C-Band+大帶寬已成為5G部署的主流選擇，提供5G的普遍容量和覆蓋，目前標準最大支持100MHz/載波；毫米波受限于產業(yè)成熟度，整體規(guī)模商用節(jié)奏將晚于C-Band，目前標準最大支持400MHz/載波。

國內頻譜分配中國移動2.6G 160M,電信聯(lián)通3.5G各100M，廣電4.9G 50M；2.6G頻段低，覆蓋更好，帶寬大，連續(xù)160M靈活部署，但產業(yè)鏈不成熟，3.5G頻段高，覆蓋差，但全球產業(yè)鏈成熟，4.9G外部干擾風險小，容易協(xié)調，基于業(yè)務按需部署，更靈活。

圖1：5G網絡架構選項

1.3 5G終端情況

根據調查，自16年起新增終端全部支持B38/41，根據現(xiàn)網統(tǒng)計，手機銷量排行榜前26的手機終端中僅iPhone 5S不支持B38，及15年以前少量低端機不支持2.6G D3頻段，現(xiàn)網占比預計不足5%，對移動2.6G 160M連續(xù)覆蓋基本無影響。

目前市面上已發(fā)布支持2.6G NR的主流5G芯片有華為的麒麟980+巴龍5000，高通驍龍855+X55,華為的基帶同時支持NSA/SA雙模組網。

2 5G關鍵技術

與4G相比，5G的峰值速率從1Gbps提高到20Gbps，提升20倍；用戶體驗速率從10Mbps增強到100Mbps，提高10倍；頻譜效率為4G的3倍，移動性從350km/h提升到500km/h，時延從10ms降低到1ms，連接密度每平方公里連接數(shù)從10萬提升到100萬，提升了10倍，網絡能量效率提升100倍，流量密度從0.1Mbps/m2提升到10Mbps/m2。

2.1 大規(guī)模天線（Massive MIMO）

大規(guī)模天線Pre 5G的核心技術，基站側安裝大規(guī)模天線陣列，利用多根天線形成的空間自由度及有效的多經分量，提升系統(tǒng)頻譜利用效率。大規(guī)模天線技術的應用場景包括宏覆蓋、高層覆蓋、熱點覆蓋和無線回傳。大規(guī)模MIMO通過提升天線的數(shù)量使得頻譜效率提高進而成倍的提升網絡質量，大規(guī)模MIMO具有低時延、干擾程度低、功率效率高以及系統(tǒng)性能優(yōu)異等優(yōu)點。

大規(guī)模天線將導致基站的價格上升，建站成本增高，同時流量增加帶來RRU和BBU之前的前傳壓力增加，方案上將前傳變成后傳短期較難實現(xiàn)，將導致光纖的需求增加。

2.2 同時同頻全雙工

最近幾年，同時同頻全雙工技術吸引了業(yè)界的注意力。利用該技術，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時發(fā)射和接收信號，與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。

全雙工技術能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術需要具備極高的干擾消除能力，這對干擾消除技術提出了極大的挑戰(zhàn)，同時還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問題。在多天線及組網場景下，全雙工技術的應用難度更大。

2.3 D2D

傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網方式是以基站為中心實現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網絡結構在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業(yè)務不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務提供方式已無法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務需求。

D2D技術無需借助基站的幫助就能夠實現(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展網絡連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質量高，D2D能夠實現(xiàn)較高的數(shù)據速率、較低的時延和較低的功耗；通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現(xiàn)頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網絡架構和連接方法，提升鏈路靈活性和網絡可靠性。

目前，D2D采用廣播、組播和單播技術方案，未來將發(fā)展其增強技術，包括基于D2D的中繼技術、多天線技術和聯(lián)合編碼技術等。

2.4 密集網絡

在未來的5G通信中，無線通信網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據流量將出現(xiàn)井噴式的增長。未來數(shù)據業(yè)務將主要分布在室內和熱點地區(qū)，這使得超密集網絡成為實現(xiàn)未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

超密集網絡能夠改善網絡覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對業(yè)務進行分流，具有更靈活的網絡部署和更高效的頻率復用。未來，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網絡方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達100個以上。

3 5G組網方案分析

2017年12月完成5G網絡架構選項3（NSA），支持eMBB NSA，信息錨點在LTE，數(shù)據分流點在NR，LTE需要支持NSA，LTE不需要擴容，支持LTE/NR雙連接；2018年6月完成5G網絡架構選項2（SA），支持eMBB SA，信息錨點在NR，需要連續(xù)覆蓋，保證業(yè)務連續(xù)，LTE需要支持NSA，不支持LTE/NR雙連接，架構支持5G全業(yè)務；2018年12月完成5G網絡架構選項7（NSA），支持eMBB Late Dorp，信息錨點在eLTE，支持LTE/NR雙連接，LTE需改造支持eLTE，架構支持5G全業(yè)務；預計2019年12月完成5G網絡架構選項4（SA），支持eMBB+uRLLC+mMTC，信息錨點在NR，支持LTE/NR雙連接，LTE需改造支持eLTE，架構支持5G全業(yè)務。如圖1所示。

3.1 5G網絡架構選項3（NSA）

接入網進行重構核心網側沿用4G網絡EPC，接入網側LTEeNB扮演了與核心網控制面連接錨點的角色，所有控制信令都是通過LTEeNB下發(fā)，而用戶面數(shù)據通過LTEeNB進行承載分離；參考了3GPPR12的LTE雙連接構架，UE在連接態(tài)下可同時使用LTE eNB和gNB的無線資源(其中eNB為主站，gNB為從站)；gNB處理能力受限于LTE eNB的處理瓶頸，eMBB業(yè)務速率受限于LTE eNB側傳輸帶寬，不支持5G新增場景mMTC、uRLLC；優(yōu)勢在于利舊4G網絡，利于快速部署，且成本相對低廉。

