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5G難題
2019/08/12

(原文:《5G通信建設工(gōng)程技術研究報告》)

5G難題

 

1國際工(gōng)程難題

在工(gōng)程上,5G網絡在規劃建設和維護優化等各方面都帶來了不少新的挑戰,需要我(wǒ)(wǒ)們認真研究并加以解決。

首先,在5G頻(pín)率方面,各國預留的5G頻(pín)段差異很大(dà),這給5G終端實現全國球漫遊帶來挑戰。

其次,NSA組網架構下(xià),終端需要同時連接4G5G網絡,LTE載波和5G載波之間可能會産生(shēng)諧波和互調幹擾,由此會導緻10-20dB的幹擾擡升,會極大(dà)影響網絡性能和有效覆蓋距離(lí)。而采用4G5G分(fēn)時發送的技術需要4G5G網絡之間進行協同,實現難度大(dà),且仍将降低網絡容量。

另外(wài),由于5G網絡建設成本高,很多國家也在積極推動多運營商(shāng)之間的5G網絡共建共享。但當前主流5G AAU支撐能力有限,在IBW、處理能力方面尚無法完美實現不同運營商(shāng)的獨立載波共享。另外(wài),網絡共建共享在工(gōng)程實施、産權管理、運行維護、網絡優化、統計數據共享和網絡安全等各方面的也給運營商(shāng)提出了挑戰,有待進一(yī)步探索和完善解決方案。

2國内工(gōng)程難題

在工(gōng)程上,5G網絡在規劃建設和維護優化等各方面都帶來了不少新的挑戰,需要我(wǒ)(wǒ)們認真研究并加以解決。

2.1網絡雲化帶來的規劃和運維挑戰

5G網絡全面雲化,在帶來功能靈活性的同時,也帶來很多技術和工(gōng)程難題。

1)網絡雲化使跨層故障定界定位困難,後期升級過程也更加複雜(zá)而低效;

2)邊緣計算的引入使網元數目倍增,也會導緻建設和維護工(gōng)作量成倍增加,問題增多,問題定位難度增大(dà)等問題;

3)微服務化,用戶更多的定制業務,也給業務編排能力提出了極高的要求;

4)傳輸方面,海量隧道動态變化,人工(gōng)規劃和分(fēn)析調整無法滿足業務需求;高精度時鍾的建設和維護要求高、難度大(dà),需要新的支撐手段。大(dà)寬度傳輸,一(yī)旦出現故障,需要更快恢複的技術手段,否則将導緻更大(dà)影響和損失。

2.2網絡演進、高密度組網、多天線、多業務等帶來的規劃和建設難題

5G建設初期如果采用NSA架構,4G網絡與5G網絡緊耦合,帶來站址約束、互操作配置複雜(zá)等問題,後續向SA演進還需多次網絡大(dà)規模調整。

5G高頻(pín)段影響,5G基站覆蓋範圍小(xiǎo),需高密度組網以及更多的站型,這給無線網規劃、建設和維護都帶來成倍增加的工(gōng)作量和難度。

MassiveMIMO與波束賦形等多天線技術,使得5G網絡規劃不僅僅考慮小(xiǎo)區和頻(pín)率等常規規劃,還需增加波束規劃以适應不同場景的覆蓋需求,這使得幹擾控制複雜(zá)度呈幾何級數增大(dà),對網絡規劃和運維優化帶來極大(dà)挑戰。

3.5GHz5G NR采用TDD雙工(gōng)方式,對時鍾同步要求高,失步将導緻大(dà)範圍幹擾。工(gōng)程上全網采用1588V2時鍾尚屬首次,由此帶來的網絡安全風險很大(dà)。

5G部署初期基于eMBB業務需求進行網絡部署,滿足公衆寬度數據業務需求。後期大(dà)規模機器通信mMTC及超高可靠與低延遲通信URLLC将主要面向垂直行業、工(gōng)業控制、城市基礎設施等領域,網絡部署區域、業務感知(zhī)需求都差異甚大(dà),可能需要進行大(dà)的網絡調整或新的載波。

