郝 浪，張豪誠

（1.中國鐵塔股份有限公司延安市分公司，陜西 延安 716000；2.華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

2018年6月，5G NR獨(dú)立組網(wǎng)（SA）標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，正式構(gòu)建了5G核心網(wǎng)到5G基站端的5G網(wǎng)絡(luò)，也正式標(biāo)志5G NR獨(dú)立部署能力成為5G技術(shù)的標(biāo)配，為5G商用成為現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造了可能。從全球范圍來看，5G試驗網(wǎng)的建設(shè)和預(yù)商用進(jìn)程在持續(xù)推進(jìn)中。以實(shí)際例子來看，5G試商用在2018年韓國平昌冬奧會上取得了較大成果。同時，日本和歐盟對5G通信技術(shù)的重視程度與日俱增，在2020年可以大面積實(shí)現(xiàn)5G通信技術(shù)的推廣和正式商用。在這樣的背景下，我國三大運(yùn)營商開始在5G試驗網(wǎng)的建設(shè)上投入更多的建設(shè)力量。在2019年，5G通信技術(shù)進(jìn)入預(yù)商用階段，2020年則基本實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用[1]。

中國鐵塔成立于2014年，集合了三大運(yùn)營商大量基礎(chǔ)配套存量資源的優(yōu)勢，涵蓋電源、機(jī)房以及鐵塔等。歷經(jīng)數(shù)年的建設(shè)發(fā)展，中國鐵塔為運(yùn)營商基礎(chǔ)配套設(shè)施的供應(yīng)做出了重大貢獻(xiàn)。中國鐵塔致力于共站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了資源共享，防止出現(xiàn)基礎(chǔ)配套設(shè)施的重復(fù)建設(shè)問題而造成資源浪費(fèi)。但是，5G技術(shù)在不斷發(fā)展，因此中國鐵塔的配套能力在未來仍然會經(jīng)受巨大考驗。能否滿足5G建設(shè)需要，是中國鐵塔未來建設(shè)中應(yīng)當(dāng)重視的重大問題。

1 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和需求分析

1.1 三大運(yùn)營商現(xiàn)狀

首先，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營方面，三大運(yùn)營商數(shù)據(jù)通信、語音、應(yīng)急保障以及運(yùn)營能力較為成熟。其次，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面，無論市區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、郊區(qū)、農(nóng)村以及鐵路干線等地，三大運(yùn)營商幾乎實(shí)現(xiàn)了全覆蓋。最后，在網(wǎng)絡(luò)類型方面，2G、3G以及4G相輔相成，全面保證了用戶的數(shù)據(jù)體驗，為用戶實(shí)現(xiàn)各種功能提供了便捷。具體而言，在2G網(wǎng)絡(luò)上，中國移動和中國聯(lián)通主要以GSM和DCS1800為主，中國電信則以CDMA為主；在3G網(wǎng)絡(luò)上，中國移動為TDSCDMA，中國電信為CDMA，中國聯(lián)通為WCDMA；在4G網(wǎng)絡(luò)上，中國移動以TD-LTE為主，中國電信和中國聯(lián)通則分別以FDD-LTE和TD-LTE為主[2]。

對三大運(yùn)營商而言，在城市市區(qū)內(nèi)和縣城通常呈現(xiàn)3個系統(tǒng)并存的態(tài)勢。例如，中國移動主要為DCS1800、GSM、TD-SCDMA以及TD-LTE系統(tǒng)并存，中國聯(lián)通主要為WCDMA、DCS1800、GSM以及FDD-LTE系統(tǒng)并存，中國電信主要為CDMA、800 MHz FDD-LTE以及1 800 MHz FDD-LTE系統(tǒng)并存?？梢钥闯?，對運(yùn)營商共享站點(diǎn)來說，鑒于系統(tǒng)相對多樣，復(fù)雜性較強(qiáng)，在塔桅、電源以及機(jī)房方面通常具有較高的利用率。因此，在規(guī)劃與建設(shè)5G時應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的普查分析，進(jìn)行針對性的擴(kuò)容與改造[3]。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化

