Desafíos y contramedidas que enfrenta el despliegue a gran escala de 5G

resumen:Con el desarrollo de la licencia comercial 5G de mi paísEl aprovisionamiento y el despliegue a escala de red se han vuelto cruciales. Este artículo analiza en detalle el potencial del despliegue a escala 5G desde múltiples perspectivas.el momento adecuado, así como los problemas y desafíos que se pueden enfrentar en 6 aspectos, y finalmente centrarse en los principales desafíos.Corresponding measures will be taken.

Prefacio

El 6 de diciembre de 2018, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información otorgó licencias de frecuencia de prueba de banda media y baja para el sistema 5G a los tres principales operadores de telecomunicaciones. China Telecom y China Unicom obtuvieron licencias de uso de frecuencia de prueba en la banda de 3500 MHz, mientras que China Mobile obtuvo licencias de uso de frecuencia de prueba en las bandas de 2600 MHz y 4900 MHz. Los recursos de frecuencia son los recursos estratégicos clave de las redes de comunicación móvil. La emisión de estas licencias garantiza a los operadores de telecomunicaciones la capacidad de llevar a cabo de manera integral la construcción de redes de prueba 5G a gran escala y promueve aún más la madurez y el desarrollo de la cadena de valor del sector 5G en nuestro país.

The three major operators are also actively carrying out 5G trial network construction across the country. China Mobile built a large-scale trial network in five cities: Shanghai, Suzhou, Hangzhou, Guangzhou and Wuhan in 2018, and expanded it to 40 cities in 2019. China Telecom has built a cross-province and cross-domain large-scale trial network with SA as the main component and SA/NSA hybrid networking, and has launched 5G innovation demonstration pilots in 17 cities including Beijing, Shanghai, Guangzhou, and Shenzhen. China Unicom has promoted the deployment of "7+33+n" 5G trial network, covering the core areas of seven cities including Beijing, Shanghai, Guangzhou, Shenzhen, Nanjing, Hangzhou, and Xiongan, achieving hotspot area coverage in 33 cities, and customizing 5G networks in n cities.

On June 6, 2019, the Ministry of Industry and Information Technology issued 5G commercial licenses to China Telecom, China Mobile, China Unicom, and China Radio and Television. my country has officially entered the first year of 5G commercialization. Large-scale deployment of 5G network construction is the primary task faced by telecom operators. This article analyzes the possible problems and challenges faced by large-scale deployment of 5G from multiple perspectives such as standards, equipment, basic resource reserves, and vertical industry applications.

Calendario del despliegue a gran escala de 5G

La pronta concesión de las licencias comerciales 5G de mi país no significa que se vayan a cumplir de inmediato las condiciones para su despliegue a gran escala.Comparando el proceso comercial de 4G, la primera versión del estándar R8 se promulgó en 2009, y los operadores extranjeros comenzaron a usarlo comercialmente ese mismo año. Después de que la UIT aprobara oficialmente LTE-Advanced como el estándar oficial de 4G en 2012, mi país emitió oficialmente licencias de 4G en diciembre de 2013. Gracias a la existencia de estándares maduros, equipos y experiencia en la construcción a gran escala en el extranjero como referencia, los operadores nacionales llevaron a cabo de inmediato un despliegue de red a gran escala.The complete standard for 5G (R16) will not be promulgated until 2020. Currently, standards, chips, equipment and applications are not ready for full deployment.El momento oportuno para el despliegue a gran escala de la tecnología 5G depende de varios factores importantes.

1.1 Proceso estándar

Las dos versiones estándar de R15 (Opción 3 y Opción 2) se publicaron en diciembre de 2017 y junio de 2018, respectivamente, y la versión final (Opción 4/7) se publicó en junio de 2019. La versión estándar R16, que implementa plenamente todas las funciones de 5G, se publicará en marzo de 2020 y se consolidará en junio. Según el proceso de estandarización, la red actual solo admite eMBB y servicios URLLC básicos.

