5G大规模部署面临的挑战及应对措施

摘要：随着我国5G商用牌照的开发网络规模部署和资源配置已变得至关重要。本文从多个角度详细分析了5G规模部署的潜力。选择合适的时机，并分析可能在六个方面面临的问题和挑战，最后重点关注主要挑战。我们将采取相应的措施。

前言

2018年12月6日，工信部向三大电信运营商发放了5G系统中低频段试验频率牌照。其中，中国电信和中国联通获得了3500MHz频段的试验频率使用牌照，中国移动获得了2600MHz和4900MHz频段的试验频率使用牌照。频率资源是移动通信网络的核心战略资源。我国5G系统试验频率牌照的发放，切实保障了电信运营商全面开展5G大规模试验网络建设，进一步推动了我国5G产业链的成熟和发展。

三大运营商也在全国范围内积极推进5G试验网建设。中国移动于2018年在上海、苏州、杭州、广州和武汉五个城市建成大规模试验网，并于2019年扩展至40个城市。中国电信以SA为主架构，并采用SA/NSA混合组网，建成跨省跨域的大规模试验网，并在北京、上海、广州、深圳等17个城市启动了5G创新示范试点。中国联通推进了“7+33+n”5G试验网的部署，覆盖北京、上海、广州、深圳、南京、杭州、雄安等七个城市的核心区，在33个城市实现了热点区域覆盖，并在n个城市进行了5G网络定制化部署。

2019年6月6日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通和中国广播电视颁发了5G商用牌照，我国正式进入5G商用元年。大规模部署5G网络建设是电信运营商面临的首要任务。本文从标准、设备、基础资源储备和垂直行业应用等多个角度分析了5G大规模部署可能面临的问题和挑战。

大规模5G部署的时机

我国提前发放5G商用牌照并不意味着大规模部署的条件就能立即满足。对比4G商用进程，R8标准第一版于2009年颁布，国外运营商也于同年开始商用。2012年，国际电信联盟（ITU）正式批准LTE-Advanced为官方4G标准后，我国于2013年2009月正式发放4G牌照。由于国外已有成熟的标准、设备和规模化的建设经验可供参考，国内运营商立即开展了大规模的网络部署。完整的 5G 标准（R16）要到 2020 年才会颁布。目前，标准、芯片、设备和应用都尚未准备好全面部署。5G大规模部署的时机取决于几个重要因素。

1.1 标准流程

R15标准的两个版本（Option3和Option2）分别于2017年12月和2018年6月发布，后续版本（Option4/7）于2019年6月发布。真正实现5G所有功能的R16标准将于2020年3月发布，并于同年6月定稿。从标准制定流程来看，目前的网络仅支持eMBB和基本URLLC业务。

1.2 芯片和设备已成熟

2019年1月，IMT-2020（5G）推进组在北京召开的5G技术研发测试第三阶段总结会议上宣布，5G第三阶段测试已基本完成。5G基站和核心网设备均支持非独立组网和独立组网模式，主要功能符合预期，已达到预商用水平。

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.

表1和表2分别展示了5G网络侧和终端侧主要产品的供应流程。

1.3 基本资源储备

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.

现有基站和楼面资源已承载三大电信运营商不同标准和频段的2G/3G/4G网络设备，共建共享程度很高。因此，增设5G接入单元（AAU）难度较大，尤其难以满足多运营商同时部署的需求。在进行大规模部署之前，需要对现有基站和系统进行细化、整合和优化，以提高现有站点的可用性和价值。

1.4 Application maturity

5G的设计目标是全面满足三大场景（eMBB/uRLLC/mMTC）的需求，从以C为主导的模式演进为C与B协同飞行的模式。从某种意义上说，5G的使命是通过与垂直行业的融合，全面赋能各垂直行业，推动社会各领域的信息化和智能化升级。目前，5G与垂直行业的融合应用仍处于初步探索阶段（如图1所示）。电信运营商通过各种5G+应用演示展示网络能力和应用前景，搭建平台、构建圈子、形成联盟，实现相互渗透、相互影响，推动5G应用的真正商用成熟，进而促进更完善的网络建设。

