王濤 張健 李承基

摘? 要：本文首先介紹了廣電700M 5G網(wǎng)絡(luò)的整體組網(wǎng)架構(gòu)，然后分別從無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)三個(gè)方面闡述了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)。接著對廣電700M頻段的優(yōu)劣勢進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，提出廣電700M 5G的業(yè)務(wù)發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：700MHz;廣電5G;組網(wǎng)架構(gòu);業(yè)務(wù)發(fā)展策略? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中圖分類號：TN913.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

本文著錄格式：王濤，張健，李承基.廣電700M 5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)發(fā)展策略研究[J].中國傳媒科技，2020（8）：11-14.

導(dǎo)語

2019年6月6日，工信部向中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通和中國廣電發(fā)放5G商用牌照，意味著我國正式進(jìn)入5G商用元年。作為移動(dòng)通信領(lǐng)域的新入局者，5G為整個(gè)廣電行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也帶來了新的挑戰(zhàn)。700MHz頻段作為傳統(tǒng)的廣播電視系統(tǒng)頻段，具有覆蓋范圍廣、穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被認(rèn)為是5G的黃金頻段。2020年4月1日，工信部印發(fā)《關(guān)于調(diào)整700MHz頻段頻率使用規(guī)劃的通知》（工信部無〔2020〕50號），明確將703-743/758-798MHz頻段規(guī)劃用于頻分雙工（FDD）工作方式的移動(dòng)通信系統(tǒng)，將有力推動(dòng)我國5G高、中、低頻協(xié)同發(fā)展的步伐。

本文首先介紹廣電700M 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)三個(gè)方面，然后對700MHz頻段進(jìn)行優(yōu)劣勢分析。在此基礎(chǔ)上，提出廣電700M 5G的業(yè)務(wù)發(fā)展策略建議。

1.廣電700M 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

廣電700M 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用SA Option2組網(wǎng)方案，如圖1所示，包括無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)等部分。

無線接入網(wǎng)主要采用700MHz+4.9GHz多頻協(xié)同、FDD+TDD協(xié)同組網(wǎng)策略，其中700MHz采用4T4R組網(wǎng)以提高網(wǎng)絡(luò)容量和下行帶寬，作為基礎(chǔ)性網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋;4.9GHz頻段采用64T64R組網(wǎng)增加業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度和厚度，作為熱點(diǎn)覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

承載網(wǎng)可以充分利用有線電視傳輸網(wǎng)（國干、省干、城域）來滿足5G承載網(wǎng)的要求。其中國干和省干主要采用N×100G OTN實(shí)現(xiàn);城域網(wǎng)包括核心層、匯聚層和接入層三層架構(gòu)。按組網(wǎng)結(jié)構(gòu)承載網(wǎng)又可分為前傳、中傳和回傳三部分，前傳主要承載AAU/RRU 和DU之間流量、中傳承載DU和CU之間流量、回傳承載CU和核心網(wǎng)之間流量。

核心網(wǎng)部署引入網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等技術(shù)，將用戶平面（UP）功能與控制平面（CP）功能分開，可以實(shí)現(xiàn)靈活部署，例如集中部署或分布式部署。核心網(wǎng)采用模塊化功能設(shè)計(jì)，功能可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)場景下沉至核心DC、本地DC和邊緣DC。

1.1無線接入網(wǎng)（5G NR）

如圖2所示，廣電700M 5G NR由一個(gè)或多個(gè)gNB組成，gNB通過NG接口連接到5GC，其中NG接口為5G NR和5GC之間的接口，gNB之間可以通過Xn接口連接，gNB通過NR新空口向UE提供NR用戶面和控制面的連接。

5G基站采用CU（Centralized Unit，中央處理單元）/DU（Distributed Unit，分布式接入點(diǎn)）分離的架構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖3所示，CU和DU可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)場景需求靈活部署，有多種無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，包括傳統(tǒng)的D-RAN、C-RAN及CU云化部署方式。對于廣電5G，CU和DU雖然可以在邏輯上分離，但物理上是不是要分開部署，還應(yīng)根據(jù)具體業(yè)務(wù)的需求而定。

