從5G到基礎(chǔ)設(shè)施改造

隨著5G時代大幕的拉開，各國都在積極進行本土化的部署，從頻段拍賣到組網(wǎng)布局，再到基站改造、測試與試用，中國首次站在了移動通信發(fā)展的最前沿。

大家都知道5G建設(shè)的一大難題就是巨額資金問題，而頻率是移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展日益稀缺的寶貴資源，5G商用、頻率先行。

近一年內(nèi)國外頻譜拍賣進行得如火如荼，其中意大利以700兆赫、3600-3800兆赫和26兆赫的頻譜拍賣成交，為政府創(chuàng)造了74億美元的巨額資金收入;瑞典的700兆赫頻譜拍賣籌集了28億瑞典克朗(3.1億美元);澳大利亞在3.6GHz頻段的拍賣籌集了8.53億澳元(6.04億美元);美國在24GHz和28GHz頻段的兩次拍賣共籌集了27億美元。

縱觀歐美發(fā)達國家的5G頻段拍賣價格，對比18年中國發(fā)改委、財政部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于降低部分無線電頻率占用費標準等有關(guān)問題的通知》，通知中指出對5G公眾移動通信系統(tǒng)頻率占用費標準實行“頭三年減免，后三年逐步到位”的優(yōu)惠政策：

自5G公眾通信系統(tǒng)頻率使用許可證發(fā)放之日起，第一年至第三年(按財務(wù)年度計算，下同)免收無線電頻率占用費;

第四年至第六年分別按照國家規(guī)定收費標準的25%、50%、75%收取無線電頻率占用費;

第七年及以后按照國家規(guī)定收費標準的100%收取無線電頻率占用費。

這一政策的出臺，無疑是對我國領(lǐng)先5G商用落地裝上了一個強勁的加速器，給移動運營商們減輕了頻段使用帶來的負擔，將資金、精力集中投放到5G通信的基礎(chǔ)設(shè)施改造、建設(shè)與覆蓋上來。

大家千萬不要以為5G改造的費用對運營商來說只是小case，畢竟這是個一旦布好網(wǎng)絡(luò)就是個一本萬利的行業(yè)，其實不然，據(jù)通信行業(yè)協(xié)會(GSMA)預(yù)測，到2025年，中國通信運營商的5G投資將超過1萬億元，這也是近期電信與聯(lián)通合建基站，抱團取暖的原因。

基礎(chǔ)設(shè)施新建成本高——引入NSA架構(gòu)

4G網(wǎng)絡(luò)如今的成熟初露，當年基站建設(shè)可是花了不少錢，難道因為5G的強勢來襲就要全部廢棄嗎?豈不是“勞民傷財”。

回答：當然不是這樣!

首先由于頻段的各自優(yōu)勢：4G頻率低、波長長、衍射能力強、能量稍弱，5G頻率高、波長短、衍射能力差、穿透力和能量強，因此4G將會和5G并行運行，而不是5G替代4G。

其次，在5G發(fā)展的初期，無法做到短時間的高覆蓋率，尤其是核心網(wǎng)的建設(shè)方面，因此5G還離不開4G獨自工作。

細心的網(wǎng)友又要提出疑問：什么是核心網(wǎng)呢?

核心網(wǎng)位于網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)，主要作用把A口上來的呼叫請求或數(shù)據(jù)請求，接續(xù)到不同的網(wǎng)絡(luò)上，主要涉及呼叫的接續(xù)、計費，移動性管理，補充業(yè)務(wù)實現(xiàn)，智能觸發(fā)等方面。

移動網(wǎng)絡(luò)除了核心網(wǎng)還有什么其他重要的組成部分?

與核心網(wǎng)相對應(yīng)的是接入網(wǎng)，而對接入網(wǎng)的界定是：一切連接用戶設(shè)備終端(UNI)與服務(wù)商終端(SNI)之間的網(wǎng)絡(luò)都可以稱為接入網(wǎng)，比如無線基站其實就是無線接入網(wǎng)的一種。

大家了解了什么是核心網(wǎng)和接入網(wǎng)，也就能很清楚的理解什么是非獨立組網(wǎng)NSA架構(gòu)和獨立組網(wǎng)SA架構(gòu)了。

在5G通信NSA建設(shè)初期，它與SA的主要區(qū)別是核心網(wǎng)是問4G借用的。

為什么要采用這種方式呢?因為“窮”啊，不止是金錢，還包括時間。

首先來傷傷感情——談錢

據(jù)Heavy Reading預(yù)計：全球移動運營商5G資本支出總額預(yù)計將從2018年的低基數(shù)快速增長，到2023年全球?qū)⑦_到近880億美元。屆時，它仍將處于強勁的上升軌道，全球5G的推出將如火如荼。即使是早期安裝5G的市場，也將在未來幾年增加站點，以提高覆蓋率和容量。如此反拋物線式的資金投入增長，若伴隨零產(chǎn)出，無論哪個運營商都是吃不消的。