5G無線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了對BBU的拆分與重構(gòu)，基于內(nèi)容處理的實(shí)時性，完成從BBU到中央單元CU與分布單元DU兩部分功能實(shí)體的過程。CU設(shè)備在功能上主要包含非實(shí)時無線高層協(xié)議棧功能、核心網(wǎng)功能（UP）下沉以及部署MEC邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)等。與之相對，DU設(shè)備則主要包含物理層處理功能和實(shí)時性需求兩層功能。在此基礎(chǔ)上，為了最大限度節(jié)約RRU和DU之間傳輸資源，RRU可以承擔(dān)一部分物理層功能，將天線和RRU合設(shè)成AAU，以最大程度降低兩者之間的跳線連接情況。不僅可以減少傳輸時延，而且能降低故障點(diǎn)出現(xiàn)的概率，為后期維護(hù)帶來便捷。

1.3 三大運(yùn)營商需求探討

中國鐵塔是運(yùn)營商基礎(chǔ)設(shè)施的供應(yīng)商，在正式建設(shè)5G前一定要深入分析運(yùn)營商需求，考慮方向應(yīng)集中于機(jī)房、電源以及塔桅3個方向[4]。

1.3.1 機(jī)房空間需求

結(jié)合5G無線網(wǎng)絡(luò)三層架構(gòu)情況，機(jī)房空間需求的重點(diǎn)包括安裝工藝、集中度大小以及CU/DU尺寸等方面?；诋?dāng)前主流廠商數(shù)據(jù)實(shí)際情況來看，很多5G的CU/DU都呈現(xiàn)一體化狀態(tài)，實(shí)質(zhì)為商用4G BBU狀態(tài)，大小與4G BBU保持一致。如果從模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化的思維考慮問題，后期CU與DU形態(tài)上不會有較大差別，可以依照BBU大小進(jìn)行考慮。

當(dāng)前，各家運(yùn)營商傳輸機(jī)房都是自有產(chǎn)權(quán)。因此，CU和DU集中機(jī)房都超出了中國鐵塔考慮的范圍。若DU集中機(jī)房規(guī)模較小，以4個站點(diǎn)為例，機(jī)房想要滿足要求，只需提供約3個安裝空間[5]。

1.3.2 電源需求

當(dāng)前技術(shù)發(fā)展背景下，主流廠商在單個5G 64T64R的AAU功率消耗上大約可達(dá)到1 000 W，CU/DU一體化狀態(tài)功率消耗為300 W左右。相較于4G設(shè)備，5G設(shè)備在功率消耗上增加明顯。以主流站型中的S111拉遠(yuǎn)配置為例，若要多增加一個運(yùn)營商的5G站點(diǎn)，在功率消耗上會增加3 000 W。若站點(diǎn)是很多運(yùn)營商共享，則消耗的功率往往會增加更多。

1.3.3 塔桅需求

當(dāng)前5G AAU在寬度上和4G 800 MHz的4端口天線相差不多，增加厚度的同時減少了長度。在重量方面，AAU和4G 8端口天線與RRU相對接近。對鐵塔而言，增加迎風(fēng)面會產(chǎn)生更大負(fù)荷，尤其當(dāng)各家運(yùn)營商共享塔桅時，需要統(tǒng)籌思考鐵塔風(fēng)荷平臺應(yīng)用狀況[6]。

1.4 中國鐵塔共享現(xiàn)狀

相關(guān)資料顯示，在2018年年初站點(diǎn)中，站點(diǎn)由一家獨(dú)享的情況達(dá)65%，由兩家共享的情況達(dá)27%，由三家共享的情況達(dá)8%。由此可以看出，總體共享率達(dá)到了35%。伴隨5G建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)和發(fā)展，相較于4G站點(diǎn)，5G站點(diǎn)在分布上具有較大密集度。因此，很多站點(diǎn)由兩至三家運(yùn)營商共享，而此類站點(diǎn)在未來的創(chuàng)新改造上會存在更大的壓力。