1.2 Los chips y el equipo están en buen estado.

In January 2019, the IMT-2020 (5G) Promotion Group announced at the 5G technology research and development test phase 3 summary meeting held in Beijing that the 5G phase 3 test was basically completed. Both 5G base stations and core network equipment can support non-independent networking and independent networking modes. The main functions are in line with expectations and have reached pre-commercial levels.

On May 21, 2019, the Ministry of Industry and Information Technology stated at the State Council’s regular policy briefing held by the State Council Information Office that my country’s 5G products are becoming increasingly mature, and systems, chips, terminals and other links have basically reached commercial levels, and are ready for commercial deployment.

El proceso de suministro de los principales productos de la red 5G y de los terminales se muestra en la Tabla 1 y la Tabla 2.

1.3 Basic resource reserves

Compared with 4G networks, 5G has undergone revolutionary changes from network structure to equipment form, and has higher and stricter requirements for various basic resources. CU/DU/AAU reconstruction and new business requirements have triggered the adjustment of the 5G access network network structure, with the addition of fronthaul bearing, CU/DU aggregation (C-RAN networking), UPF/MEC sinking and other major changes. The demand for access-side transmission resources (optical switches, pipes, optical cables) and aggregation equipment rooms, two basic physical resources, needs to be adjusted, optimized and added as much as possible before large-scale base station deployment.

The existing towers and floor resources already carry 2/3/4G network equipment of various standards and frequency bands from the three major telecom operators. The degree of co-construction and sharing is very high. It is very difficult to add 5G AAUs, especially to meet the simultaneous deployment of multiple operators. Before large-scale deployment, the existing towers and systems need to be detailed, integrated and optimized to improve the availability and value of the existing sites.

1.4 Madurez de la aplicación

El objetivo de diseño de 5G es satisfacer plenamente las necesidades de los tres escenarios principales (eMBB/uRLLC/mMTC), evolucionando de C como actor principal a C y B volando juntos. Desde cierta perspectiva, la misión de 5G es habilitar plenamente diversas industrias verticales e impulsar la informatización y la actualización inteligente de todos los ámbitos de la vida en la sociedad a través de la integración con industrias verticales. Actualmente, la aplicación integrada de 5G e industrias verticales todavía se encuentra en la etapa de exploración preliminar (como se muestra en la Figura 1). Los operadores de telecomunicaciones demuestran las capacidades de la red y las perspectivas de aplicación a través de diversas demostraciones de aplicaciones 5G+, establecen plataformas, crean círculos y forman grupos para lograr penetración e influencia mutuas, impulsando la verdadera madurez comercial de las aplicaciones 5G, lo que a su vez promueve una construcción de red más completa.

Figura 1. Etapas de desarrollo de aplicaciones 5G y aplicaciones típicas.

1.5 Apoyo del gobierno local

Basándose en la madurez de los estándares y las tecnologías, los gobiernos locales han introducido políticas para apoyar el desarrollo de infraestructuras e industrias relacionadas con 5G, y han formulado planes de acción y objetivos de desarrollo claros. Tomando como ejemplo las "Opiniones de implementación del Gobierno Popular Provincial de Zhejiang sobre la aceleración del desarrollo de la industria 5G", estas cuentan con planes detallados para dos nodos temporales (2020 y 2022) que deben cumplirse. Con base en las tareas de construcción completadas y los objetivos de cobertura de red, para 2022, 5G podrá utilizarse ampliamente y estar profundamente integrado en diversos campos económicos y sociales, alcanzar el nivel de liderazgo internacional, construir un excelente ecosistema industrial 5G y convertirse en un área pionera nacional en la construcción de redes 5G y un área de clúster de desarrollo de la industria 5G de influencia internacional y un área de demostración de aplicaciones innovadoras de 5G.

1.6 The right time for large-scale deployment

Con base en los factores mencionados, se recomienda que el ritmo de despliegue de la red 5G nacional sea el siguiente: En 2019, comenzará en áreas de alta demanda en ciudades clave y zonas estratégicas, para luego continuar su desarrollo y expansión; en 2020, se llevará a cabo el primer despliegue a gran escala tras el lanzamiento oficial del estándar R16, y los servicios basados ​​en la red alcanzarán una mayor madurez. Entre 2012 y 2022, se seguirá ampliando el alcance y la profundidad del despliegue de la red, y se perfeccionará la estrategia y la capacidad de despliegue en función de la cobertura y los escenarios comerciales para respaldar eficazmente el desarrollo integrado de diversas industrias y la tecnología 5G.

