5G基站設(shè)備的物理特性和工程特點介紹

工信部下發(fā)5G商用牌照后，我國運營商已開始在全國范圍內(nèi)大規(guī)模開展5G工程建設(shè)。11月1日，我國正式商用5G網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過幾個月建設(shè)，運營商逐步發(fā)現(xiàn)了在5G基站建設(shè)中存在很多問題亟待解決，不能照搬LTE時代的建設(shè)模式，而要根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的新特性進(jìn)行組網(wǎng)的全盤考量。在基站高速度、高質(zhì)量建網(wǎng)的同時，要注意合理規(guī)劃設(shè)計網(wǎng)絡(luò)、減少基站配套改造內(nèi)容、降低對現(xiàn)網(wǎng)質(zhì)量的影響。

為了滿足5G三大特性（eMBB、uRLLC、mMTC）的需求，以達(dá)到智慧城市、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無人駕駛等新場景的應(yīng)用需求，合格的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋必然需要部署更多的基站，必然帶來基站共享率的大大提升，這進(jìn)一步加劇了5G基站建設(shè)的困難程度。

筆者調(diào)研某一線城市無線基站配套情況如下：93%站點電源存在外電不足、整流不夠、空開容量太小等電源問題；92.5%站點天饋需二次改造，要進(jìn)行天線整合、桿體改造、新增桿體；25%的租用機(jī)房站點無法直接安裝BBU，75%的一體化機(jī)柜無空間新增BBU。

綜合以上因素可以基本判斷出，約有96.2%的站點需開展配套改造工作，這將給當(dāng)前5G建設(shè)帶來很大的工作量。

5G基站建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)當(dāng)前5G設(shè)備具有重量重、功耗高、傳輸資源消耗多等特點，在5G配套改造過程中會面臨一系列挑戰(zhàn)。在工程建設(shè)中，需熟悉這些限制條件，做好規(guī)劃。具體分析了三大主流設(shè)備廠家現(xiàn)階段5G設(shè)備的特性及與4G設(shè)備的對比情況見表。

分析對比數(shù)據(jù)后可以發(fā)現(xiàn)，5G設(shè)備物理特性和工程特點如下。

?重量重。5G AAU集成了RRU和大規(guī)模MIMO天線，主流天線集成了64TR的196陣子，重量達(dá)40~47kg，普通抱桿承重要求不高于47kg，5G AAU需要單獨抱桿，這給天面空間帶來壓力。

?功耗高。典型的一套5G宏基站包含1個BBU+3個64T64R的AAU，功耗約為3.5kW，是4G基站設(shè)備功耗的2～3倍。為滿足5G設(shè)備供電需求，現(xiàn)網(wǎng)大量基站需進(jìn)行機(jī)房外電和室內(nèi)電源的改造。

?傳輸資源消耗大。5G基站前傳典型的需要3對25G纖芯，后傳需要1對纖芯，給傳輸組網(wǎng)和設(shè)備替換更新帶來了壓力。

?租金電費高。增加一套5G，系統(tǒng)運營商將增加30%的鐵塔租金，如果需要對外電和其他配套進(jìn)行改造，租金將進(jìn)一步提高。5G設(shè)備的高功耗也給電費成本帶來巨大壓力。

5G基站建設(shè)的思路探討5G基站建設(shè)的傳統(tǒng)思路5G建設(shè)前期，為快速有效建站，各大運營商都在積極搶占機(jī)房電源、機(jī)房空間、天饋桿體資源，誰動作快誰就占優(yōu)，誰就能在5G工程建設(shè)中力拔頭籌?；举Y源并沒有得到統(tǒng)一合理協(xié)調(diào)，造成重復(fù)建設(shè)和改造，這種無序建設(shè)導(dǎo)致整體工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后。

運營商當(dāng)前的建站策略延續(xù)了4G時期的經(jīng)驗，一般從機(jī)房電源、機(jī)柜設(shè)備安裝空間、天面安裝空間、替換更新傳輸設(shè)備等幾個關(guān)鍵點來開展5G配套改造工作，遇到電源容量不足就擴(kuò)容，遇到天饋緊張就新增或改造桿體，遇到機(jī)房安裝空間不足就將4G/5G BBU融合，遇到傳輸資源不足就新增或改造光纖資源等。

這些配改工作毋庸置疑是可以解決當(dāng)前建設(shè)存在的問題的，但在實際實施過程中會遇上各種困難導(dǎo)致建設(shè)進(jìn)展緩慢，如不同專業(yè)、不同工種的施工單位多次進(jìn)場，造成物業(yè)協(xié)調(diào)進(jìn)場困難，由于新增設(shè)備，容易就物業(yè)費產(chǎn)生新的糾紛等。據(jù)實際調(diào)研分析，導(dǎo)致工程進(jìn)展滯后的因素中物業(yè)協(xié)調(diào)原因超70%；新引入一條外電施工周期長、報建困難、費用昂貴；鐵塔部門就三大運營商5G改造或新增資源協(xié)調(diào)困難，往往就資源占用問題反復(fù)溝通無果；一體化柜大面積使用造成了新增5G BBU困難，將4G/5G BBU融合在一起，需進(jìn)行割接斷網(wǎng)工作，這對現(xiàn)網(wǎng)會造成極大影響，各方面協(xié)調(diào)困難，作業(yè)周期長。

5G基站建設(shè)的新思路5G基站建設(shè)涉及到電源、安裝空間、天饋、傳輸?shù)葍?nèi)容，同時應(yīng)兼顧改造施工周期、成本、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)影響及后續(xù)擴(kuò)容，在滿足進(jìn)度、成本、質(zhì)量的同時完成既定的5G配改任務(wù)。在基站建設(shè)的傳統(tǒng)思路中，常規(guī)配改方案進(jìn)展緩慢，可以采取新的思路和工作方法取得突破。