再來談?wù)劷疱X都換不來的時間

在5G基礎(chǔ)設(shè)施建成的路上少不了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的相隨，相互磨合式的成長可謂是相輔相成，一旦脫離了實際應(yīng)用的5G就會走入歧途般的擺設(shè)狀態(tài)。誰都不能等誰幾年，因此從NSA向SA演進式的發(fā)展是歷史的選擇。

5G組網(wǎng)演進之路

運營商一邊建設(shè)、一邊測試、一邊收錢，這種滾動的循序漸進的方式具體是什么樣子的呢?看了下面一張圖大家就都明白了。

5G組網(wǎng)漸進路徑

如圖可知，NSA的建設(shè)不是一步到位的，它起到一個承上啟下的作用，因此也是在不斷調(diào)整的一個過程中，困難重重，任重而道遠。

首先，網(wǎng)絡(luò)升級改造量大?；?G核心網(wǎng)的NSA組網(wǎng)向SA網(wǎng)絡(luò)升級，網(wǎng)絡(luò)需要頻繁改動，基于5G核心網(wǎng)的NSA組網(wǎng)向SA網(wǎng)絡(luò)升級，需要對4G基站進行增強，升級改造工作量比較大。

其次，不同廠商之間的互聯(lián)互通問題，資深通訊工程師認為：“從理論上來說，NSA組網(wǎng)模式下，基于3GPP標準協(xié)議，異廠商的4G基站和5G基站可以兼容。但是在實際建網(wǎng)過程中，異廠商的4G基站與5G基站的兼容性比同廠商的兼容性要差許多。”比如在實際部署過程中，因為用戶面承載在5G基站上、控制面承載在4G基站上，經(jīng)常會出現(xiàn)用戶面與控制面沒有協(xié)調(diào)好的情況，這將直接導(dǎo)致用戶掉網(wǎng)，而一旦出現(xiàn)問題就需要兩個設(shè)備商的工程師聯(lián)合測試才能夠解決，這非常費時費力。

再次，小區(qū)切換時，用戶體驗欠佳。采用NSA組網(wǎng)模式，用戶在移動過程中，NSA組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切換時間較長，用戶的網(wǎng)速下降感覺比較明顯。例如，對于用戶從一個區(qū)域移動到另一個區(qū)域的場景，采用SA組網(wǎng)，只需要兩個5G小區(qū)交互;而采用NSA組網(wǎng)，則需要兩個4G小區(qū)交互和兩個5G小區(qū)分別進行交互，這樣會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)切換時間較長，從而帶來不好的用戶體驗。

最后，設(shè)備功耗是大問題。從目前來看，NSA組網(wǎng)能耗較高，同時承載4G基站和5G基站務(wù)必會增加基站側(cè)的能耗，增加電力成本。同時，對用戶來說，目前僅支持NSA模式的5G芯片(高通X50)的終端，其功耗也相對較高，且終端非常容易發(fā)熱。

問題有多少，運營商和政府都必須一個一個克服，未來是屬于5G的世界，只管埋頭苦干，從基站的新建與改建開始。

混合組網(wǎng)架構(gòu)下的基站改造重點與方法

中國電信四川公司網(wǎng)絡(luò)運營中心工程師王邦安表示：5G屬于中高頻段，以中國電信獲得的3.5Hz為例，其宏基站信號覆蓋半徑約250米—500米，室分覆蓋半徑約15米—50米，覆蓋范圍小，對墻體、地板尤其是鐵門等固體障礙物的穿透能力減弱，因此5G基站的數(shù)量需求遠超4G基站。

國家工信部透露，三大運營商今年將建設(shè)5萬個5G基站。據(jù)悉，預(yù)計明年三大運營商新建5G基站數(shù)將大大增加，初步估算將至少為68萬個。

這些基站將被安裝到哪里呢?

5G深度覆蓋須深挖共享潛力：大到通信鐵塔，小到路燈桿、監(jiān)控桿，統(tǒng)統(tǒng)可以成為5G基站的據(jù)點。

鐵塔方面

中國鐵塔董事長佟吉祿表示，中國鐵塔目前已經(jīng)接到運營商關(guān)于5G基站的建設(shè)需求6.5萬個，今年建設(shè)主要是通過現(xiàn)有的鐵塔改造來實現(xiàn)的，中國鐵塔預(yù)計全年會接到10萬個基站的建設(shè)需求，隨著5G更大規(guī)模的布局，一定會有更多新建的出現(xiàn)。到時候，不只是已有197萬存量站址將為運營商提供5G基站站址選擇，中國鐵塔儲備的社會桿塔資源站址庫，包括875萬路燈桿、監(jiān)控桿，超過350萬電力桿塔，以及33萬物業(yè)樓宇，也將為5G基站低成本快速布設(shè)奠定基礎(chǔ)。

(中國鐵塔公司在微笑：來吧，大單砸過來，我們收費很便宜，每月鐵塔租金750元美金，美帝國鐵塔租金可是要2000美金/月呢!)

