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本文從分析5G+4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )協(xié)同建設的背景和必要性出發(fā)，指出5G+4G開(kāi)展協(xié)同建設天然具備的頻率、設備和站址等優(yōu)勢。在此基礎上剖析了5G+4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋協(xié)同和容量協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)，并提出了協(xié)同組網(wǎng)方案，基于這種方案，既能應對當前4G網(wǎng)絡(luò )容量挑戰，又能構筑5G領(lǐng)先競爭優(yōu)勢的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)基礎架構，同時(shí)實(shí)現降本增效地打造5G精品網(wǎng)絡(luò )的目標。

作者：孟繁麗、程日濤、堯文彬、楊麗、王申

1 5G+4G協(xié)同建設的有利條件

5G網(wǎng)絡(luò )建設是我國網(wǎng)絡(luò )強國的國家戰略，5G網(wǎng)絡(luò )是實(shí)現產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新升級的關(guān)鍵基礎設施，具有重要的意義。經(jīng)過(guò)多年積累，我國運營(yíng)商已擁有全球最多的無(wú)線(xiàn)基站站址。同時(shí)，與1G/2G/3G/4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)升級不同的是，運營(yíng)商由4G升級到5G網(wǎng)絡(luò )具有先天的巨大優(yōu)勢，除了豐富的站址資源可以共享外，還包括以下共享能力。

（1）頻率共享：5G網(wǎng)絡(luò )分配了多個(gè)頻段的使用許可，其中2.6GHz頻段由5G與4G共享2515~2675MHz共160MHz頻譜資源，這不僅使得運營(yíng)商擁有較低無(wú)線(xiàn)鏈路損耗從而節約建網(wǎng)投入的優(yōu)勢，還可在此基礎上充分利用已有4G 2.6GHz頻段運營(yíng)經(jīng)驗管理5G網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)還可充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈帶動(dòng)能力，更大化地實(shí)現設備能力和終端能力共模。

（2）設備共享：基于頻譜資源帶寬共享，發(fā)展5G+4G共硬件設備，實(shí)現基帶具備不同制式轉換的能力（也稱(chēng)轉模），建設5G網(wǎng)絡(luò )的同時(shí)能夠將富裕網(wǎng)絡(luò )能力兼顧4G業(yè)務(wù)需求，更大化地實(shí)現設備利用效率。

（3）業(yè)務(wù)能力：4G網(wǎng)絡(luò )整體容量仍在增長(cháng)，局部區域頻譜資源不足日益凸顯，用戶(hù)業(yè)務(wù)感知保障壓力不斷增長(cháng)。5G eMBB與4G eMBB同為移動(dòng)數據業(yè)務(wù)，可與4G網(wǎng)絡(luò )實(shí)現業(yè)務(wù)協(xié)同分擔，同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò )能夠提供≥十倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時(shí)延和千億級的連接能力，因此，二者在網(wǎng)絡(luò )能力協(xié)同共享的同時(shí)，更能滿(mǎn)足融合業(yè)務(wù)和差異化業(yè)務(wù)長(cháng)期合力發(fā)展的現實(shí)需求。

4G方興未艾，5G已經(jīng)到來(lái)，5G+4G必將在網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)支撐能力方面長(cháng)期共存。本文將從無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)規劃技術(shù)層面，探索5G+4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，既能充分發(fā)掘4G網(wǎng)絡(luò )現有優(yōu)勢，又能發(fā)揮5G技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )的全新能力，以二者協(xié)同的更大合力實(shí)現降本增效的網(wǎng)絡(luò )建設和運營(yíng)，同時(shí)有利于網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)發(fā)展。