廣電700M 5G網(wǎng)絡(luò)以SA為目標(biāo)架構(gòu)，前期聚焦eMBB，先進(jìn)行CU和DU的邏輯劃分，實(shí)際還都是運(yùn)行在同一個(gè)基站上。后續(xù)將結(jié)合3GPP標(biāo)準(zhǔn)和整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，將積極引入uRLLC和mMTC技術(shù)，才會(huì)逐步進(jìn)行CU和DU的物理分離。對于廣電5G網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)建設(shè)階段，CU和DU必然是合設(shè)與分離這兩種模式共存的。

1.2承載網(wǎng)

如圖4所示，承載網(wǎng)分為前傳、中傳和回傳三部分。5G前傳技術(shù)方案包括光纖直連、無源WDM和有源WDM/OTN等。[1]考慮到基站密度的增加和潛在的多頻點(diǎn)組網(wǎng)方案，光纖直驅(qū)需要消耗大量光纖，某些光纖資源緊張的地區(qū)難以滿足光纖需求，需要波分設(shè)備承載作為補(bǔ)充。[2]D-RAN組網(wǎng)模式下，組網(wǎng)模式簡單，需要的光纖資源少，前傳網(wǎng)絡(luò)一般采用光纖直驅(qū)方式。C-RAN組網(wǎng)模式，需要的光纖資源較多，前傳網(wǎng)絡(luò)一般采用以WDM技術(shù)為主的波分復(fù)用方案，以節(jié)省光纖資源，也可采用光纖直驅(qū)方式。

中/回傳承載技術(shù)方案根據(jù)承載技術(shù)劃分，可以分為SPN、IPRAN和M-OTN。在進(jìn)行方案選擇時(shí)應(yīng)充分考慮廣電現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備，結(jié)合廣電700M 5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)投資等綜合比選。

1.3核心網(wǎng)（5GC）

廣電700M 5GC摒棄傳統(tǒng)核心網(wǎng)軟硬件結(jié)合的緊耦合設(shè)計(jì)模式，采用了SBA（Service Based Architecture，基于服務(wù)的架構(gòu)）架構(gòu)，各NF（Network Function，網(wǎng)絡(luò)功能）通過服務(wù)化接口對外提供服務(wù)，并允許其他NF訪問或調(diào)用自身的服務(wù)。5GC總體采用虛擬化、服務(wù)化架構(gòu)部署，根據(jù)用戶規(guī)模、傳輸條件、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等因素進(jìn)行大區(qū)集中設(shè)置，采用大容量、少局所、集中化原則部署NF。

廣電700M 5GC應(yīng)遵照先局部后整體、先控制面后用戶面的逐步演進(jìn)、迭代升級思路，根據(jù)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)力、產(chǎn)品成熟度，有序引入部署網(wǎng)元虛擬化。

2. 700M優(yōu)劣勢分析

2.1 700M優(yōu)勢

700MHz頻段的優(yōu)勢歸納起來主要有四個(gè)方面，包括覆蓋范圍廣、多普勒頻偏小、繞射能力強(qiáng)和單向空口時(shí)延小等。

2.1.1 700MHz覆蓋范圍廣，可大幅降低廣電700M 5G網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)成本

電磁波在自由空間中的傳播模型可由弗里斯傳輸方程推導(dǎo)。弗里斯傳輸方程如下：

其中接收功率，為發(fā)射功率，和分別代表接收端天線增益和發(fā)射端天線增益，為工作載波波長，為收發(fā)天線之間的距離。

由公式（1）可以推導(dǎo)出電磁波空間損耗如下：

其中：為自由空間傳播損耗，為電磁波工作頻率。

由公式（2）可知，電磁波信號頻率越低，空間損耗越小。和其他電信運(yùn)營商相比，廣電700MHz頻段由于頻率較低，覆蓋范圍廣，適合全國大范圍組網(wǎng)，可大幅降低廣電5G的建網(wǎng)和運(yùn)營成本。