2.3高頻(pín)率、高功耗、大(dà)帶寬給基站建設帶來的難題

1)天面空間緊張,爲5G騰挪天面而進行天線整合會影響234G網絡

4G宏站的RRU+天線的安裝方式不同,5G宏站通常采用AAU的形态,即RRU與天線集成在一(yī)起,内含192128天線陣子,組成二維平面陣列有源天線。典型5G AAU的形态與規格見下(xià)圖。

 

 

由于5G AAU中(zhōng)RRU與天線不可拆分(fēn),且不兼容1.8G/2.1G/2.6G等其它頻(pín)段,所以隻能與現網2/3/4G無源天線相互獨立部署,故而,一(yī)個三扇區的5G宏站需要增加三副體(tǐ)積龐大(dà)的AAU,争奪原本2G3G4G就已擁擠的天面空間,尤其是聯通、電信、移動三家運營商(shāng)共享的站址,很容易出現由于天面空間不足而導緻站點不可用的情況,這極大(dà)地增加了5G網絡選址和建設難度。根據運營商(shāng)的調研結果顯示,28%的站點有天面整合的需求。

 

工(gōng)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(wài),由于2/3/4G多制式網絡緊耦合,尤其天線方向角不再能夠獨立可調,在2/3/4G網絡拓撲差異較大(dà)的情況下(xià),必然會難以協調各網的覆蓋,帶來多網覆蓋質量下(xià)降。

2)天線抱杆承重要求高,很多燈杆站無法滿足安裝要求

5G AAU通常體(tǐ)積大(dà)(逾35L)、重量高(逾35Kg)、迎風面大(dà)(逾0.5m2),天線抱杆要求明顯高于4G。另外(wài),由于AAU爲有源、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杆底部一(yī)直延伸至安裝AAU的抱杆頂部,這些電線的自重也會給天線抱杆強度帶來額外(wài)壓力(4GRRU一(yī)般安裝于抱杆底部)。

基于上述分(fēn)析,多數燈杆站無法滿足5G AAU的安裝要求,這對站址密度要求很高的5G網絡部署帶來極大(dà)影響。這些燈杆站如不能改造,隻能滿足小(xiǎo)微基站的安裝要求。

3)機房空間改造需求大(dà)

5G宏站通常需要與現有2/3/4G共機房部署,但現有機房未必有足夠空間安裝5G基站所需設備,包括5G DU、電源、傳輸等。如果現有綜合櫃剩餘安裝空間不足,則需要整合現有2/3/4GBBU設備或者新增綜合櫃,或者考慮5G DU挂牆安裝、室外(wài)安裝(需要新增室外(wài)機櫃,并需要引入交流電源)。這些因素對5G建設工(gōng)程帶來很大(dà)挑戰。

據運營商(shāng)統計的部分(fēn)城市5G規劃站點結果顯示,這些被統計的站點中(zhōng),需新增綜合機櫃的站點占20%,需挂牆安裝的站點占14%,需新增室外(wài)機櫃的站點占4%,另外(wài)還有17%的站址需要進行BBU整合:多制式BBU合一(yī)。但是,如果不同制式BBU設備分(fēn)屬不同廠商(shāng),受設備兼容性及廠商(shāng)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

5G AAU滿負荷功耗超過1kw,在3/4/5G網絡共站的情況下(xià),站點功耗超過10kw,如若三家運營商(shāng)多制式共站,機房供電需求甚至能到達30kw,現有機房供電能力幾乎肯定無法滿足,需要進行擴容。另外(wài),備用電池方面很難滿足2小(xiǎo)時容量保證的需求。

據運營商(shāng)統計的部分(fēn)城市5G規劃站點結果顯示,這些被統計的站點中(zhōng),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(kāi)關不滿足,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(dà)難點。

5)站點傳輸資(zī)源需求大(dà),改造需求高

5G空口能提供很高的峰值速率,這也意味着5G網絡需要大(dà)量光纖傳輸資(zī)源。對于5G基站而言,中(zhōng)傳或回傳帶寬要求高,對站點的光纖資(zī)源消耗也非常大(dà)。