2 5G+4G網(wǎng)絡(luò )覆蓋協(xié)同建設的關(guān)鍵技術(shù)分析

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋的主要目標是聚焦建網(wǎng)價(jià)值區域，盡可能地以最合理的網(wǎng)絡(luò )結構、非常優(yōu)秀的設備選型和非常好的投資性?xún)r(jià)比實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的覆蓋目標。在用戶(hù)需求與技術(shù)演進(jìn)同時(shí)發(fā)展的情況下，無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò )逐漸向一種新型的組網(wǎng)架構演進(jìn)，在保持現有室外蜂窩網(wǎng)絡(luò )結構相對穩定的情況下，在5G+4G協(xié)同發(fā)展初期，有如下方面的關(guān)鍵內容。

2.1 5G+4G站址資源共享技術(shù)

2.1.1 充分利用已有5G+4G站址共享

在共用的2.6GHz頻段上，5G網(wǎng)絡(luò )覆蓋與業(yè)務(wù)能力優(yōu)于4G制式，因此4G和5G具備共享站址的能力，在組網(wǎng)規劃技術(shù)方面可充分利用已有基站站點(diǎn)機房配套，開(kāi)展快速、低成本建網(wǎng)。

在這種基礎上，不同于以往的全網(wǎng)標準化指標建網(wǎng)目標，5G網(wǎng)絡(luò )建設可基于“1：1”共享站址實(shí)現彈性指標建網(wǎng)。這種建網(wǎng)思路立足于4G原址升級5G情況下，網(wǎng)絡(luò )覆蓋及業(yè)務(wù)指標將優(yōu)于4G，同時(shí)考慮到不同的場(chǎng)景時(shí)，4G制式宏站站間距存在差異，因此5G目標網(wǎng)規劃的宏站站間距可立足實(shí)際，以存量全量物理站址為基礎，以不同的規劃指標（如可分別設定挑戰指標、基準指標和更低指標等方式）為目標，篩選理想結構站點(diǎn),對不同的區域適配性?xún)r(jià)比更好方案，確保投資效益。

2.1.2 天面共享

公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和技術(shù)迭代更新，存在2G/3G/4G天線(xiàn)點(diǎn)位多和空間受限等問(wèn)題。5G AAU因其技術(shù)特性需單獨占用1副天面，因此需對4G/5G天饋系統協(xié)同考慮進(jìn)行整合收編，天饋整合非常好的目標為單小區2~3副天面，即FDD、TDD、5G各1副天面或4G、5G各1副天面。以有效匹配、適度超前為原則，精準開(kāi)展配套建設，通過(guò)設計合理的天饋改造方案實(shí)現已有資源與未來(lái)發(fā)展需求的整合，可以精準建設，降低租金和建設成本。

2.2  5G+4G設備共享技術(shù)

2.2.1 設備能力的共享

與2G向3G、3G向4G網(wǎng)絡(luò )制式演進(jìn)不同的是，5G網(wǎng)絡(luò )基于已有成熟的4G網(wǎng)絡(luò )相同的頻譜資源，這就可以充分發(fā)揮4G D頻段成熟產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢，在已有設備基礎上，實(shí)現5G+4G基站共硬件，從而更大化地實(shí)現5G新技術(shù)前移。

為充分發(fā)揮5G設備的能力，同時(shí)兼顧到4G網(wǎng)絡(luò )需要，對5G新設備提出以下幾方面的能力要求。支持160MHz全頻譜帶寬的能力、支持SA/NSA共模的能力、支持5G+4G共模/轉模的能力和支持功率動(dòng)態(tài)共享能力。目前國內外廠(chǎng)家均已完成設備研發(fā)，可實(shí)現規模供貨。

在這種情況下，5G新建基站均可按照“共站、共框、共板、共天線(xiàn)”方式實(shí)現資源共享，避免獨立建設造成浪費，從而充分發(fā)揮單比特建設成本和運營(yíng)成本優(yōu)勢。