图1 5G应用开发阶段及典型应用

1.5 地方政府支持

基于标准和技术的成熟，地方政府出台政策支持5G相关基础设施和产业发展，并制定了明确的行动计划和发展目标。以《浙江省人民政府关于加快发展5G产业的实施意见》为例，针对两个时间节点（2020年和2022年）制定了详细的规划。根据已完成的建设任务和网络覆盖目标，到2022年，5G能够在各个经济社会领域得到广泛应用和深度融合，达到国际领先水平，构建卓越的5G产业生态系统，成为国家5G网络建设先行区、国际具有影响力的5G产业发展集群区和5G创新应用示范区。

1.6 大规模部署的合适时机

基于以上因素，建议国内5G网络部署步伐如下：2019年，先在重点城市热点区域和需求高的区域启动，然后持续发展推进；2020年，在R16标准正式发布后进行首次大规模部署，网络驱动业务进一步成熟；2022年至2012年，持续扩大网络部署的广度和深度，并根据覆盖范围和业务场景优化网络部署策略和能力，有效匹配和支持各行业与5G的融合发展。

面临的挑战

在标准和设备成熟之后，推进 5G 网络的大规模部署在网络规划、基础资源和工程实施方面仍将面临各种困难和挑战，可以概括如下。

2.1 网络NSA/SA部署的选择

早期阶段，5G主要利用大带宽接入能力来支持VR、AR、4K/8K高清直播回传等大流量业务。为了快速实现5G商用，早期可以部署基于4G核心网EPC的NSA（方案3）。随着标准、设备和行业的成熟，以及对低时延、大连接业务需求的不断增长，构建全面支持5G新业务需求及相关功能的SA（5GC+NR，方案2）网络势在必行。

From the perspective of seizing market opportunities, it is necessary to quickly deploy the 5G network based on NSA and then transform and upgrade it to the SA network. From the comprehensive construction cost (TCO) analysis, the cost of building NSA first is higher than directly deploying the SA network on demand.

2.2 CU/DU 重建后 gNB 有哪些变化和影响？

5G基站gNB在CU/DU重构后被划分为CU+DU+AAU三个逻辑功能部分，由此引发以下问题：CU/DU的物理实体是联合部署还是分离部署？AAU与DU之间的前传承载采用何种方式？AAU的形态（体积、重量、功耗）会产生哪些影响？无线接入网架构是否需要调整？其中，CU和DU的形态及部署方式最为关键。目前业界提供的设备形态是CU/DU的组合，类似于4G BBU，可以集中部署或分散部署，传输承载分为前传和回传。后期根据业务需求，CU和DU可以作为独立的物理实体，形成三层架构（CU-DU-AAU）。CU的部署位置可以是高位或低位，DU的部署位置也可以根据业务需求进行聚合或分散。传输承载分为前传+中传+回传。

2.3 5G NR接入网络架构是否有任何调整？

自分布式基站（BBU+RRU）出现以来，无线接入网的建设模式主要有两种：DRAN 和 C-RAN。C-RAN 模式利用 BBU 集中节省机房资源，基带资源协同提高了效率，有效降低了远程建设成本，但也增加了传输资源和维护压力。在 5G 时代，C-RAN 的价值更加凸显。面对多样化、灵活的业务场景，无线接入网架构需要更加灵活、稳健，并支持按需接入业务；CU/DU 分离和 DU 聚合有利于 SDN/NFV 的引入，实现灵活的资源编排/切片和网络自动维护；垂直行业融合要求网络功能去中心化、MEC 部署以及媒体表面去中心化。基于 C-RAN 的 5G NR 接入网能够有效支持电信运营商优化连接业务、强化连接应用，并构建与互联网公司正面竞争的能力。当然，这也给机房、线路、光交换机等基础资源带来了巨大的建设和维护压力。

2.4 6GHz 以下频段宏站/微站站点资源满足情况

国内三大电信运营商均已获得6GHz以下频段的5G频谱。就覆盖能力而言，中国移动的2.6GHz频段覆盖能力最强。从行业成熟度分析来看，中国电信和中国联通已获得3.5GHz频段。目前，三大电信运营商拥有非常丰富的2G/3G/4G网络站点资源，但站点产权性质非常分散，包括运营商自有、铁塔公司自有、第三方公司自有以及公共产权（各类灯杆、楼面资源等）。

