5G基站工程建设思路探讨

  工信部下发5G商用牌照后,我国运营商已开始在全国范围内大规模开展5G工程建设。11月1日,我国正式商用5G网络。经过几个月建设,运营商逐步发现了在5G基站建设中存在很多问题亟待解决,不能照搬LTE时代的建设模式,而要根据5G网络的新特性进行组网的全盘考量。在基站高速度、高质量建网的同时,要注意合理规划设计网络、减少基站配套改造内容、降低对现网质量的影响。

  为了满足5G三大特性(eMBB、uRLLC、mMTC)的需求,以达到智慧城市、远程医疗、无人驾驶等新场景的应用需求,合格的5G网络覆盖必然需要部署更多的基站,必然带来基站共享率的大大提升,这进一步加剧了5G基站建设的困难程度。

  笔者调研某一线城市无线基站配套情况如下:93%站点电源存在外电不足、整流不够、空开容量太小等电源问题;92.5%站点天馈需二次改造,要进行天线整合、杆体改造、新增杆体;25%的租用机房站点无法直接安装BBU,75%的一体化机柜无空间新增BBU。

  综合以上因素可以基本判断出,约有96.2%的站点需开展配套改造工作,这将给当前5G建设带来很大的工作量。

  5G基站建设面临的挑战当前5G设备具有重量重、功耗高、传输资源消耗多等特点,在5G配套改造过程中会面临一系列挑战。在工程建设中,需熟悉这些限制条件,做好规划。具体分析了三大主流设备厂家现阶段5G设备的特性及与4G设备的对比情况见表。

  

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  分析对比数据后可以发现,5G设备物理特性和工程特点如下。

  •重量重。5G AAU集成了RRU和大规模MIMO天线,主流天线集成了64TR的196阵子,重量达40~47kg,普通抱杆承重要求不高于47kg,5G AAU需要单独抱杆,这给天面空间带来压力。

  •功耗高。典型的一套5G宏基站包含1个BBU+3个64T64R的AAU,功耗约为3.5kW,是4G基站设备功耗的2~3倍。为满足5G设备供电需求,现网大量基站需进行机房外电和室内电源的改造。

  •传输资源消耗大。5G基站前传典型的需要3对25G纤芯,后传需要1对纤芯,给传输组网和设备替换更新带来了压力。

  •租金电费高。增加一套5G,系统运营商将增加30%的铁塔租金,如果需要对外电和其他配套进行改造,租金将进一步提高。5G设备的高功耗也给电费成本带来巨大压力。

  5G基站建设的思路探讨5G基站建设的传统思路5G建设前期,为快速有效建站,各大运营商都在积极抢占机房电源、机房空间、天馈杆体资源,谁动作快谁就占优,谁就能在5G工程建设中力拔头筹。基站资源并没有得到统一合理协调,造成重复建设和改造,这种无序建设导致整体工程进度严重滞后。

  运营商当前的建站策略延续了4G时期的经验,一般从机房电源、机柜设备安装空间、天面安装空间、替换更新传输设备等几个关键点来开展5G配套改造工作,遇到电源容量不足就扩容,遇到天馈紧张就新增或改造杆体,遇到机房安装空间不足就将4G/5G BBU融合,遇到传输资源不足就新增或改造光纤资源等。

  这些配改工作毋庸置疑是可以解决当前建设存在的问题的,但在实际实施过程中会遇上各种困难导致建设进展缓慢,如不同专业、不同工种的施工单位多次进场,造成物业协调进场困难,由于新增设备,容易就物业费产生新的纠纷等。据实际调研分析,导致工程进展滞后的因素中物业协调原因超70%;新引入一条外电施工周期长、报建困难、费用昂贵;铁塔部门就三大运营商5G改造或新增资源协调困难,往往就资源占用问题反复沟通无果;一体化柜大面积使用造成了新增5G BBU困难,将4G/5G BBU融合在一起,需进行割接断网工作,这对现网会造成极大影响,各方面协调困难,作业周期长。

  5G基站建设的新思路5G基站建设涉及到电源、安装空间、天馈、传输等内容,同时应兼顾改造施工周期、成本、现有网络影响及后续扩容,在满足进度、成本、质量的同时完成既定的5G配改任务。在基站建设的传统思路中,常规配改方案进展缓慢,可以采取新的思路和工作方法取得突破。