2.2.2 設備建設的協(xié)同

當5G+4G共址建設時(shí)，可以采用5G基站反向開(kāi)通4G功能的共模方式建設,以同時(shí)滿(mǎn)足兩網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求。在設備安排上，原有4G D頻段窄帶設備（60MHz）RRU支持頻段與5G設備重合，可考慮拆遷到外圍區域以繼續發(fā)揮其容量能力，避免設備浪費，遷移到需求區域的新選址補盲或者已有站址補充容量需求。對帶寬富裕的物理扇區，可同步考慮F頻段拆除，此時(shí)可利舊整套4G基帶和射頻設備，投資節約做到更大化。對于天面資源競爭激烈的平臺，窄帶RRU拆除后，抱桿資源有被占用的風(fēng)險，需盡量規避。

若不拆除4G D頻段設備，需考慮其設備頻率與NR協(xié)同的要求，由于這部分設備只支持60MHz帶寬且與5G初期規劃頻段部分重合（重合部分為40MHz帶寬），同時(shí)4G設備移頻能力較差，勢必造成生命周期較短。另外，還需考慮到這種情況下，非共模設備較難實(shí)現頻段內聯(lián)合傳輸和資源共享等技術(shù)手段，4G網(wǎng)絡(luò )性能將受到一定程度的影響。

根據以上分析，我們在開(kāi)展建設的時(shí)候，通常采用拆除老舊D頻段設備，同時(shí)通過(guò)5G反向開(kāi)通4G功能的方式彌補4G網(wǎng)絡(luò )覆蓋與容量的需求。

2.3   5G+4G頻率共享技術(shù)

5G商用初期，網(wǎng)絡(luò )承載業(yè)務(wù)較少，此時(shí)，通過(guò)功率共享技術(shù)實(shí)現制式間160MHz頻譜資源的分配與調整，兼顧5G+4G雙制式網(wǎng)絡(luò )的容量需求，提升頻譜資源利用率。隨著(zhù)5G網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)和業(yè)務(wù)逐漸發(fā)展，最終形成單制式100MHz+60MHz目標方案。

2.3.1 靜態(tài)的頻率分配及共享技術(shù)

在5G建設初期，開(kāi)展4G D頻段清頻的同時(shí)，還需考慮5G和4G頻率資源共享分配方案?？梢园凑彰嫦虍斚?，優(yōu)先滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求的原則，根據不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景按需分配帶寬，采用不同的頻率使用策略。

（1）場(chǎng)景1：4G極熱點(diǎn)、5G業(yè)務(wù)初始階段的場(chǎng)景。此時(shí)，4G業(yè)務(wù)需求高，在頻率分配上優(yōu)先滿(mǎn)足，可考慮4G多留1個(gè)頻點(diǎn)（4*20MHz），5G僅開(kāi)啟80MHz帶寬。

（2）場(chǎng)景2：5G體驗優(yōu)先業(yè)務(wù)演示區域等5G重點(diǎn)場(chǎng)景?？紤]優(yōu)先滿(mǎn)足5G需求，使用2515~2615MHz頻率自下而上連續開(kāi)通100MHz，4G業(yè)務(wù)盡可能地通過(guò)FDD1800MHz、A頻段重耕的方式吸收業(yè)務(wù)量，減少對4G D頻段帶寬需求的頻率使用策略。

2.3.2 動(dòng)態(tài)頻率分配技術(shù)

考慮到5G和4G網(wǎng)絡(luò )長(cháng)期共存協(xié)同發(fā)展的需求，除了以上靜態(tài)的頻率分配與共享機制，還需推動(dòng)產(chǎn)業(yè)界實(shí)現5G設備2.6GHz頻率5G+4G完全動(dòng)態(tài)共享技術(shù)的成熟與應用，提升資源調動(dòng)靈活性，降低網(wǎng)絡(luò )維護成本。

5G+4G動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)可靈活適配小區業(yè)務(wù)需求，實(shí)現在同一塊載波上同時(shí)支持兩種業(yè)務(wù)的隨機調度，從而更加充分地提升設備利用率及160MHz帶寬頻率資源使用效率。載波動(dòng)態(tài)共享實(shí)現機制如下。