现有站点的可用性涉及诸多因素。从覆盖范围来看，包括5G基站（2.6/3.5GHz）的覆盖能力、现有站点的满足情况、新站点的获取以及小型和微型基站的杆塔资源获取；从现有资源的改造来看，包括机房设施和高架塔；从网络结构来看，包括C-RAN组网下的基础资源系统问题以及如何锚定4G基站；从满足业务需求来看，分析涵盖不同的价值领域、特殊业务场景以及2B业务的不同网络部署和站点要求。

2.5 支持转型所需的 5G gNB 设备要求

新型5G gNB基站对机房设施和天线设施的要求远高于之前的2G/3G/4G基站。主要原因是新型AAU设备的尺寸、重量和功耗均有所增加。表3为典型设备的当前参数表。

表3 主要厂商5G gNB设备的物理参数

新AAU产品形态和物理参数带来四个因素。

a) 天空空间紧张。在共建共享的背景下，多个运营商和多个系统部署在同一塔上，导致天线资源短缺，难以增设5G AAU设备。

b) 承载要求更高。5G AAU 通常体积较大（超过 35 升）、重量较重（超过 40 公斤），且迎风面面积较大（超过 0.5 平方米）。其塔架工艺改进要求远高于 4G。

c) 景观美化受到限制。现有美化后的天线内部安装空间有限，无法满足5G AAU的安装空间和设备散热要求。

d) 交流/直流供电系统改造。5G系统的加入将对现有基站的交流和直流供电系统提出更高的要求。尤其是在多站点共享的场景下，交流电源容量不足和转换能力不足是5G大规模部署的关键限制因素。供电系统如图2所示。

图2 5G基站交流和直流电源供应系统示意图

2.6 5G室内分布建设模式探讨

室内环境是数据业务高发区域，许多场景也是5G业务的高价值区域。然而，5G室内分布的建设需要面对和考虑以下问题。

a) 多样性。

（a）现有网络室内覆盖建设方式的多样性，包括DAS、小面板、漏电电缆、皮革站等。

（b）5G需要提供多元化的业务支持能力。

（c）面临如何构建多样化的覆盖场景类型的问题。

b) Complexity.

（a）传统DAS是一种被动式房间子系统，无法进行监控和管理。故障修复和新连接都比较困难。

（b）数字会议室分发部署比例不高，无法支持精细化评估和网络资源预测。

（c）改造和维护需要投入大量的人力和物力资源。

c) 价值。

（a）5G 的典型室内商业场景包括 VR/AR、智能制造、智能能源、无线医疗等。

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

d) 经济实惠。

（a）需求巨大，地点众多，因此大多数现有房间都需要升级。

(b) 运营商在4G网络的中后期大规模引入了数字房间分配解决方案。面对5G，数字房间分配的使用量将显著增加，成本也将有效降低。

（c）不同的情况需要采用不同的施工方法才能实现最佳的成本效益。

对策

3.1 总体回应思路

a) 以终为始，提前做好能力储备。深入调研现有站点、机房、传输等资源，以全面覆盖5G SA网络为目标，结合5G NR无线接入网的网络结构调整，并按照C-RAN总体规划，提前进行资源规划和容量预留，形成完整的、可供大规模商用的基础资源（站点、机房、管道、光缆）。

b) 设备已处于待命状态，配套设备也已到位。考虑到初期5G主设备的升级和供应能力，暂不急于全面部署。根据5G综合部署方案的站点部分，将根据需要提前对站点、天线、设备机房等需要改造或新建的设施进行改造，以满足5G快速大规模部署的需求。

c) 设立专项项目，协同推进。为实现5G网络的大规模部署，建立了专门的5G工程实施中心，并采用无线、传输、机房、全方位服务等多专业协同推进模式，以减少专业沟通协调方面的损耗，提高项目建设进度和质量。