2 配套改造方案探討

中國鐵塔應(yīng)成為三家運(yùn)營商基礎(chǔ)設(shè)施的后備力量，因此應(yīng)重視當(dāng)前站點(diǎn)的需求分析，落實(shí)摸底調(diào)研工作，保證配套改造方案的實(shí)用性[7]。

2.1 現(xiàn)場調(diào)研內(nèi)容

2.1.1 機(jī) 房

第一，要重視機(jī)房類型、稱重以及面積，科學(xué)預(yù)估機(jī)房可擴(kuò)容能力。第二，應(yīng)分析運(yùn)營商在本站的共享情況，以及2G、3G以及4G系統(tǒng)的數(shù)量，以便從整體出發(fā)，細(xì)致考慮站點(diǎn)利用與負(fù)荷情況，從而初步評估5G共享程度。第三，應(yīng)考慮空余機(jī)位數(shù)，便于安裝標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，正確評估機(jī)房可擴(kuò)容能力。第四，應(yīng)考慮當(dāng)前綜合柜內(nèi)部設(shè)備安裝情況，分析剩余空間情況，為預(yù)估綜合柜的新增情況提供便利。第五，應(yīng)考慮饋線窗、走線架以及接地排等設(shè)施占用狀況，一旦確定方案，可以第一時間啟動，從而保質(zhì)保量完成施工任務(wù)[8]。

2.1.2 電 源

在電源方面，首先應(yīng)考慮開關(guān)電源配置容量與額定容量，嚴(yán)格核實(shí)開關(guān)電源當(dāng)前的可擴(kuò)容空間與供電能力。其次，應(yīng)考慮蓄電池類型和配置容量，方便在增加5G系統(tǒng)后核算蓄電池供電保障時間的情況。再次，應(yīng)考慮本站負(fù)載電流和開關(guān)電源模塊配置與增加的5G系統(tǒng)的匹配性。最后，應(yīng)考慮蓄電池供電保障時間，方便對電源模塊與蓄電池進(jìn)行配置。

2.1.3 塔 桅

在塔桅方面，首先應(yīng)考慮塔桅類型與平臺適應(yīng)狀況。其次，應(yīng)考慮本站運(yùn)營商共享狀況、天線掛高情況以及2G/3G/4G系統(tǒng)數(shù)量等。再次，應(yīng)考慮鐵塔平臺的占用狀況，查看抱桿是否存在空余現(xiàn)象，從而初步確定改造方案。最后，應(yīng)確定樓面天線布放狀況。

2.2 改造方案探討

通過對現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行摸底，可以對現(xiàn)網(wǎng)資源建立清晰的認(rèn)識，從而全面掌握各個站點(diǎn)空間資源、負(fù)荷情況以及塔桅資源等信息，以便在各家運(yùn)營商的需求基礎(chǔ)上進(jìn)行改造[9]。

2.2.1 機(jī)房改造方案

機(jī)房主要有電源和DU兩項因素影響機(jī)房空間需求，因此機(jī)房改造主要有以下幾個措施。第一，如果電源無法達(dá)到要求，則需要視情況增加蓄電池組或電源。第二，如果本站為拉遠(yuǎn)站點(diǎn)，不用額外考慮DU安裝空間需求。第三，如果本站為普通站點(diǎn)，即本站存在一家或幾家運(yùn)營商的DU安裝情況，計算標(biāo)準(zhǔn)為DU占用3U安裝空間，則安裝空間大概需要1U～9U。第四，如果當(dāng)前綜合柜有富余的空間，可以直接利用舊設(shè)備，反之則需要綜合考慮對綜合柜安裝空間的預(yù)留。第五，如果本站為DU小集中站點(diǎn)，則需要視DU配置具體情況，確定6U～27U的安裝空間。若實(shí)際站點(diǎn)為此類情況，則應(yīng)盡量增加綜合柜的數(shù)量。第六，在開關(guān)電源與蓄電池組方面，應(yīng)當(dāng)依照增加的5G系統(tǒng)數(shù)量、設(shè)備功率消耗以及蓄電池供電保障時間，對系統(tǒng)額外新增情況的實(shí)用性進(jìn)行核算，進(jìn)而保障空間需求的科學(xué)性。第七，如果總功耗增加，還需要進(jìn)一步核算空調(diào)制冷能力，保證機(jī)房溫度適合和通風(fēng)降溫能力達(dá)到要求[10]。