通常情況下，5G載波配置4個(gè)UE的工作帶寬（BWP），終端視能力配置1個(gè)或者4個(gè)BWP，當UE從BWP0接入后，視網(wǎng)絡(luò )初始配置接入到對應的BWP。當5G載波與4G同覆蓋時(shí)，5G+4G動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)使得5G載波可實(shí)現對支持多個(gè)BWP的動(dòng)態(tài)調整，從而實(shí)現載波根據需求在休眠與激活兩種狀態(tài)之間變化，這個(gè)過(guò)程即頻譜“重分配”過(guò)程。5G+4G動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)可根據觸發(fā)“重分配”的判決條件，實(shí)現分鐘以上級別的頻譜動(dòng)態(tài)調配。

2.4   5G+4G功率共享

2.4.1 功率協(xié)同配置影響分析

當前5G基站設備可達到240W標稱(chēng)功率（遠期需求320W），考慮D頻段為5G分配100MHz帶寬、4G分配20MHz帶寬時(shí)，5G可滿(mǎn)足200W滿(mǎn)功率配置。如果4G需要更多的載波配置，則將出現功率受限的情況，此時(shí)，需考慮5G+4G功率分配以更大化網(wǎng)絡(luò )性能。

首先分析不同功率配置對容量影響：當4G新增開(kāi)通2~3個(gè)D頻段載波（且通過(guò)5G反向開(kāi)通4G后具備3D-MIMO能力）、同時(shí)每載波按照2W/Hz的功率譜密度進(jìn)行滿(mǎn)功率配置，此時(shí)，5G剩余配置160W功率，5G網(wǎng)絡(luò )將由于功率的降低帶來(lái)約10%的容量損失，而同時(shí)4G網(wǎng)絡(luò )由于功率充足，可獲得高于低功率配置時(shí)42%的容量提升。不同的功率配置對容量的損失比例計算結果見(jiàn)表1。

表1 不同功率配置對4G和5G網(wǎng)絡(luò )容量的影響

接著(zhù)分析不同功率配置對覆蓋影響。如圖1所示，從試驗網(wǎng)測試數據結果可以看到，同等站距條件下，即使將5G功率降為120W，下行覆蓋性能依然優(yōu)于功率滿(mǎn)配時(shí)3.5GHz的5G制式能力。

圖1 不同功率配置對5G網(wǎng)絡(luò )覆蓋的影響

2.4.2 分場(chǎng)景功率協(xié)同配置方案

由以上分析可以看到，5G功率降低造成的性能損失較小，但能帶來(lái)明顯的4G性能增益。同時(shí)考慮到5G初期階段，4G網(wǎng)絡(luò )的覆蓋和容量需求仍是重中之重。因此，在240W發(fā)射功率的設備條件下，應按照面向當下，優(yōu)先滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求的原則，不同帶寬時(shí)5G+4G功率分配建議如圖2所示。

圖2 不同帶寬時(shí)，5G+4G功率協(xié)同配置建議

（1）場(chǎng)景1：考慮到在5G初期階段4G網(wǎng)絡(luò )的覆蓋和容量仍是重中之重，應優(yōu)先滿(mǎn)足4G的頻率和功率需求，建議優(yōu)先為4G分配2W/MHz功率資源，再將剩余的功率資源分配給5G網(wǎng)絡(luò )。

（2）場(chǎng)景2：在具有演示意義的場(chǎng)景或其它重要區域，為提供接近理論速率的業(yè)務(wù)體驗，應為5G配置2515~2615MHz共100MHz帶寬資源，并按照2W/MHz的功率譜密度分配5G功率。同時(shí)，可在D3頻點(diǎn)反向開(kāi)通4G 3D-MIMO吸收存量4G容量。

