每日一课 | 智慧灯杆之5G基站建设面临的挑战<1>

 

1．对核心网的挑战

随着多年网络建设，运营商的移动通信网络是一个复杂的融合体，例如，中国移动现网中GSM、TD-SCDMA、TD-LTE三种体制并存，GSM虽然是2G技术，但由于可以解决一部分网络覆盖的问题，现网依然无法完全退网；中国电信现网中依然保留CDMAR络，用于解决Volte技术暂不成熟的话音承载。在即将到来的5G时代，如何满足多样化业务需求，如何实现网络功能模块化、业务快速上线部署，如何与现网互通共存，有运营管理，是当前运营商部署5G核心网面临的主要问题。

1）网络架构需适应多样化业务需求

5G垂直业务千变万化，将会有更加多样化的业务需求，例如，cMBB业务的峰值き率要求在10Gbps以上，mMTC业务要求百万的连接密度，uMTC业务要求时延为毫秒级别，eV2X对用户的移动性提出了500km／h的高速要求。这种多样化的业务需求已经无法用传统的一个架构适应所有需求的设计理念来实现，需要网络架构能够针对不同的业务需求进行灵活的适配。

2）网络核心层需全面云化

目前移动通信核心网较为复杂，特别是引入Volte后，核心层各类网元众多，功能单一固化，设备软硬件耦合度高，无法满足新一代网络架构虚拟化、池组化的特点，复杂固化的网络架构直接导致了复杂的业务上线流程，无疑也加剧业务部署的难度，拖延业务应用实施的时间，延长运营商的业务创新周期。

5G网络基于服务化架构设计，通过网络功能模块化、控制和转发分离等使能技术可以实现网络按照不同业务需求快速部署、动态扩缩容和网络切片的全生命周期管理，包括端到端网络切片的灵活构建、业务路由的灵活调度、网络资源的灵活分配及跨域、跨平台、跨厂家，乃至跨运营商（漫游）的端到端业务提供等，这些需要通过全面云化的网络架构来实现，5G时代核心网迥异于传统网络，新的情况带来了网络建设、运营、管理等一系列挑战。

3）5G网络需与现网互通共存

综合历代网络建设经验，5G网络不会是一蹴而就的，必定是在现网基础上逐步演进发展，逐渐过渡转型的过程，在网络演进过程中，需要统筹规划，制定措施保证业务的持续，保障用户的体验，同时需要充分考虑网络现有的运维管理能力，实现5G网络与现有网络的融合互通和逐步演进。

4）5G网络运营管理

5G核心网络是构建在NFV和SDN技术之上的满足万物互联、超低时延、超高速率、灵活可靠等特性的网络，同时综合利用了云计算、物联网、大数据等技术，新的技术与业务流程对网络运营管理提出了新的要求。如何最大范围适配现有的网络运营管理体系，部署敏捷的网络编排和管理系统，是5G网络需要面对的挑战。

2．对无线网的挑战

在工程建设中，5G网络在规划部署和维护优化等方面都面临着诸多新挑战，最值得关注的主要有以下几方面。

1）频谱高

未来5G网络的用户数量将大幅增加，传输的信息资源也越来越多，对网络流量的需求急剧增大，现有的频率资源将不能满足用户的需求。5G网络要为用户提供更快的带宽服务，必然对频率方面的要求更高。

根据5G网络的规划，要实现5G网络的功能，除提高频谱利用率外，还需增加频谱带宽。在频谱利用率不变的情况下，可用带宽翻倍实现数据传输速率的翻倍。

在目前的3G和4G移动通信网络系统中，使用的频段范围基本上是在3GHz以下。高频段具有更大的带宽，可满足高速率、大流量的需求，但同时也给工程规划建设带来了新的挑战。

一方面，高频段网络，意味着较小的覆盖范围，这对站址和工参规划的精度提出了更高的要求，采用高精度的3D场景建模和高精度的射线追踪模型是提高规划准确性的技术方向，然而，这些技术也会影响规划仿真效率，同时增加工程成本。

另一方面，高频信号在移动条件下，受环境因素的影响更大，如何减小外界环境因素的影响也是5G规划的一大难点。与低频无线信号传播特性相比，高频对无线传播路径上的建筑物材质、植被、雨衰／氧衰等更为敏感，并且也容易受障碍物、反射物、散射物及大气吸收等环境因素的影响。较大的穿透损耗将明显降低覆盖的有效性。

2）站址密

5G网络建设需要通过增加站址数量，提高站址密度，从而提供较好的网络覆盖和用户体验。

首先，由于5G网络本身高频谱的覆盖特性，5G基站的覆盖半径更小，需要更密集的站址以实现较好的网络覆盖。5G网络对站址数量的需求远远超过了2G、3G网络，甚至也大大超过了4G网络的需求。

其次，未来移动网络数据流量需求急剧增大，按照香农定理，除了增加系统带宽和利用先进的无线传输技术提高频谱利用率外，通过加密小区部署，提升空间复用度也是提升系统容量的有效方法。然而，传统的小区分裂方式随着小区覆盖范围的进一步缩小将很难继续进行，需要在室内外热点区域密集部署低功率小基站，形成超密集组网（Ultra Dense Network，UDN），如图6-9所示。