3.2 5G網絡架構選項2（SA）

整個網絡進行重構5G系統(tǒng)獨立組網，gNB通過新空口NG-U連接到NGC。無線接入網和核心網都是全新構建的，而未利用或兼容現(xiàn)有的4G網絡；缺點是未能有效利用現(xiàn)網資源，部署成本較高；優(yōu)點在于同時引入NGC和NR可全面支持5G的多元化業(yè)務；同時，由于減少了4G和5G之間的接口，降低了系統(tǒng)復雜度。

3.3 5G網絡架構選項7（NSA）

相當于選項3系列的升級版本，核心網側重構為NGC，接入網側仍有效利用現(xiàn)網4G資源，考慮到LTE eNB處理能力遭遇瓶頸，將其升級為eLTE eNB，并以eLTE eNB作為錨點，承載gNB的業(yè)務；eLTE eNB為主站，gNB為從站；需針對原有4G LTE eNB進行升級改造，系統(tǒng)互操作復雜度高；綜合了4G網絡基礎資源成熟及5G網絡性能優(yōu)越的優(yōu)勢，前期投入相對獨立組網要小。

3.4 5G網絡架構選項4（SA）

相當于選型7系列的變體，兩者不同之處為控制面連接錨點的功能改由gNB承擔；eLTE eNB為從站，gNB為主站；對5G全覆蓋的程度要求較高，否則無法有效利用4G資源；最大化4G和5G聯(lián)合組網的優(yōu)勢，在4G退網前，發(fā)揮余熱。

3.5 NSA/SA對比分析

SA優(yōu)勢在于一步到位，無二次改造成本，易拓展垂直行業(yè)，5G與4G無線網可異廠商；NSA優(yōu)勢在于對核心網及傳輸網新建/改造難度低，對5G連續(xù)覆蓋要求壓力小，在5G未連續(xù)覆蓋時性能略優(yōu)， 但對4G無線網改造多，國際運營商多選擇NSA，電信聯(lián)通選擇SA，移動規(guī)模試驗選擇NSA，正式商用選擇SA。

4 5G無線網規(guī)劃方案

中國移動5G使用2.6G 160M頻譜，移動現(xiàn)網D頻段的60M加上電信聯(lián)通各自50M構成，電信TDD 2.6G站點建設規(guī)模較小，而且已經在逐步退頻，聯(lián)通未建設2.6G站點。由于2.6G比電信聯(lián)通的3.5G頻段較低，室內覆蓋提升6dB，小區(qū)覆蓋半徑提升30+%，2.6G一張網建設，可兼顧4G容量和5G覆蓋需求，快速搭建5G網絡。2.6GHz覆蓋優(yōu)亍3.5GHz，上行無需考慮增強方案，降低了網絡復雜度；低價值區(qū)域現(xiàn)網存量室分場景可考慮直接合路方式接入現(xiàn)有DAS系統(tǒng)，降低成本；4G/5G可共模使用大規(guī)模天線設備，降低組網成本；最終可獲得連續(xù)的160M 5G頻譜資源，降低組網難度。

通過測試對比分析2.6G 64TR比3.5G 64TR上下行覆蓋能力均提升1.5倍；2.6GHz 64TR PUSCH可達到FDD 1.8GHz覆蓋距離的 87%；以復用D頻段站間距300m-350m來看，2.6GHz 64TR 考慮淺層覆蓋，上行邊緣速率基本可達到1Mbps的水平，遠高亍3.5GHz的178Kbps水平。

CU/DU分離的前提是CU和核心網完成云化，因此建設初期必然是CU/DU合設；當CU集中部署時導致部署復雜度增加，相比4G，新增需部署的網元設備，CU集中后對可靠性要求很高，對機房要求高，也需考慮CU容災方案，對URLLC業(yè)務，需同時部署下沉到無線機房的CU；其次是管理復雜度增加，CU與DU之間對接參數(shù)配置、數(shù)據一致性、版本兼容性等，都將增加管理復雜度，特別是CU/DU 異廠商部署時，不同CU型態(tài)會導致不同的CU軟件版本，可能同時存在部署不同位置但服務同一個DU的CU設備（和DU合設及分離） 管理，還會信令時延增加，CU與DU之間的RRC信令時延，如將增加附著/接入時延。

5G語音技術方案，標準定義明確5G VoNR和4G VoLTE都基于IMS；NSA下直接利用VoLTE，SA下回落到VoLTE，語音體驗無差別；NSA下VoLTE：MOS 4.1，接入時延～2s，SA回落VoLTE：MOS 4.1，接入時延2～3s。

5 5G建設面臨的挑戰(zhàn)

5G部署主要面臨前傳資源、動力配套、天面等三個方面的挑戰(zhàn)。由于5G的高流量帶來RRU和BBU之前的前傳壓力增加，方案上將前傳變成后傳短期較難實現(xiàn)，將導致光纖的需求增加；由于5G設備功耗高于4G設備，對動力配套的要求較高，現(xiàn)網資源多數(shù)已不滿足多家運營商新增5G設備，需要提前對動力配套進行改造；現(xiàn)網資源天面縣城以上已基本占用，無空余天面資源，需要對天面采用合路天線進行整合，或利用社會桿塔進行部署5G網絡。