  (1)机房建设新思路

  5G网络有3种部署方式:C-RAN、D-RAN、CU云化部署,如图1所示,其中现阶段采用CU/DU合设的方式,主要是C-RAN(集中式)、D-RAN(分布式)两种方式,后期依据5G的发展采用CU云化部署这种灵活架构支持多种业务需求。

  

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  图1 5G网络3种部署方式

  D-RAN利用原有分布式物理形态部署,采用上述传统方案进行配套改造工作,施工周期长、进展较慢、费用高,同时BBU间协同处理能力弱,后期升级至CU云化部署需二次改造。

  C-RAN可以集中多个BBU,一次性解决周边若干站点机房改造问题,实现快速部署,费用低。同时多个BBU间协同处理能力强,综合成本低,有利于后期升级至CU云化部署架构,无需二次改造。

  C-RAN可采用运营商自有物业集中机房,称为小C-RAN,一般可集成4~8个BBU;也可采用传输汇聚机房,称为大C-RAN,一般可集成6~15个BBU,通常优先选择大C-RAN建设,其次选择小C-RAN。

  在进度上,采用C-RAN自有机房无需物业协调进场施工,大大缩短工期,同时减少了机房内、外电的改造内容,进一步缩短了工期。

  在成本上,C-RAN采用自有机房,无需向铁塔支付租金,并可逐步将周边2G/4G BBU整合进来,2G/4G BBU集中搬迁后的空置机房,能够退租退费的基站机房,应尽快完成退租,降低租赁和维护成本,对于暂不能退租的独享基站机房,可考虑关闭部分或全部空调,降低电费支出。

  在质量上,C-RAN中多个BBU间协同处理能力强,容易实现载波调度功能。

  在传输资源上,C-RAN可用无源波分复用等新型传输方案,可大大节省纤芯资源,降低成本。

  现网中并不是所有站点都能集中到C-RAN机房中,也不是所有站点采用D-RAN方式进展就慢。因此5G机房采用C-RAN与D-RAN相结合建设模式,统筹兼顾,因地制宜选择最合理的方案,即具备条件优先上C-RAN,不具备条件上D-RAN。

  (2)天馈电源改造新思路

  对于采用D-RAN建设的站点,由于机房电源改造已完成,AAU电源可直接采用直流方案,即AAU直接从机房取直流电。对于采用C-RAN建设的站点,由于现场无机房,可以现场安装简易电源供电,对于一些不重要的站点,为节省成本可采用交流方案,直接使用业主天面的市电,采用交转直模块实现AAU电源供给,如图2所示。

  

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  图2 AAU供电方案

  (3)天馈杆体改造新思路

  由于电信和联通宣布共建5G网络,其5G频谱又相邻,因此可共用一套AAU。考虑抱杆承重问题,5G AAU建议采用独立抱杆建设方式。

  移动获得FDD牌照后,已全面大范围开通了FDD网络并反向开通GSM制式,原本吸收容量最大的TDD-D频已显得不是那么重要,再加上D频和移动5G频谱容易发生混叠,对于开通了FDD的站点,应加快对原D频的移频甚至清频,利用移频后天线空出抱杆安装5G AAU,使4G D频和5G共用AAU天线。当前站点D频开通率很高,因此无需经过复杂的天馈改造就可实现4G和5G天馈融合。

  对于需要通过天线整合腾挪抱杆或新增抱杆的场景,需综合考虑投资与成本因素,优化配置,在不影响网络质量的情况下,选择投入较低、改造简单的天馈建设方案。几种经过实际验证可行的方案如图3所示。

  

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  图3 天馈改造方案

  总结随着5G正式商用的临近,5G工程建设前期采用了前代移动网络建设中的传统思路展开配套改造,受实际工程中技术上、经济上等多方因素的制约,目前在总体进展上显现出一系列瓶颈。为此,需对这些情况进行分析总结,加以改进,做出科学谋划,否则将会在传统建设思路上消耗极大的资源而无法取得预期成效。通过分析造成工程进度慢、费用超支、网络质量受影响的传统建设方案的因素,提出更加可行的5G基站建设模式、电源选择方案、天馈杆体改造等工程建设新思路,实现5G建设的降本增效。5G投资规模巨大,运营商在基站配改过程中应尽量利旧原有基站资源,采用新的建设思路,最大程度地实现快速高效的5G网络部署。

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