國內(nèi)5G工程建設面臨的6大挑戰(zhàn)

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原標題：國內(nèi)5G工程建設面臨的6大挑戰(zhàn)

2019年被很多人認為是5G建設元年，但是，5G建設要面臨的這些難題，你清楚幾個？

1  網(wǎng)絡云化帶來的規(guī)劃和運維挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡全面云化，在帶來功能靈活性的同時，也帶來很多技術(shù)和工程難題。

（1）網(wǎng)絡云化使跨層故障定界定位困難，后期升級過程也更加復雜而低效。

（2）邊緣計算的引入使網(wǎng)元數(shù)目倍增，也會導致建設和維護工作量成倍增加，問題增多，問題定位難度增大等問題。

 （3）微服務化，用戶更多的定制業(yè)務，也給業(yè)務編排能力提出了極高的要求。

（4）傳輸方面，海量隧道動態(tài)變化，人工規(guī)劃和分析調(diào)整無法滿足業(yè)務需求；高精度時鐘的建設和維護要求高、難度大，需要新的支撐手段。大寬度傳輸，一旦出現(xiàn)故障，需要更快恢復的技術(shù)手段，否則將導致更大影響和損失。

2  網(wǎng)絡演進、高密度組網(wǎng)、多天線、多業(yè)務等帶來的規(guī)劃和建設難題

5G 建設初期如果采用 NSA 架構(gòu)，4G 網(wǎng)絡與 5G 網(wǎng)絡緊耦合，帶來站址約束、互操作配置復雜等問題，后續(xù)向 SA 演進還需多次網(wǎng)絡大規(guī)模調(diào)整。

受 5G 高頻段影響，5G 基站覆蓋范圍小，需高密度組網(wǎng)以及更多的站型，這給無線網(wǎng)規(guī)劃、建設和維護都帶來成倍增加的工作量和難度。

MassiveMIMO 與波束賦形等多天線技術(shù)，使得 5G 網(wǎng)絡規(guī)劃不僅僅考慮小區(qū)和頻率等常規(guī)規(guī)劃，還需增加波束規(guī)劃以適應不同場景的覆蓋需求，這使得干擾控制復雜度呈幾何級數(shù)增大，對網(wǎng)絡規(guī)劃和運維優(yōu)化帶來極大挑戰(zhàn)。

3.5GHz 的 5GNR 采用 TDD 雙工方式，對時鐘同步要求高，失步將導致大范圍干擾。工程上全網(wǎng)采用 1588V2 時鐘尚屬首次，由此帶來的網(wǎng)絡安全風險很大。

5G 部署初期基于 eMBB 業(yè)務需求進行網(wǎng)絡部署，滿足公眾寬度數(shù)據(jù)業(yè)務需求。后期大規(guī)模機器通信 mMTC 及超高可靠與低延遲通信URLLC 將主要面向垂直行業(yè)、工業(yè)控制、城市基礎設施等領域，網(wǎng)絡部署區(qū)域、業(yè)務感知需求都差異甚大，可能需要進行大的網(wǎng)絡調(diào)整或新的載波。

3  高頻率、高功耗、大帶寬給基站建設帶來的難題

（1）天面空間緊張，為5G騰挪天面而進行天線整合會影響2 3 4G網(wǎng)絡

與 4G 宏站的 RRU+天線的安裝方式不同，5G 宏站通常采用 AAU 的形態(tài)，即 RRU 與天線集成在一起，內(nèi)含 192 或 128 天線陣子，組成二維平面陣列有源天線。典型 5GAAU 的形態(tài)與規(guī)格見下圖。

典型 5G AAU 的形態(tài)與規(guī)格

由于 5GAAU 中 RRU 與天線不可拆分，且不兼容 1.8G/2.1G/2.6G等其它頻段，所以只能與現(xiàn)網(wǎng) 234G 無源天線相互獨立部署，故而，一個三扇區(qū)的 5G 宏站需要增加三副體積龐大的 AAU，爭奪原本 2G、3G、4G 就已擁擠的天面空間，尤其是聯(lián)通、電信、移動三家運營商共享的站址，很容易出現(xiàn)由于天面空間不足而導致站點不可用的情況，這極大地增加了 5G 網(wǎng)絡選址和建設難度。根據(jù)運營商的調(diào)研結(jié)果顯示，28%的站點有天面整合的需求。

天面空間資源緊張（示例）

工程上可以考慮天面改造，比如采用多端口天線整合 2/3/4G天線。但這樣的天線改造除帶來成本上升的壓力以外，由于 2/3/4G多制式網(wǎng)絡緊耦合，尤其天線方向角不再能夠獨立可調(diào)，在 2/3/4G網(wǎng)絡拓撲差異較大的情況下，必然會難以協(xié)調(diào)各網(wǎng)的覆蓋，帶來多網(wǎng)覆蓋質(zhì)量下降。