2.1.2 700MHz多普勒頻偏小，有利于接收信號解調(diào)

移動(dòng)用戶在高速運(yùn)行環(huán)境下會(huì)引起多普勒頻偏現(xiàn)象，多普勒頻偏導(dǎo)致用戶接收到的頻率發(fā)生偏移，這會(huì)影響接收機(jī)解調(diào)性能。我國高鐵運(yùn)行速度普遍在300km/h以上，速度越快，造成的頻偏也越大，嚴(yán)重時(shí)接收機(jī)甚至無法解調(diào)出發(fā)射機(jī)的信號。

假設(shè)高鐵的運(yùn)行速度為，為列車運(yùn)行方向和信號傳播方向的角度。經(jīng)過時(shí)間后，用戶設(shè)備接收到時(shí)所走的路徑差為：[3]

接收信號相位變化可表示為：

由此得出多普勒頻移的計(jì)算公式如下：

由表1可知，廣電5G的700M頻段的多普勒頻偏遠(yuǎn)小于其他運(yùn)營商的5G頻段，有利于高鐵等場景的基站部署。

2.1.3 700MHz繞射能力強(qiáng)，信號損失衰減小

無線信號的繞射能力和信號波長成正比。信號頻率越低，波長越長，繞射能力越強(qiáng)，穿透能力越差，信號損失衰減越小;頻率越高，波長越短，繞射能力越弱，穿透能力越強(qiáng)，信號損失衰減越大。

和其他電信運(yùn)營商的5G頻段相比，廣電700MHz頻段擁有很強(qiáng)的繞射能力，更容易繞過障礙物，實(shí)現(xiàn)非視距傳輸。

2.1.4 700MHz FDD單向空口時(shí)延小

5G NR的雙工模式包括FDD（頻分雙工）和TDD（時(shí)分雙工），其中FDD的上行和下行鏈路采用兩個(gè)獨(dú)立的、對稱的頻率信道，TDD的上行和下行鏈路采用同一頻率信道的不同時(shí)隙。在TDD模式下，一些上行數(shù)據(jù)的反饋需要等待相應(yīng)的上行時(shí)隙，同時(shí)一般TDD系統(tǒng)分配給上行的時(shí)隙較少，所以TDD的反饋等待時(shí)間大于FDD。

廣電700MHz頻段采用FDD制式，而其他典型5G頻段（如2.6G/3.5G/4.9G）均采用TDD制式。理論上如果只考慮空口時(shí)延，700MHz的空口時(shí)延小于其他5G頻段。

2.2 700M劣勢

700MHz頻段的劣勢主要包括下行帶寬不足和不支持Massive MIMO兩方面。

2.2.1 700MHz下行帶寬不足

由香農(nóng)公式可知，信道帶寬的大小決定了通信數(shù)據(jù)傳輸速率的上限。中國廣電積極推動(dòng)的全球首個(gè)5G低頻段（Sub-1GHz）大帶寬5G國際標(biāo)準(zhǔn)（編號為TR38.888）中700MHz下行帶寬最多只有40M。如表2所示，中國移動(dòng)、中國電信和中國聯(lián)通獲得的5G頻率資源遠(yuǎn)大于廣電700M頻段，同時(shí)5G可以根據(jù)實(shí)際需求靈活配置上下行時(shí)隙數(shù)量，這使得廣電700M FDD的下行速率遠(yuǎn)小于其他運(yùn)營商頻段。

2.2.2 700MHz不支持Massive MIMO

Massive MIMO作為5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，通過增加天線數(shù)和信號覆蓋維度來提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率。如表3所示，天線尺寸和頻率成反比，700MHz頻段由于頻段較低，天線尺寸遠(yuǎn)大于其他5G頻段，使得700MHz無法支持Massive MIMO天線。