1)前傳帶寬

4GBBU/RRU之間的CPRI接口不同,5G DUAAU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(fēn)點并未實現标準化,各廠商(shāng)設備之間存在差異,而切分(fēn)點越靠近底層,所需要的eCPRI前傳帶寬也越寬。另外(wài),所支持載波寬度越寬越寬、天線端口數越多、所支持流數越多,所需eCPRI接口帶寬也越寬。爲減少前傳帶寬需求,通常切分(fēn)點不宜過低,且采用高效地傳輸壓縮技術。通常64TRxAAU所需前傳帶寬不超過25Gbps,可以采用單一(yī)的25Gbps光模塊進行傳輸。相比較而言,若仍采用CPRI接口,所需前傳帶寬将高達300Gbps

2)中(zhōng)傳/回傳帶寬需求

5G建設初期優先考慮基于CU/DU合設的網絡結構來進行部署。

CU/DU合設的網絡架構下(xià),基站與核心網之間的回傳網絡提供S1/X2Ng/Xn接口,其傳輸帶寬需求可以基于如下(xià)方法估算:對于S111站型,載波帶寬爲100MHz,終端考慮2T4R,則單用戶下(xià)行峰值速率1.5Gbps,而小(xiǎo)區峰值速率約5Gbps,平均速率1.5Gbps。那麽,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(fàng)。

5G CU虛拟化設備逐步成熟以及海量連接場景應用的發展,後期有可能選擇CU/DU分(fēn)離(lí)的網絡結構,實現基帶資(zī)源的共享,提升效率,同時降低運營成本和維護費(fèi)。此時DU分(fēn)布于各物(wù)理站點,CU集中(zhōng)布放(fàng)于綜合接入點、彙聚機房或核心機房,此時DUCU之間的中(zhōng)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,現網傳輸條件有相當大(dà)比例不能滿足,需要進行傳輸改造。據運營商(shāng)統計的部分(fēn)城市5G規劃站點結果顯示,這些被統計的站點中(zhōng),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(zī)源。擴容光纖資(zī)源由于涉及管道改造,實施難度非常之大(dà)。

6)高頻(pín)段、多天線使傳統室内分(fēn)布系統無法适應5G需求

3G4G時代,室内深度覆蓋的主要方式是布設室内分(fēn)布系統,另外(wài)對于較小(xiǎo)樓體(tǐ)采用定向天線室外(wài)照射的方式,而對于少數人流密集、容量需求高的場景,如機場候機廳、高鐵候車(chē)廳、大(dà)型商(shāng)超等,也引入了小(xiǎo)微基站、數字化室分(fēn)系統。

到了5G,主流工(gōng)作頻(pín)段在3.4-3.6GHz,甚至4.4-5GHz,而室内分(fēn)布系統的大(dà)部分(fēn)饋線、功分(fēn)器、合路器、功放(fàng)器等射頻(pín)器件工(gōng)作帶寬都在2.5GHz以下(xià),不能适用于5G信号接入。

定向天線室外(wài)照射的方式則因高頻(pín)段信号更高的建築物(wù)穿透損耗而大(dà)大(dà)降低覆蓋的有效性。于1.8GHz頻(pín)段的4G信号相比,3.5GHz頻(pín)段的5G信号平均穿損大(dà)約增大(dà)6dB以上,極大(dà)降低室内覆蓋深度。

目前最可行的5G室内覆蓋方案是分(fēn)布式數字化室分(fēn)。相比傳統室分(fēn)等方式,數字化室分(fēn)所能提供的容量會有大(dà)幅提升,但相應的CAPEX建設成本也大(dà)幅增加。

7)高頻(pín)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2G/3G/4G網絡通常采用BBU+RRU+漏纜的覆蓋方式:隧道場景中(zhōng),一(yī)般每500米存在一(yī)個RRU設備安裝的洞室,RRU安裝在避車(chē)洞内,漏纜安裝高度與高鐵列車(chē)窗口中(zhōng)部對齊,基站信号通過漏纜輻射,穿透車(chē)窗、車(chē)體(tǐ)到達車(chē)廂内用戶。

與室内分(fēn)布系統遇到的高頻(pín)挑戰相同,這些隧道覆蓋使用的傳統漏纜在高頻(pín)段傳輸損耗很大(dà),通常無法應用于3.5GHz頻(pín)段5G信号。即便是規格更高、線徑更粗的3.5GHz專用漏纜,3.5GHz信号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,數字化室分(fēn)的方式也不适合地鐵、高鐵隧道布設。又(yòu)因地鐵隧道空間狹小(xiǎo),僅足夠一(yī)列列車(chē)通過,上下(xià)左右無明顯空間,也不具備安裝大(dà)型天線進行照射的條件。