Desafíos enfrentados

After standards and equipment mature, promoting large-scale deployment of 5G networks will still face various difficulties and challenges in network planning, basic resources, and engineering implementation, which can be summarized as follows.

2.1 Choice of network NSA/SA deployment

En su fase inicial, la tecnología 5G utiliza principalmente capacidades de acceso de gran ancho de banda para soportar servicios de alto tráfico, como realidad virtual (RV), realidad aumentada (RA), transmisión en directo de alta definición 4K/8K, etc. Para una rápida comercialización de la tecnología 5G, se puede implementar en la fase inicial una solución NSA (Opción 3) basada en la red central 4G EPC. Con la madurez de los estándares, los equipos y las industrias, y la creciente demanda de servicios de baja latencia y gran capacidad de conexión, se ha vuelto imprescindible construir una red SA (5GC+NR, Opción 2) que soporte plenamente los nuevos requisitos comerciales y las funciones relacionadas de la tecnología 5G.

Desde la perspectiva de aprovechar las oportunidades de mercado, es necesario desplegar rápidamente la red 5G basada en NSA y luego transformarla y actualizarla a la red SA. Según el análisis del costo total de propiedad (TCO), el costo de construir primero la red NSA es mayor que el de desplegar directamente la red SA bajo demanda.

2.2 ¿Cuáles son los cambios y los impactos de gNB después de la reconstrucción de CU/DU?

La estación base 5G gNB después de la reconstrucción CU/DU se divide en tres partes de funciones lógicas CU+DU+AAU, lo que plantea las siguientes preguntas: si las entidades físicas de CU/DU se instalan conjuntamente o separadas, qué método se utiliza para el portador fronthaul entre AAU y DU, el impacto de la forma (volumen, peso, consumo de energía) de AAU, y si es necesario ajustar la arquitectura de la red de acceso inalámbrico. Entre estas cuestiones, la forma y el despliegue de CU y DU son los más críticos. Actualmente, la forma de equipo proporcionada por la industria es una combinación de CU/DU, que es similar a la BBU 4G. Puede desplegarse de forma centralizada o descentralizada. El portador de transmisión se divide en fronthaul + backhaul. Según las necesidades del negocio en la etapa posterior, CU y DU son entidades físicas independientes, formando una arquitectura de tres niveles (CU-DU-AAU). La ubicación de despliegue de CU puede ser alta o baja. Según las necesidades del negocio, DU puede agregarse o dispersarse. El portador de transmisión se divide en fronthaul + midhaul + backhaul.

2.3 Is there any adjustment to the 5G NR access network architecture?

Desde la aparición de las estaciones base distribuidas (BBU+RRU), las redes de acceso inalámbrico cuentan con dos modos de construcción: DRAN y C-RAN. El modo C-RAN utiliza BBU para centralizar el ahorro de recursos en la sala de servidores. La colaboración de recursos de banda base mejora la eficiencia y reduce eficazmente los costes de construcción remota, pero también aumenta los recursos de transmisión y la presión de mantenimiento. En la era 5G, C-RAN adquiere mayor relevancia. Ante escenarios de negocio diversos y flexibles, la arquitectura de la red de acceso inalámbrico debe ser más flexible y robusta, y la red debe admitir el acceso bajo demanda a los servicios; la separación de CU/DU y la agregación de DU facilitan la introducción de SDN/NFV, permitiendo la orquestación/segmentación flexible de recursos y el mantenimiento automático de la red; la integración vertical de la industria requiere la descentralización de las funciones de red, el despliegue de MEC y la descentralización de la superficie de medios. La red de acceso 5G NR basada en C-RAN puede ayudar eficazmente a los operadores de telecomunicaciones a optimizar los servicios de conexión, fortalecer las aplicaciones de conexión y desarrollar la capacidad de competir directamente con las empresas de Internet. Por supuesto, también se enfrenta a una enorme presión en materia de construcción y mantenimiento de recursos básicos como salas de ordenadores, tuberías y conmutadores ópticos.