3 廣電700M 5G業(yè)務(wù)發(fā)展策略

3.1 700MHz+基礎(chǔ)覆蓋網(wǎng)絡(luò)

和4G時(shí)代相比，三大電信運(yùn)營商獲得的5G頻段較高，若想實(shí)現(xiàn)全國5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，三大電信運(yùn)營商所需的5G基站數(shù)量和建設(shè)成本將大大增加。

與其他5G頻段相比，廣電700M信號覆蓋廣、穿透能力強(qiáng)，適合打造一張全國范圍內(nèi)的打底基礎(chǔ)連續(xù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)，可大幅降低廣電700M 5G的建網(wǎng)和運(yùn)營成本，尤其是覆蓋人口密度較低的廣大農(nóng)村和城鄉(xiāng)結(jié)合部（農(nóng)村業(yè)務(wù)量較少，可以一定程度彌補(bǔ)700M容量低的短板）。

3.2 700MHz+物聯(lián)網(wǎng)

3GPP定義了5G的三大應(yīng)用場景，分別為eMBB（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶）、uRLLC（超可靠、低時(shí)延通信）、mMTC（海量機(jī)器類通信）。廣電700MHz由于下行帶寬不足，不適合做eMBB類的高速數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，但是對于mMTC和uRLLC業(yè)務(wù)，尤其是mMTC業(yè)務(wù)（物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)），700MHz廣覆蓋和低功耗的特點(diǎn)是完全可以支撐的。

自2016年3GPP NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后，為搶占物聯(lián)網(wǎng)市場，三大電信運(yùn)營商均積極部署NB-IoT。700M由于頻段較低，其廣覆蓋的特性使其成為NB-IoT最理想的承載頻率。廣電應(yīng)該把握住物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新機(jī)遇，利用700MHz快速建成適合NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)，專為各類垂直行業(yè)應(yīng)用服務(wù)，包括智慧城市、智慧消防等。

3.3 700MHz+高鐵等應(yīng)用場景

在高鐵等高速移動(dòng)場景下，頻段越低，產(chǎn)生的多普勒頻偏越小，接收機(jī)信號譯碼更可靠。利用700MHz進(jìn)行高鐵等高速移動(dòng)場景的覆蓋，可以有效降低基站切換和高速移動(dòng)帶來的網(wǎng)絡(luò)波動(dòng);另一方面，5G支持的子載波帶寬包括15KHz、30KHz、60KHz、120KHz和240KHz。對于eMBB場景，目前在子載波帶寬一般采用30KHz，而對于uRLLC場景，為了降低時(shí)延，會(huì)采用更高的子載波帶寬，700MHz的頻段優(yōu)勢會(huì)更明顯。

結(jié)語

5G時(shí)代已經(jīng)來臨，廣電應(yīng)該采用不同于電信運(yùn)營商的差異化策略，充分挖掘700M頻譜資源商業(yè)潛力，強(qiáng)化自身服務(wù)能力，培育業(yè)務(wù)新增長點(diǎn)，主動(dòng)對5G垂直行業(yè)等應(yīng)用場景進(jìn)行開發(fā)。廣電應(yīng)聚焦“0→1”的突破，在建立新業(yè)務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)桿的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?，使廣電700M在5G+新業(yè)務(wù)的推廣中實(shí)現(xiàn)突破。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：王濤（1987-），男，山西運(yùn)城，工程師，信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究所（廣電5G研究中心）主任助理，研究方向：無線接入網(wǎng)、廣播電視工程;張?。?982-），男，江蘇鹽城，高級工程師，信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究所（廣電5G研究中心）副所長、副主任，研究方向：移動(dòng)通信系統(tǒng)、廣播電視工程;李承基（1990-），男，山西孝義，工程師，研究方向：核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)。