（2）天線抱桿承重要求高，很多燈桿站無法滿足安裝要求

5GAAU 通常體積大（逾 35L）、重量高（逾 35Kg）、迎風面大（逾0.5m2），天線抱桿要求明顯高于 4G。另外，由于 AAU 為有源、高功耗設備，其所需的-48V 直流電源線及地線線徑要求在 16-25mm2以上，這些電源線和地線從抱桿底部一直延伸至安裝 AAU 的抱桿頂部，這些電線的自重也會給天線抱桿強度帶來額外壓力（4GRRU 一般安裝于抱桿底部）。

基于上述分析，多數(shù)燈桿站無法滿足 5GAAU 的安裝要求，這對站址密度要求很高的 5G 網(wǎng)絡部署帶來極大影響。這些燈桿站如不能改造，只能滿足小微基站的安裝要求。

（3）機房空間改造需求大

5G 宏站通常需要與現(xiàn)有 234G 共機房部署，但現(xiàn)有機房未必有足夠空間安裝 5G 基站所需設備，包括 5GDU、電源、傳輸?shù)取Ｈ绻F(xiàn)有綜合柜剩余安裝空間不足，則需要整合現(xiàn)有 234GBBU 設備或者新增綜合柜，或者考慮 5GDU 掛墻安裝、室外安裝（需要新增室外機柜，并需要引入交流電源）。這些因素對 5G 建設工程帶來很大挑戰(zhàn)。

據(jù)運營商統(tǒng)計的部分城市 5G 規(guī)劃站點結(jié)果顯示，這些被統(tǒng)計的站點中，需新增綜合機柜的站點占 20%，需掛墻安裝的站點占 14%，需新增室外機柜的站點占4%，另外還有17%的站址需要進行BBU整合：多制式 BBU 合一。但是，如果不同制式 BBU 設備分屬不同廠商，受設備兼容性及廠商利益平衡壓力，這樣的 BBU 整合幾乎是無法進行的。

（4）機房供電需求高

5GAAU 滿負荷功耗超過 1kw，在 3/4/5G 網(wǎng)絡共站的情況下，站點功耗超過 10kw，如若三家運營商多制式共站，機房供電需求甚至能到達 30kw，現(xiàn)有機房供電能力幾乎肯定無法滿足，需要進行擴容。

另外，備用電池方面很難滿足 2 小時容量保證的需求。

據(jù)運營商統(tǒng)計的部分城市 5G 規(guī)劃站點結(jié)果顯示，這些被統(tǒng)計的站點中，26%的站點交流電不滿足，64%的站電源模塊不滿足，69%的站空氣開關(guān)不滿足，55%的站備用電池不滿足。尤其對于交流電改造需求，改造成本高、周期長，是機房供電改造的最大難點。

（5）站點傳輸資源需求大，改造需求高

5G 空口能提供很高的峰值速率，這也意味著 5G 網(wǎng)絡需要大量光纖傳輸資源。對于 5G 基站而言，中傳或回傳帶寬要求高，對站點的光纖資源消耗也非常大。

1）前傳帶寬

與 4GBBU/RRU 之間的 CPRI 接口不同，5GDU 與 AAU 之間的前傳接口采用新的 eCPRI 接口，以減少對傳輸帶寬的需求。

但是 eCPRI 接口切分點并未實現(xiàn)標準化，各廠商設備之間存在差異，而切分點越靠近底層，所需要的 eCPRI 前傳帶寬也越寬。

另外，所支持載波寬度越寬越寬、天線端口數(shù)越多、所支持流數(shù)越多，所需 eCPRI 接口帶寬也越寬。為減少前傳帶寬需求，通常切分點不宜過低，且采用高效地傳輸壓縮技術(shù)。

通常 64TRx 的 AAU 所需前傳帶寬不超過 25Gbps，可以采用單一的25Gbps光模塊進行傳輸。相比較而言，若仍采用CPRI接口，所需前傳帶寬將高達 300Gbps。

2）中傳/回傳帶寬需求

5G 建設初期優(yōu)先考慮基于 CU/DU 合設的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)來進行部署。在 CU/DU 合設的網(wǎng)絡架構(gòu)下，基站與核心網(wǎng)之間的回傳網(wǎng)絡提供S1/X2 或 Ng/Xn 接口，其傳輸帶寬需求可以基于如下方法估算：對于S111 站型，載波帶寬為 100MHz，終端考慮 2T4R，則單用戶下行峰值速率 1.5Gbps，而小區(qū)峰值速率約 5Gbps，平均速率 1.5Gbps。那么，S111 單站平均速率可達 5Gbps，而峰值速率可達 8Gbps，故單站回傳帶寬需要按照 10Gbps 來進行光纖布放。