市政方面(路燈桿、監(jiān)控桿)

多個城市已經(jīng)率先發(fā)布了5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃，比如廣西在5G基站規(guī)劃編制方面明確指出，將5G基站建設(shè)規(guī)劃納入國土空間規(guī)劃、市政基礎(chǔ)設(shè)施專項規(guī)劃，把5G網(wǎng)絡(luò)站址、機房、電源、管道和天面等配建空間同步落實到國土空間詳細規(guī)劃、城鄉(xiāng)住房建設(shè)規(guī)劃、交通設(shè)施規(guī)劃中。在大力推進社會資源共享方面要求區(qū)內(nèi)各級政府機關(guān)、企事業(yè)單位、高等院校、醫(yī)院等所屬建筑物、構(gòu)筑物，高鐵(紅線內(nèi))、高速(紅線內(nèi))、地鐵(紅線內(nèi))、機場航站樓、交通樞紐站等公共交通設(shè)施，橋梁、公園景區(qū)、公共綠地及管道等市政公共設(shè)施，各級國有機構(gòu)建設(shè)的桿塔資源向鐵塔公司及基礎(chǔ)電信企業(yè)免費開放，為5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)施部署提供便利。

共享設(shè)施均需改頭換面?

鐵塔、路燈桿、監(jiān)控桿這些未來可以充當5G宏基站據(jù)點的功能不是與生俱來的，它們都需要一定程度的改造，改造主要內(nèi)容包括機房、天線、電源、綜合布線、管道部署等。

對于通信鐵塔而言，改造升級塔桅、電源、機房等配套設(shè)施，解決5G對低功耗的要求，支撐5G快速共享是即將面臨的工作任務(wù)。

對于路燈桿、監(jiān)控桿，改造升級的目標包括機房、天線、電源、綜合布線、管道設(shè)施，其中解決供電問題，是重中之重。

下面針對鐵塔的改造進行深入的分析：

基站改造需求分析

(1)機房空間需求

由5G的無線網(wǎng)絡(luò)三層架構(gòu)可知，對機房的空間需求主 要體現(xiàn)在CU/DU的尺寸、安裝工藝及其集中度大小。根據(jù)現(xiàn)階段主流廠商的數(shù)據(jù)來看，目前5G的CU/DU尚處于一體 化狀態(tài)，即現(xiàn)在商用的4G BBU形態(tài)，其大小與4G BBU一致。從標準化和模塊化的思維來考慮，后期的CU和DU從形態(tài)上不會相差很大，暫時按BBU大小來等同考慮。 考慮到目前各運營商的傳輸機房均為自有產(chǎn)權(quán)，故大型的DU和CU集中機房尚不在中國鐵塔考慮的范圍內(nèi)，而對于個別小型DU集中機房，以3～5個站點為例，機房只需要提 供2～3個DU的安裝空間即可滿足。

(2)電源需求

現(xiàn)階段主流廠商單個5G 64T64R的AAU功耗約為1000W， 5G CU/DU一體化狀態(tài)功耗約為300W，5G設(shè)備的功耗相比4G有了明顯提高。以主流站型S111拉遠配置為例，新增一個運營 商的5G站點需增加功耗3000W，如果是多家運營商共享站點， 功耗將會成倍增加。

(3)塔桅需求

現(xiàn)階段5G AAU的寬度與4G 800MHz 4端口天線基本相接近，長度有所縮小，厚度有所增加，重量上AAU與4G 8端口天線和RRU合計重量接近。對于鐵塔來說，其主要的負荷來自迎風面的增加，特別是考慮到多家運營商共享時，需統(tǒng)籌考慮平臺使用情況和鐵塔風荷。

基站改造方案分析

(1)機房改造方案

針對機房來說，涉及到機房空間的需求主要是兩部分：一是DU本站放置或DU集中于基站機房;二是電源不滿足需要時需新增電源或蓄電池組。

若本站為拉遠站點，則無需考慮DU的安裝空間需求。

若本站為普通站點，即有一個或以上運營商的DU安裝于本站，則根據(jù)共享情況和其他幾家運營商的DU配置方案，按單個DU占用3U安裝空間進行計算，需要1～9U的安 裝空間。若現(xiàn)有綜合柜存在相應(yīng)的空間，則直接利舊，否則需要考慮預(yù)留綜合柜的安裝空間。