綜上所述,5G信号引入地鐵、高鐵隧道覆蓋難度很大(dà),對于較短隧道,計算損耗若能滿足,可利舊(jiù)原有漏纜使用RRU+漏纜的方式。若利舊(jiù)漏纜不滿足3.5GHz5G信号引入需求,則考慮新建或替換更粗線徑、支持3.5GHz信号傳播的新型漏纜。若鏈路預算分(fēn)析新型漏纜仍不能滿足,則建議采用波導管替代洩露電纜。而且,考慮最低4T4R實現4流時,需要4根波導管,建設成本很高。

2.45G網絡數據采集和處理面臨挑戰

考慮到5G在推動物(wù)聯網、人工(gōng)智能和高級分(fēn)析計劃方面的潛在作用,數據采集和處理策略亟需升級,運營商(shāng)需要建設高性能的數據采集和處理平台,同時,平台的滿足實時性任務能力、服務能力、支撐能力都面臨着挑戰。

1.要求5G網絡數據采集和處理平台能夠覆蓋大(dà)數據生(shēng)态的各個方面,構建全鏈條的大(dà)數據體(tǐ)系與解決方案;

2.要求平台系統中(zhōng)各個模塊之間松耦合設計,具備根據實際需求提供靈活定制服務的功能;

3.要求平台實現異構數據的數據虛拟化,多維度整合異構數據源,提供統一(yī)數據服務;

4.要求平台實現異構數據庫全覆蓋,能夠高效彙總,處理多種異構數據庫中(zhōng)的數據;

5.要求平台可支持PB級的批量處理任務,解決海量數據分(fēn)析難題。

這些高技術難度的功能需求給5G網絡數據采集和處理平台的設計和開(kāi)發帶來一(yī)定挑戰。

2.55G網絡發展給仿真軟件平台建設帶來挑戰

5G的到來将帶來更大(dà)規模的移動數據業務,而爲了實現高速、穩定、低延遲等要求,5G系統有必要采用新型的網絡架構,從目前的異構網絡發展趨勢來看,5G網絡将會是一(yī)個高密度新型分(fēn)布式協作與自組織組網,各個異構系統之間采用無線資(zī)源聯合調配技術以達到資(zī)源高效利用,提升系統性能。

但這樣的新型網絡架構及其相應的關鍵技術,也給仿真平台建設帶來了極大(dà)的挑戰。首先,從内存需求和仿真速率來看,在4G系統中(zhōng),多層異構網絡的引入已經使得仿真内存需求很大(dà),在5G系統中(zhōng)大(dà)規模MIMO技術的引入将帶來參數配置複雜(zá)、中(zhōng)間數據産生(shēng)與儲存量大(dà)、仿真時間較長、用戶交互信息多、評估指标方式方法多樣等難點;其次,新型網絡架構的引入,需要對傳統的固定網絡架構進行修改,會影響到系統幹擾分(fēn)布情況,同時分(fēn)布式協作處理技術、自組織網絡等關鍵技術的引入也需要對4G系統下(xià)的仿真模塊進行修改,對仿真平台的建模帶來挑戰;最後,現有的仿真平台存在軟件仿真和專家經驗割裂、缺少方案分(fēn)析和輔助方案等弊端,5G時代的仿真平台需要解決這些弊端,實現在一(yī)級架構下(xià)各方協調共同操作審核、統一(yī)維護等更高效的功能需求,這些需求也增加了仿真平台的設計開(kāi)發難度。

2.6信息化和互聯網+加速勘察設計平台的應用

5G時代的到來敦促了網絡勘察設計行業的智能化、平台化轉型。數字化智能化的勘察設計平台爲傳統業務的提質增效提供了基礎手段。根據某運營商(shāng)的現場驗證測試表明:通過使用智能勘察設計平台,無線單站點查勘設計整體(tǐ)作業時間可提升30%左右;同時,借助信息化平台,節約了工(gōng)程各環節中(zhōng)所涉及到管理人員(yuán)、設計人員(yuán)和建設人員(yuán)的溝通時間。