d) 先发优势和资源锁定。利用中国移动在5G部署方面的先发优势，结合站点属性，提前锁定优质站点、天线和机房资源，与铁塔公司合作。

3.2 以C-RAN为基础架构，形成基础资源能力储备

在5G大规模部署之前，必须预留基础资源容量。从降低投资和运维成本以及面向未来的技术发展和业务部署等方面考虑，C-RAN被用作5G NR无线接入网的基础设施。C-RAN的规划和建设依赖于综合服务区的建设。整体网络规划和相应的基础资源容量预留可以按照从表面（综合服务区）到点（C-RAN汇聚机房）再到线（前传/回传承载网）的顺序完成。为了更好地实现未来5G无线网络的快速部署，建议在现有4G网络规划中尽早全面开展C-RAN架构演进规划，以适应5G演进。具体建议如下。

a) 以远端RRU站点的前传接入需求为传输业务接入要求，以光缆网络为目标指导，以综合服务区为范围，开展C-RAN区域划分规划。建议单个C-RAN区域包含约8～10个宏站物理点，面积为0.5～5km²，并将一个综合服务区划分为3～4个C-RAN区域。

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) 开展C-RAN演进的前传接入规划：现阶段可考虑采用彩色光纤进行前传传输。根据当前使用的频点数量和后续的频点扩展需求，合理设计一个物理接入点，用于组合、解复用和传输光纤纤芯配置。在远程站点接入点的选择方面，共址站点可优先利用现有光缆线路，例如宏站点利用原有的汇聚接入环，微站点利用原有的上行光缆。整个业务区域内的站点需要调整其连接方式。根据新的站点规划，建议新站点接入附近的二级及以下光交换机，不建议直接接入一级光交换机，这样有助于节省骨干光纤资源。

3.3 提前完成天空表面的优化和整合，以确保现有站点塔架和桅杆的可用性

为了解决 5G 建设中天线资源紧张的问题，在尽可能重复利用旧址的前提下，结合当前天线资源的状况，按照以下优先顺序为 5G AAU 准备高质量的空间：重复利用旧杆 - 建设新杆 - 更换杆 - 天线集成（多端口天线）。

天线集成工作可以在5G大规模部署之前通过一个单独的项目提前完成。建议遵循以下整改原则。

a) 天面整合和改造的范围包括城市地区、县和热点区域。农村地区和交通干线公路沿线地区暂时不纳入天面整合范围。

b) 保持现有天空表面的总数不变，原则上既不增加新的天空系统，也不减少天空系统（只有一个天空表面的站点系统除外）。

c) 尽可能使 5G 天线和现有的 4G 天线共用一个天线系统。

d) During the antenna reconstruction, network optimization and adjustment need to be carried out simultaneously. For the stability of network coverage, during the antenna reconstruction and integration process, try to keep the main 4G coverage layer as fixed as possible.

3.4 交流和直流电源系统的分类转换

交流-直流电源系统改造一方面必须考虑现有站点的现状，另一方面必须考虑5G设备及其后续演进。表4列出了当前交流-直流系统的设备要求。

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

转型原则和步骤：

a) 电源匹配：优先利用原有机房，更换电源和电池，并根据现场条件适当增加电源匹配，以满足 5G 建设的电源建设需求。

b) 外部市电：优先使用原有外部电源。若外部电源不足，可通过电池削峰、扩容等方式解决5G外部电源需求，以最大限度降低建设成本。外部市电转换难度较大，可按图3所示步骤完成转换。

图 3 交流系统改造方案

3.5 基于场景构建差异化房间分配系统

室内分布式网络建设场景众多，建议根据5G业务特点和需求，采取差异化的会议策略。

a) 建议在高价值区域使用数字房间分隔。

b) 对于中等价值区域，使用微型基站+DAS。

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

d) 利用 5G 信息源为现有 DAS 系统提供特定场景所需的信息。

结语

建立正确使用并非 5G 的目的，而有效使用才是 5G 的真正目的。5G网络覆盖将首先在热点地区和高需求地区推出，然后根据用户和服务需求不断发展和推进。5G网络的主要目标是实现万物互联和构建智能社会。因此，其网络部署策略和方法与4G网络有所不同。为了部署稳健、强大且灵活的5G网络，更需要全面考虑资源的各个方面。

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