2.4 Satisfaction of macro station/micro station site resources under Sub 6GHz

Three domestic telecom operators have all obtained 5G frequency bands below Sub 6GHz. In terms of coverage capabilities, China Mobile's 2.6GHz capability is the strongest. From an analysis of industry maturity, China Telecom and China Unicom have obtained 3.5GHz. At present, the three major telecom operators have very rich 2/3/4G network site resources, but the site property properties are very diverse, including owned by the operator, owned by the tower company, owned by a third-party company, and public properties (all kinds of light poles, floor resources, etc.).

The availability of existing site sites involves many factors. From a coverage perspective, it includes the coverage capabilities of 5G base stations (2.6/3.5GHz), the satisfaction of existing site sites, the acquisition of new site sites, and the acquisition of pole resources for small and micro base stations; from the transformation of existing resources, it includes equipment room facilities and sky towers From the perspective of network structure, it includes basic resource system issues under C-RAN networking and how to anchor 4G base stations; from the perspective of meeting business needs, the analysis includes different value areas, special business scenarios, and different network deployment and site requirements for 2B services.

2.5 5G gNB equipment requirements for supporting transformation

La nueva estación base 5G gNB exige mayores recursos en cuanto a instalaciones de sala de servidores y antenas que las estaciones base 2G/3G/4G anteriores. Esto se debe principalmente a que el nuevo equipo AAU ha aumentado de tamaño, peso y consumo energético. La Tabla 3 muestra los parámetros actuales de un equipo típico.

Table 3 Physical parameters of 5G gNB equipment from major manufacturers

The new AAU product form and physical parameters bring four factors.

a) The sky space is tight. Under the background of co-construction and sharing, multi-operators and multiple systems are deployed on the same tower, which leads to the shortage of antenna resources and the difficulty of adding 5G AAU equipment.

b) Los requisitos de capacidad de carga son mayores. La unidad de antenas 5G suele ser de gran tamaño (más de 35 L), pesada (más de 40 kg) y tiene una gran superficie expuesta al viento (más de 0.5 m²). Los requisitos de modificación del proceso para el mástil de la torre de observación son significativamente mayores que los de la 4G.

c) Landscape beautification is limited. The existing beautified antenna has limited internal installation space and cannot meet the installation space and equipment heat dissipation requirements of 5G AAU.

d) Transformation of AC/DC power supply system. The addition of a 5G system will put greater pressure on the AC and DC power supply systems of existing base stations. Especially in scenarios where multiple sites are shared, insufficient AC mains capacity and transformation are key limiting factors for large-scale 5G deployment. The power supply system is shown in Figure 2.

Figura 2. Diagrama del sistema de alimentación de CA y CC de la estación base 5G.

2.6 Discussion on 5G indoor distribution construction model

The indoor environment is an area with high incidence of data services, and many scenarios are also high-value areas for 5G services. However, the construction of 5G indoor distribution needs to face and consider the following issues.

a) Diversidad.

(a) Diversidad de modos de construcción de cobertura de red interior existentes, incluidos DAS, paneles pequeños, cables con fugas, estaciones de cuero, etc.

b) La tecnología 5G debe proporcionar capacidades de soporte empresarial diversificadas.

(c) Facing the problem of how to construct diverse coverage scene types.

b) Complejidad.

(a) Traditional DAS is a passive room subsystem that cannot be monitored and managed. It is difficult to repair faults and build new connections.

(b) The proportion of digital room distribution deployment is not high and cannot support refined assessment and network resource prediction.

(c) Cómo transformar y mantener requiere una enorme inversión en mano de obra y recursos materiales.

c) Valor.

(a) Los escenarios típicos de negocios en interiores de 5G incluyen realidad virtual/aumentada, fabricación inteligente, energía inteligente, medicina inalámbrica, etc.