（1）機(jī)房建設(shè)新思路

5G網(wǎng)絡(luò)有3種部署方式：C-RAN、D-RAN、CU云化部署，如圖1所示，其中現(xiàn)階段采用CU/DU合設(shè)的方式，主要是C-RAN（集中式）、D-RAN（分布式）兩種方式，后期依據(jù)5G的發(fā)展采用CU云化部署這種靈活架構(gòu)支持多種業(yè)務(wù)需求。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)3種部署方式

D-RAN利用原有分布式物理形態(tài)部署，采用上述傳統(tǒng)方案進(jìn)行配套改造工作，施工周期長、進(jìn)展較慢、費用高，同時BBU間協(xié)同處理能力弱，后期升級至CU云化部署需二次改造。

C-RAN可以集中多個BBU，一次性解決周邊若干站點機(jī)房改造問題，實現(xiàn)快速部署，費用低。同時多個BBU間協(xié)同處理能力強，綜合成本低，有利于后期升級至CU云化部署架構(gòu)，無需二次改造。

C-RAN可采用運營商自有物業(yè)集中機(jī)房，稱為小C-RAN，一般可集成4~8個BBU；也可采用傳輸匯聚機(jī)房，稱為大C-RAN，一般可集成6~15個BBU，通常優(yōu)先選擇大C-RAN建設(shè)，其次選擇小C-RAN。

在進(jìn)度上，采用C-RAN自有機(jī)房無需物業(yè)協(xié)調(diào)進(jìn)場施工，大大縮短工期，同時減少了機(jī)房內(nèi)、外電的改造內(nèi)容，進(jìn)一步縮短了工期。

在成本上，C-RAN采用自有機(jī)房，無需向鐵塔支付租金，并可逐步將周邊2G/4G BBU整合進(jìn)來，2G/4G BBU集中搬遷后的空置機(jī)房，能夠退租退費的基站機(jī)房，應(yīng)盡快完成退租，降低租賃和維護(hù)成本，對于暫不能退租的獨享基站機(jī)房，可考慮關(guān)閉部分或全部空調(diào)，降低電費支出。

在質(zhì)量上，C-RAN中多個BBU間協(xié)同處理能力強，容易實現(xiàn)載波調(diào)度功能。

在傳輸資源上，C-RAN可用無源波分復(fù)用等新型傳輸方案，可大大節(jié)省纖芯資源，降低成本。

現(xiàn)網(wǎng)中并不是所有站點都能集中到C-RAN機(jī)房中，也不是所有站點采用D-RAN方式進(jìn)展就慢。因此5G機(jī)房采用C-RAN與D-RAN相結(jié)合建設(shè)模式，統(tǒng)籌兼顧，因地制宜選擇最合理的方案，即具備條件優(yōu)先上C-RAN，不具備條件上D-RAN。

（2）天饋電源改造新思路

對于采用D-RAN建設(shè)的站點，由于機(jī)房電源改造已完成，AAU電源可直接采用直流方案，即AAU直接從機(jī)房取直流電。對于采用C-RAN建設(shè)的站點，由于現(xiàn)場無機(jī)房，可以現(xiàn)場安裝簡易電源供電，對于一些不重要的站點，為節(jié)省成本可采用交流方案，直接使用業(yè)主天面的市電，采用交轉(zhuǎn)直模塊實現(xiàn)AAU電源供給，如圖2所示。

圖2 AAU供電方案

（3）天饋桿體改造新思路

由于電信和聯(lián)通宣布共建5G網(wǎng)絡(luò)，其5G頻譜又相鄰，因此可共用一套AAU?？紤]抱桿承重問題，5G AAU建議采用獨立抱桿建設(shè)方式。

移動獲得FDD牌照后，已全面大范圍開通了FDD網(wǎng)絡(luò)并反向開通GSM制式，原本吸收容量最大的TDD-D頻已顯得不是那么重要，再加上D頻和移動5G頻譜容易發(fā)生混疊，對于開通了FDD的站點，應(yīng)加快對原D頻的移頻甚至清頻，利用移頻后天線空出抱桿安裝5G AAU，使4G D頻和5G共用AAU天線。當(dāng)前站點D頻開通率很高，因此無需經(jīng)過復(fù)雜的天饋改造就可實現(xiàn)4G和5G天饋融合。

對于需要通過天線整合騰挪抱桿或新增抱桿的場景，需綜合考慮投資與成本因素，優(yōu)化配置，在不影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的情況下，選擇投入較低、改造簡單的天饋建設(shè)方案。幾種經(jīng)過實際驗證可行的方案如圖3所示。

圖3 天饋改造方案

總結(jié)隨著5G正式商用的臨近，5G工程建設(shè)前期采用了前代移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的傳統(tǒng)思路展開配套改造，受實際工程中技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上等多方因素的制約，目前在總體進(jìn)展上顯現(xiàn)出一系列瓶頸。為此，需對這些情況進(jìn)行分析總結(jié)，加以改進(jìn)，做出科學(xué)謀劃，否則將會在傳統(tǒng)建設(shè)思路上消耗極大的資源而無法取得預(yù)期成效。通過分析造成工程進(jìn)度慢、費用超支、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量受影響的傳統(tǒng)建設(shè)方案的因素，提出更加可行的5G基站建設(shè)模式、電源選擇方案、天饋桿體改造等工程建設(shè)新思路，實現(xiàn)5G建設(shè)的降本增效。5G投資規(guī)模巨大，運營商在基站配改過程中應(yīng)盡量利舊原有基站資源，采用新的建設(shè)思路，最大程度地實現(xiàn)快速高效的5G網(wǎng)絡(luò)部署。
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