雖然智能勘察設計平台可以解決數據不一(yī)緻、數據有缺陷、數據表達不清晰、客戶需求有差異、運維管理困難等難題,但也同時對平台的圖像處理、數據處理等能力提出了更高要求,需要依靠括數據治理技術、動态自适應技術、圖形圖像處理技術、可視化呈現技術、運維安全技術等關鍵技術建設平台,給平台的設計開(kāi)發帶來了技術難題。

随着5G技術進一(yī)步發展,未來可以智能勘察設計平台等工(gōng)具爲依托,逐步構建數字化設計雲平台,采用“大(dà)平台+微服務”的研發方式,引入智能技術高效實現數字化制圖與流水線作業,基于數據資(zī)産便捷提供智能應用,實現勘察設計的數字化交付與精細化管控,更好地服務于通信工(gōng)程勘察設計業務的數字化轉型工(gōng)作。(注:本文内容轉載至網絡)

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5.4當政府部門、司法機關依照法定程序要求本網站披露個人資(zī)料,或爲維護公共安全、社會公衆利益或他人合法權益之目的需要提供個人資(zī)料的,吉峰網站有權不經您的同意而披露您的信息。
六、關于中(zhōng)斷或終止服務
6.1   鑒于互聯網技術的特殊及複雜(zá)性,吉峰網站保留根據平台運營情況修改或中(zhōng)斷服務而不需通知(zhī)您的權利,但保證不會對您和第三方的合法權益産生(shēng)重大(dà)影響。
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6.3   如會員(yuán)違反本服務協議中(zhōng)的内容,吉峰網站有權取消會員(yuán)的會員(yuán)資(zī)格,并終止向其繼續提供服務。
七、知(zhī)識産權
7.1   吉峰網站提供的會員(yuán)服務内容(包括但不限于文字、照片、圖形、圖像、圖表、聲音、FLASH 動畫、視頻(pín)、音頻(pín)等)的知(zhī)識産權均屬于吉峰網站所有,或由第三方授權使用。會員(yuán)不能擅自複制、改編這些内容、或創造與内容有關的衍生(shēng)産品。
7.2   會員(yuán)通過吉峰網站各平台服務上傳到吉峰網站各平台上可公開(kāi)獲取區域的任何内容(包括但不限于文字、圖片、留言、評論和筆記)的知(zhī)識産權屬于會員(yuán)或原始權利人所有。會員(yuán)同意吉峰網站使用、複制、修改、改編、出版、翻譯上述内容(整體(tǐ)或部分(fēn))并據以創作衍生(shēng)作品,将上述内容編入當前已知(zhī)的或以後開(kāi)發的其他任何形式的作品或産品中(zhōng)。會員(yuán)同意吉峰網站以吉峰網站名義就上述内容的侵權行爲(包括但不限于未經會員(yuán)許可私自複制、使用、編輯、抄襲、在第三方平台上再次發布會員(yuán)在吉峰網站平台發布的内容等行爲)進行維權,包括但不限于投訴、訴訟等必要的維權措施。
八、法律适用及争議解決
8.1本協議的成立、生(shēng)效、履行、解釋及争議的解決均應适用中(zhōng)華人民共和國大(dà)陸地區法律。
8.2因本協議解釋或執行引起的任何争議,您和吉峰網站均同意如協商(shāng)不成時,則任一(yī)方均可将争議提交吉峰公司所在地人民法院依據其屆時有效的仲裁規則以仲裁方式解決。仲裁裁決爲終局的,對各方均有法律約束力。若單項條款與本服務條款在管轄約定内容上存在沖突,則在單項條款約束範圍内應以單項條款爲準。
九、其他
9.1   本協議以及其修改權、更新權均屬廣州市吉峰金屬塑膠制品有限公司所有。
9.2   如本協議的任何條款被視作無效或無法執行,則上述條款可被分(fēn)離(lí),其餘部分(fēn)則仍具有法律效力。
9.3   本條款中(zhōng)的标題僅爲方便而設,不作爲解釋本條款的依據。
9.4   請仔細閱讀以上條款,閱讀結束後同意請按“我(wǒ)(wǒ)接受”或相同意思表示的按鈕。