若本站為DU小集中站點，則根據(jù)DU的配置情況，需要6～27U的安裝空間。此類站點，推薦直接新增綜合柜。

開關(guān)電源和蓄電池組則根據(jù)新增5G系統(tǒng)數(shù)、設(shè)備功耗 和蓄電池供電保障時間來核算是否需要額外新增，從而確定空間需求。

由于總功耗大量增加，還需要對空調(diào)制冷能力進行核算， 以保證機房的通風降溫能力。

(2)電源改造方案

在現(xiàn)有站點新增5G設(shè)備時，電源負荷是其中一個非常重要的考慮因素。由現(xiàn)階段主流廠商的設(shè)備參數(shù)可知，單個 AAU功耗約為1000W，CU/DU一體化形態(tài)功耗約為300W，單個DU按200W考慮，當本站點存在一家或多家運營商5G設(shè)備時，功耗和電池需求如下：

以某省為例，某機房站點的開關(guān)電源額定容量600Ah、配置容量200Ah，蓄電池組500Ah×1，在保證3h斷電保障時間的情況下，除個別現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/4G系統(tǒng)負荷較低的站點，可勉強滿足一家運營商新建5G設(shè)備，大部分 站點需要替換大容量蓄電池。開關(guān)電源則需要根據(jù)增加的系統(tǒng)功耗及額外擴容的蓄電池容量進行計算，相應(yīng)擴增開關(guān)電 源模塊，同時對開關(guān)電源熔絲和空氣開關(guān)進行核實替換，保證每一家運營商的5G設(shè)備具備1路100A或160A的熔絲或空氣 開關(guān);對于部分型號較老的開關(guān)電源，由于額定容量較低，則需要更換容量高的開關(guān)電源。

(3)塔桅改造方案

對塔型、塔高、掛高、天線類型、平臺數(shù)、平臺空間、抱桿等進行分類歸并，大致可以分為以下三種情況。

有空余抱桿可以利舊：核算可利舊抱桿數(shù)量，能利舊部 分直接利舊，若可利舊數(shù)量不能滿足新增的AAU安裝需求，超出部分按無空余抱桿進行處理。

無空余抱桿但有新增條件：核算可新增抱桿數(shù)量，用于 安裝AAU，對于不足部分，按無空余抱桿無新增條件處理。

無空余抱桿且無新增條件如下。

改造方法一：若一家運營商存在多個系統(tǒng)天線，可采用 多頻段多端口進行替換，空余抱桿用于安裝AAU。

改造方法二：采用長抱桿替換短抱桿，將AAU和原有 天線統(tǒng)一安裝于長抱桿。

無論是何種改造方式，在確定方案時，均需要對高度、 風荷、承重和天線隔離度等進行核算，避免對鐵塔結(jié)構(gòu)造成 破壞，影響安全性。

混合組網(wǎng)架構(gòu)下的5G基站改造進程

以一線城市為例，來看看5G基站的改造進程情況。

帝都北京：

北京市通信管理局數(shù)據(jù)顯示，截至7月底，鐵塔公司已完成建設(shè)交付5G基站7863個，運營商開通5G基站6324個，預(yù)計到2019年底，全市將建設(shè)5G基站超過1萬個。

魔都上海：

上海鐵塔已承接三大運營商1.3萬個5G基站部署，但考慮到實際建設(shè)中的困難，上海鐵塔保守預(yù)計，今年年底可以完工1萬個基站。目前，上海鐵搭交付的3700個5G基站，三大運營商基本已開通。

妖都廣州：

廣州市工業(yè)和信息化局消息指出，廣州正在全力推進5G發(fā)展，預(yù)計今年底將建成1.46萬座5G基站。據(jù)悉，截至6月底，廣州已建成并開通5000座5G基站。廣州市工信局預(yù)計，到2021年，廣州將建成5G基站6.5萬座。截止4月，廣州市已建成200多座5G基站，開通了10多個5G實驗場景。

夢都深圳：

深圳市工業(yè)和信息化局表示：到2019年底，深圳市預(yù)計共建成5G基站1.5萬個，到2020年8月底，累計建成5G基站4.5萬個，率先實現(xiàn)全市5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。截至8月1號，深圳市5G基站已經(jīng)建成3777個。

總結(jié)語

5G堪稱數(shù)字經(jīng)濟的聚寶盆，具有高科技、高投入、高回報等特性，其溢出效應(yīng)顯著，每投入1個單位，將帶動6個單位的經(jīng)濟產(chǎn)出，因此成為各行各業(yè)追逐的對象。在5G發(fā)展的過程中，受到資金與時間的限制，采用NSA和SA混合架構(gòu)并行發(fā)展的模式是歷史的選擇，在這條路上有許多還未解決的問題，技術(shù)上的、資金上的、能源上的、用戶層面的，都是運營商們未來需要挑戰(zhàn)的對象。具體發(fā)展如何，我們拭目以待!