3 5G+4G網(wǎng)絡(luò )容量協(xié)同建設

3.1 環(huán)境的變化導致4G業(yè)務(wù)發(fā)展存在不確定性

5G強國戰略將促使行業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生深刻變化，同時(shí)，管控新政的實(shí)施也導致4G未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展存在不確定性。

首先，5G強國戰略及可能出現的新業(yè)務(wù)，將刺激移動(dòng)總流量增長(cháng)，預期將同時(shí)帶動(dòng)4G業(yè)務(wù)同步發(fā)展。

其次，5G終端快速發(fā)展，將推動(dòng)5G消費產(chǎn)業(yè)，從而促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò )形成對4G的有效分流。一是5G終端形態(tài)發(fā)展迅速，種類(lèi)豐富。二是5G終端價(jià)格不高于4G。2020年第2季度起，廠(chǎng)商逐步推出中低端5G手機，預計2020年底手機價(jià)格降到1000~2000元。

再次，政策因素帶來(lái)競爭環(huán)境變化。從長(cháng)期考慮，會(huì )對4G網(wǎng)絡(luò )流量增長(cháng)起到一定的抑制作用。2019年9月1日全面停售流量暢享套餐。10月起，主管部門(mén)對3大運營(yíng)商新增管控要求，有望改善競爭環(huán)境，進(jìn)一步提質(zhì)增效。

在4G業(yè)務(wù)經(jīng)歷了移動(dòng)業(yè)務(wù)需求發(fā)展推動(dòng)和不限量套餐等帶來(lái)的流量爆發(fā)高峰之后，目前出現了以上諸多因素將深刻影響到4G業(yè)務(wù)發(fā)展，給其帶來(lái)不確定性，4G業(yè)務(wù)發(fā)展的拐點(diǎn)處于臨界階段，過(guò)于謹慎或者過(guò)于豪放的擴容策略都將帶來(lái)?yè)p失。在這個(gè)時(shí)期，為確保用戶(hù)感知同時(shí)不產(chǎn)生投資浪費，對4G網(wǎng)絡(luò )的擴容需更加精確化規劃，充分利用新增的5G資源提供給存量4G使用，來(lái)實(shí)現降本增效。

3.2  5G反向開(kāi)通4G功能是5G+4G容量協(xié)同的重要技術(shù)手段

在這種情況下，充分利用設備共模/轉模能力，通過(guò)在5G基站反向開(kāi)通4G功能是5G+4G容量協(xié)同的重要技術(shù)手段。

3.2.1 5G反向開(kāi)通4G功能的工程實(shí)現方式

利用5G宏基站設備反向開(kāi)通4G功能時(shí)，均需為4G功能再購買(mǎi)一套BBU基帶板硬件及硬件許可、AAU通過(guò)饋入方式共用5G設備、RRU軟件許可利舊原4G基站清頻退出的軟件許可。

3.2.2 5G反向開(kāi)通4G功能的載波帶寬等效容量能力

根據試驗網(wǎng)測試數據，針對不同的5G基站通道能力，實(shí)現反向開(kāi)通后，20MHz載波帶寬吞吐能力可等效于4G載波倍數，見(jiàn)表2。

表2不同通道類(lèi)型5G基站反向開(kāi)通4G的網(wǎng)絡(luò )性能對比

3.3  5G+4G協(xié)同保障4G網(wǎng)絡(luò )容量規劃方法

根據以上業(yè)務(wù)發(fā)展和5G+4G協(xié)同實(shí)現方式分析，精確規劃4G網(wǎng)絡(luò )擴容需與5G網(wǎng)絡(luò )建設節奏緊密結合，因此，4G擴容策略分為以下場(chǎng)景考慮。

（1）場(chǎng)景1：在5G規劃區域，利用5G反向開(kāi)通4G功能彌補4G D頻段清頻帶來(lái)的4G性能損失，兼顧部分容量增長(cháng)需求。