隨 5GCU 虛擬化設備逐步成熟以及海量連接場景應用的發(fā)展，后期有可能選擇 CU/DU 分離的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)基帶資源的共享，提升效率，同時降低運營成本和維護費。此時 DU 分布于各物理站點，CU集中布放于綜合接入點、匯聚機房或核心機房，此時 DU 與 CU 之間的中傳接口仍需要考慮 8-10Gbps 的傳輸帶寬。

對于上述 5G 傳輸帶寬需求，現(xiàn)網(wǎng)傳輸條件有相當大比例不能滿足，需要進行傳輸改造。據(jù)運營商統(tǒng)計的部分城市 5G 規(guī)劃站點結(jié)果顯示，這些被統(tǒng)計的站點中，12%的站點需要新增傳輸設備，33%的站點需要擴容傳輸設備，13%的站點需要替換傳輸設備，8%的站點需要擴容光纖資源。擴容光纖資源由于涉及管道改造，實施難度非常之大。

（6）高頻段、多天線使傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)無法適應5G需求

3G、4G 時代，室內(nèi)深度覆蓋的主要方式是布設室內(nèi)分布系統(tǒng)，另外對于較小樓體采用定向天線室外照射的方式，而對于少數(shù)人流密集、容量需求高的場景，如機場候機廳、高鐵候車廳、大型商超等，也引入了小微基站、數(shù)字化室分系統(tǒng)。

到了 5G，主流工作頻段在 3.4-3.6GHz，甚至 4.4-5GHz，而室內(nèi)分布系統(tǒng)的大部分饋線、功分器、合路器、功放器等射頻器件工作帶寬都在 2.5GHz 以下，不能適用于 5G 信號接入。

定向天線室外照射的方式則因高頻段信號更高的建筑物穿透損耗而大大降低覆蓋的有效性。于 1.8GHz 頻段的 4G 信號相比，3.5GHz頻段的5G信號平均穿損大約增大6dB以上，極大降低室內(nèi)覆蓋深度。

目前最可行的 5G 室內(nèi)覆蓋方案是分布式數(shù)字化室分。相比傳統(tǒng)室分等方式，數(shù)字化室分所能提供的容量會有大幅提升，但相應的CAPEX 建設成本也大幅增加。

（7）高頻段及安裝空間限制，使地鐵、高鐵隧道5G覆蓋難以解決

地鐵、高鐵隧道覆蓋方面，傳統(tǒng) 2G/3G/4G 網(wǎng)絡通常采用 BBU+RRU+漏纜的覆蓋方式：隧道場景中，一般每 500 米存在一個 RRU 設備安裝的洞室，RRU 安裝在避車洞內(nèi)，漏纜安裝高度與高鐵列車窗口中部對齊，基站信號通過漏纜輻射，穿透車窗、車體到達車廂內(nèi)用戶。

與室內(nèi)分布系統(tǒng)遇到的高頻挑戰(zhàn)相同，這些隧道覆蓋使用的傳統(tǒng)漏纜在高頻段傳輸損耗很大，通常無法應用于 3.5GHz 頻段 5G 信號。即便是規(guī)格更高、線徑更粗的 3.5GHz 專用漏纜，3.5GHz 信號每百米的傳播損耗仍高達 16dB 以上，比 1.8GHz 高約 8dB。

同時，受安裝條件限制，數(shù)字化室分的方式也不適合地鐵、高鐵隧道布設。又因地鐵隧道空間狹小，僅足夠一列列車通過，上下左右無明顯空間，也不具備安裝大型天線進行照射的條件。

綜上所述，5G 信號引入地鐵、高鐵隧道覆蓋難度很大，對于較短隧道，計算損耗若能滿足，可利舊原有漏纜使用 RRU+漏纜的方式。

若利舊漏纜不滿足 3.5GHz5G 信號引入需求，則考慮新建或替換更粗線徑、支持 3.5GHz 信號傳播的新型漏纜。若鏈路預算分析新型漏纜仍不能滿足，則建議采用波導管替代泄露電纜。而且，考慮最低 4T4R實現(xiàn) 4 流時，需要 4 根波導管，建設成本很高。

4  5G網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集和處理面臨挑戰(zhàn)

考慮到 5G 在推動物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和高級分析計劃方面的潛在作用，數(shù)據(jù)采集和處理策略亟需升級，運營商需要建設高性能的數(shù)據(jù)采集和處理平臺，同時，平臺的滿足實時性任務能力、服務能力、支撐能力都面臨著挑戰(zhàn)。

（1）要求 5G 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集和處理平臺能夠覆蓋大數(shù)據(jù)生態(tài)的各個方面，構(gòu)建全鏈條的大數(shù)據(jù)體系與解決方案；