(b) Customized indoor coverage system solutions are required for different value scenarios.

d) Económico.

(a) The demand is huge and there are many sites, so most of the existing rooms need to be upgraded.

(b) Operators have introduced digital room distribution solutions on a large scale in the middle and late stages of 4G networks. Facing 5G, the usage of digital room distribution will increase significantly and the cost will be effectively reduced.

(c) Different scenarios require construction methods to achieve optimal cost performance.

Contramedidas

3.1 Ideas generales para la respuesta

a) Comience con el objetivo final en mente y anticipe sus capacidades. Se realiza una exploración exhaustiva de los emplazamientos existentes, salas de servidores, transmisión y otros recursos, con el objetivo de lograr una cobertura integral de la red 5G SA, combinada con el ajuste de la estructura de la red de acceso inalámbrico 5G NR, y de acuerdo con el plan general de C-RAN, se lleva a cabo la planificación de recursos y la reserva de capacidad con antelación para formar recursos básicos completos (emplazamientos, salas de servidores, tuberías, cables de fibra óptica) para su uso comercial a gran escala.

b) Equipment is on standby and supporting equipment is available first. Considering the upgrading and supply capabilities of the initial 5G main equipment, there is no rush for full deployment. Based on the site part of the 5G comprehensive deployment plan, site sites, antennas, equipment room facilities and other facilities that need to be renovated or newly built will be renovated in advance as needed to meet the needs of rapid and large-scale deployment of 5G.

c) Set up special projects and make progress together. For the large-scale deployment of 5G networks, a dedicated 5G engineering implementation center and a multi-professional promotion model including wireless, transmission, computer room, and full-service are established to reduce professional communication and coordination losses and improve project construction progress and quality.

d) First-mover advantage and locked-in resources. Leverage China Mobile's 5G first-mover scale deployment advantage and combine site attributes to lock high-quality site, antenna, and computer room resources with tower companies in advance.

3.2 Use C-RAN as the basic architecture to form basic resource capability reserves

Before large-scale deployment of 5G, it is necessary to reserve the capacity of basic resources. From the aspects of reducing investment and operation and maintenance costs and future-oriented technology development and business deployment, C-RAN is used as the infrastructure of the 5G NR wireless access network. C-RAN planning and construction relies on the construction of comprehensive service areas. The overall network planning and corresponding basic resource capacity reserves can be completed in the order of surface (integrated service area) to point (C-RAN convergence room) and then to line (fronthaul/backhaul bearer network). In order to better realize the rapid deployment of 5G wireless networks in the future, it is recommended to comprehensively carry out C-RAN architecture evolution planning for 5G evolution in the existing 4G network planning as soon as possible. The specific suggestions are as follows.

a) Carry out transmission planning based on fronthaul access of remote RRU sites as transmission service access requirements, with an optical cable network as the target guide and comprehensive service area as the scope to carry out C-RAN area subdivision planning. It is recommended that a single C-RAN area include about 8 to 10 macro station physical points, with an area of ​​0.5 to 5km2, and a single integrated service area is subdivided into 3 to 4 C-RAN areas.

b) Carry out access computer room planning oriented to the evolution needs of C-RAN architecture, and select computer rooms with good conditions as BBU centralized setting points. It is recommended that the location of the computer room be selected around the first-level fiber distribution point, which is conducive to double-hanging two convergence computer rooms upwards to form a ring. For the computer room area, it is recommended to configure at least 20 m2.

c) Realizar la planificación del acceso fronthaul para la evolución de C-RAN: En esta etapa, se puede considerar la fibra óptica de color para el fronthaul. Se puede diseñar razonablemente un único punto físico para combinar, demultiplexar y transmitir la configuración del núcleo de fibra en función del número de puntos de frecuencia utilizados actualmente y los requisitos de expansión de frecuencia subsiguientes. En cuanto a la selección de puntos de acceso de sitios remotos, las estaciones colocalizadas pueden priorizar el uso de rutas de cable óptico existentes, como macrositios que utilizan anillos de acceso de agregación antiguos y micrositios que utilizan cables ópticos de enlace ascendente antiguos. Los sitios en toda el área comercial integral necesitan ajustar sus conexiones. Según el nuevo plan de sitio, se recomienda que los nuevos sitios accedan a los intercambios ópticos de nivel 2 e inferiores cercanos, y no se recomienda el acceso directo a través de intercambios ópticos de nivel 1, lo que ayudará a ahorrar recursos del núcleo de fibra de la red troncal.