（2）場(chǎng)景2：在非5G規劃區域，充分利舊5G規劃區拆除的軟硬件資源，通過(guò)設備利舊實(shí)現增容和容量分擔。

3.3.1 通過(guò)5G反向開(kāi)通4G功能彌補4G D頻段清頻帶來(lái)的4G性能損失

D頻段在4G網(wǎng)絡(luò )發(fā)揮重要的作用，以D頻段加F頻段站址形成良好的綜合覆蓋，尤其D頻段站址更加豐富，需充分考慮清頻后，對連續覆蓋基礎底層網(wǎng)的影響。

5G初期工程建設將集中在城市密集區域，而這些區域正是4G D頻段站點(diǎn)集中的區域，D頻段載波占比和容量吸收比例都更高。在5G網(wǎng)絡(luò )建設同時(shí)，充分發(fā)揮5G+4G協(xié)同作用，利用5G反向開(kāi)通4G功能的技術(shù)特性來(lái)補充D頻段清頻后4G網(wǎng)絡(luò )的容量和覆蓋需求。

3.3.2 小區級4G容量保障的路徑選擇策略分析

4G網(wǎng)絡(luò )經(jīng)過(guò)多期建設，其站型組成非常復雜。以室外小區的所屬天面為統計粒度，覆蓋一片物理區域的4G物理扇區包含多個(gè)邏輯小區種類(lèi)，如單D扇區（1D/2D/3D小區）、F/D扇區（1F1D/1F2D等）、單F扇區、D/F/FDD混合扇區等。另外，4G網(wǎng)絡(luò )擴容可用的頻段資源有6種：TD-L制式的F頻段、A頻段、D頻段，5G反向開(kāi)通4G功能的D頻段，FDD制式1800MHz及900MHz頻段，考慮到工程實(shí)施時(shí)，還將涉及到新增硬件和軟件擴容等具體實(shí)現方式，可以選擇的擴容手段更多。這種已有站型結構和可選實(shí)施方式均存在物理上的構成復雜度，也必然帶來(lái)不同扇區擴容時(shí)，在選擇擴容制式和使用頻段方面的復雜性。

由于5G反向開(kāi)通4G功能仍需一部分新增投資，此處，以投資效益更大化的方式舉例，在考慮4G擴容策略時(shí)，優(yōu)先考慮網(wǎng)內其他小區FDD 1800MHz/F/A載波能力調度，不能滿(mǎn)足需求時(shí)，再考慮以5G反向開(kāi)通4G功能補充。每物理扇區的擴容策略如圖3所示。

圖3 投資效益更大化場(chǎng)景的4G扇區容量保障擴充策略

當考慮不同的建設策略時(shí)，如以4G網(wǎng)絡(luò )性能更優(yōu)化為目標或以工程實(shí)施難度最簡(jiǎn)化為目標時(shí)，存在不同的路徑選擇。由此也可以看到，5G+4G容量協(xié)同方案的復雜度帶來(lái)規劃方案編制難度成倍提高，如果將以上協(xié)同需求和算法通過(guò)工具化的方式，實(shí)現小區級容量協(xié)同自動(dòng)選擇，將極大地降低規劃難度，靈活完成多種策略選擇和對比。

4 結束語(yǔ)

我國從國家戰略層面提出通過(guò)5G助推制造強國，網(wǎng)絡(luò )強國建設， 5G網(wǎng)絡(luò )建設需求成為當下全面構筑經(jīng)濟社會(huì )數字化轉型的關(guān)鍵基礎設施。如果在工程規劃時(shí)可以充分貫徹和深入思考5G+4G協(xié)同發(fā)展理念，整合5G和4G網(wǎng)絡(luò )在技術(shù)標準和工程建設的協(xié)同優(yōu)勢，既能保持對大量已有4G用戶(hù)的服務(wù)品質(zhì)，又能提升5G網(wǎng)絡(luò )建設的質(zhì)量。

參考文獻

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