（2）要求平臺系統(tǒng)中各個模塊之間松耦合設計，具備根據(jù)實際需求提供靈活定制服務的功能；

（3）要求平臺實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)虛擬化，多維度整合異構(gòu)數(shù)據(jù)源，提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務；

（4）要求平臺實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫全覆蓋，能夠高效匯總，處理多種異構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；

（5）要求平臺可支持 PB 級的批量處理任務，解決海量數(shù)據(jù)分析難題。

這些高技術(shù)難度的功能需求給 5G 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集和處理平臺的設計和開發(fā)帶來一定挑戰(zhàn)。

5  5G網(wǎng)絡發(fā)展給仿真軟件平臺建設帶來挑戰(zhàn)

5G 的到來將帶來更大規(guī)模的移動數(shù)據(jù)業(yè)務，而為了實現(xiàn)高速、穩(wěn)定、低延遲等要求，5G 系統(tǒng)有必要采用新型的網(wǎng)絡架構(gòu)，從目前的異構(gòu)網(wǎng)絡發(fā)展趨勢來看，5G 網(wǎng)絡將會是一個高密度新型分布式協(xié)作與自組織組網(wǎng)，各個異構(gòu)系統(tǒng)之間采用無線資源聯(lián)合調(diào)配技術(shù)以達到資源高效利用，提升系統(tǒng)性能。

但這樣的新型網(wǎng)絡架構(gòu)及其相應的關(guān)鍵技術(shù)，也給仿真平臺建設帶來了極大的挑戰(zhàn)。

首先，從內(nèi)存需求和仿真速率來看，在 4G 系統(tǒng)中，多層異構(gòu)網(wǎng)絡的引入已經(jīng)使得仿真內(nèi)存需求很大，在 5G 系統(tǒng)中大規(guī)模 MIMO 技術(shù)的引入將帶來參數(shù)配置復雜、中間數(shù)據(jù)產(chǎn)生與儲存量大、仿真時間較長、用戶交互信息多、評估指標方式方法多樣等難點；

其次，新型網(wǎng)絡架構(gòu)的引入，需要對傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡架構(gòu)進行修改，會影響到系統(tǒng)干擾分布情況，同時分布式協(xié)作處理技術(shù)、自組織網(wǎng)絡等關(guān)鍵技術(shù)的引入也需要對 4G 系統(tǒng)下的仿真模塊進行修改，對仿真平臺的建模帶來挑戰(zhàn)；

最后，現(xiàn)有的仿真平臺存在軟件仿真和專家經(jīng)驗割裂、缺少方案分析和輔助方案等弊端，5G 時代的仿真平臺需要解決這些弊端，實現(xiàn)在一級架構(gòu)下各方協(xié)調(diào)共同操作審核、統(tǒng)一維護等更高效的功能需求，這些需求也增加了仿真平臺的設計開發(fā)難度。

6  信息化和互聯(lián)網(wǎng)+加速勘察設計平臺的應用

5G時代的到來敦促了網(wǎng)絡勘察設計行業(yè)的智能化、平臺化轉(zhuǎn)型。數(shù)字化智能化的勘察設計平臺為傳統(tǒng)業(yè)務的提質(zhì)增效提供了基礎手段。根據(jù)某運營商的現(xiàn)場驗證測試表明：通過使用智能勘察設計平臺，無線單站點查勘設計整體作業(yè)時間可提升 30%左右；同時，借助信息化平臺，節(jié)約了工程各環(huán)節(jié)中所涉及到管理人員、設計人員和建設人員的溝通時間。

雖然智能勘察設計平臺可以解決數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)有缺陷、數(shù)據(jù)表達不清晰、客戶需求有差異、運維管理困難等難題，但也同時對平臺的圖像處理、數(shù)據(jù)處理等能力提出了更高要求，需要依靠括數(shù)據(jù)治理技術(shù)、動態(tài)自適應技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、可視化呈現(xiàn)技術(shù)、運維安全技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)建設平臺，給平臺的設計開發(fā)帶來了技術(shù)難題。

隨著 5G 技術(shù)進一步發(fā)展，未來可以智能勘察設計平臺等工具為依托，逐步構(gòu)建數(shù)字化設計云平臺，采用“大平臺+微服務”的研發(fā)方式，引入智能技術(shù)高效實現(xiàn)數(shù)字化制圖與流水線作業(yè)，基于數(shù)據(jù)資產(chǎn)便捷提供智能應用，實現(xiàn)勘察設計的數(shù)字化交付與精細化管控，更好地服務于通信工程勘察設計業(yè)務的數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作。

來源：5G產(chǎn)業(yè)圈
作者：圈子
編輯：IPRdaily趙珍          校對：IPRdaily縱橫君

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