3.3 Completar la optimización e integración de las superficies celestes con antelación para garantizar la disponibilidad de torres y mástiles en los emplazamientos existentes.

In order to solve the problem of tight antenna resources in 5G construction, on the premise of reusing the old site as much as possible, combined with the current situation of antenna resources, high-quality space is prepared for 5G AAU according to the following priorities: reuse old poles - build new poles - replace poles - antenna integration (multi-port antenna).

Antenna integration work can be carried out through a single project in advance before 5G large-scale deployment. It is recommended to follow the following rectification principles.

a) The scope of sky surface integration and transformation is urban areas, counties and hotspot area sites. Rural areas and traffic trunk road sites will not be subject to sky surface integration for the time being.

b) Mantener sin cambios el número total de superficies celestes existentes y, en principio, no añadir nuevos sistemas celestes ni reducir los existentes (excepto para los sistemas de emplazamiento con una sola superficie celeste).

c) En la medida de lo posible, las antenas 5G y las antenas 4G existentes comparten un sistema de antenas.

d) Durante la reconstrucción de la antena, es necesario optimizar y ajustar la red simultáneamente. Para garantizar la estabilidad de la cobertura, durante el proceso de reconstrucción e integración de la antena, procure mantener la capa principal de cobertura 4G lo más estable posible.

3.4 Classification transformation of AC and DC power supply systems

La transformación del sistema de alimentación de CA a CC debe tener en cuenta, por un lado, el estado actual de las instalaciones existentes y, por otro, los equipos 5G y su posterior evolución. Los requisitos de equipamiento actuales para el sistema de CA a CC se muestran en la Tabla 4.

Table 4 5G gNB equipment requirements for AC and DC systems

Transformation principles and steps:

a) Adaptación de potencia: Se da prioridad a la reutilización de la sala de máquinas original, la fuente de alimentación conmutada y la batería, y a la adición adecuada de la adaptación de la fuente de alimentación según las condiciones del sitio para satisfacer las necesidades de construcción de suministro de energía de la construcción 5G.

b) Alimentación eléctrica externa: Se prioriza el uso de la fuente de alimentación externa original. En caso de que la alimentación externa sea insuficiente, las necesidades de alimentación externa para 5G pueden resolverse mediante la reducción del pico de carga de la batería, la ampliación de la capacidad y otros medios para minimizar los costos de instalación. La transformación de la alimentación eléctrica externa es compleja y puede completarse siguiendo los pasos que se muestran en la Figura 3.

Figure 3 AC system transformation plan

3.5 Construir sistemas de distribución de habitaciones diferenciados en función de los escenarios.

Existen numerosos escenarios de construcción para la distribución en interiores. Se recomienda seguir estrategias de reuniones diferenciadas en función de las características y necesidades de las empresas que utilizan 5G.

a) It is recommended to use digital room separation for high-value areas.

b) Utilice una estación base pico + DAS para áreas de valor medio.

c) Use outdoor covering indoors for low-value areas.

d) Utilizar fuentes de información 5G para alimentar los sistemas DAS existentes para escenarios específicos.

Conclusión

establecerProper use is not the purpose of 5G, but good use is the real purpose of 5G.5G network coverage will be launched first in hotspot areas and areas with high demand, and then continue to develop and advance based on the needs of users and services.El objetivo principal de la red 5G es lograr la interconexión de todo y una sociedad inteligente. Por lo tanto, las estrategias y métodos de despliegue de la red difieren de los de la red 4G. Es fundamental considerar todos los aspectos de los recursos para desplegar una red 5G robusta, potente y flexible.

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