2.2.2 電源改造方案

在當(dāng)前站點(diǎn)增加5G設(shè)備，應(yīng)當(dāng)充分考慮電源負(fù)荷的影響因素。由當(dāng)前主流廠商的設(shè)備參數(shù)可以看出，單個AAU功率消耗在1 000 W左右，CU/DU一體化形態(tài)功耗為300 W左右，單個DU在功耗上需要按照200 W進(jìn)行考慮。本站點(diǎn)有一家或一家以上運(yùn)營商5G設(shè)備共同存在時，在電池容量和功耗方面若是一家獨(dú)享，則新增功耗會達(dá)到3 000 W，蓄電池保障時間會達(dá)到3 h，最低新增電池容量需求可達(dá)到372 Ah；若是兩家共享，則新增功耗會達(dá)到6 000 W，蓄電池保障時間會達(dá)到3 h，最低新增電池容量需求可達(dá)到774 Ah；若為三家共享，則新增功耗會達(dá)到9 000 W，蓄電池保障時間會達(dá)到3 h，最低新增電池容量需求可達(dá)到1 116 Ah。

舉例來說，某省機(jī)房站點(diǎn)具備額定容量為600 Ah的開關(guān)電源、配置容量200 Ah以及1部500 Ah蓄電池組。據(jù)前文可知，在保障3 h斷電時間情況下，此開關(guān)電源只能達(dá)到一家運(yùn)營商新建5G設(shè)備的要求。因此，很多站點(diǎn)都應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)大容量蓄電池的替換。在開關(guān)電源方面，計算時應(yīng)需要充分考慮額外擴(kuò)容蓄電池容量和增加的系統(tǒng)功耗，視具體情況擴(kuò)增開關(guān)電源模塊。此外，檢測并替換空氣開關(guān)與開關(guān)電源熔絲，以保證每家運(yùn)營商在5G設(shè)備上都能至少保證一路100 A或160 A的空氣開關(guān)或熔絲。如果開關(guān)電源型號較老，鑒于額定容量不高，應(yīng)當(dāng)視具體情況更換開關(guān)電源[11]。

2.2.3 塔桅改造方案

通過對現(xiàn)場進(jìn)行摸底，在核實(shí)塔高、塔型、掛高、平臺空間、平臺數(shù)量、天線類型以及抱桿等狀況后進(jìn)行分類歸并，通?？煞殖?種情況。首先，如果存在空余抱桿則可以利舊，應(yīng)先核算可利舊抱桿數(shù)量，可以利舊的部分應(yīng)當(dāng)直接利舊，如果可利舊數(shù)量無法有效與新增AAU安裝需求匹配，則超出的部分應(yīng)當(dāng)按照沒有空余抱桿的情況處理。其次，如果不存在空余抱桿但是存在新增條件時，為了安裝AAU，應(yīng)核算可新增抱桿數(shù)量，如果不足，應(yīng)按照沒有空余抱桿無新增標(biāo)準(zhǔn)處理。最后，無空余抱桿且無新增條件的情況。一方面，如果一家運(yùn)營商有很多系統(tǒng)天線，可在替換問題上利用多端口多頻段進(jìn)行替換，空余抱桿用作AAU的安裝。另一方面，可以利用長抱桿完成對短抱桿的替換，將原來的天線和AAU統(tǒng)一到長抱桿上進(jìn)行安裝。不管采用何種改造方式，在確定方案時都應(yīng)當(dāng)核算高度、承重、風(fēng)荷以及天線隔離度等問題，防止破壞鐵塔結(jié)構(gòu)，給鐵塔帶來安全隱患。

3 結(jié) 論

相較4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)具有較大優(yōu)勢，同時也會具有更大的設(shè)備功耗與空間需求。因此，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前鐵塔與配套資源的優(yōu)化配置，增強(qiáng)擴(kuò)容與改造的實(shí)用性，是每個運(yùn)營商都需要認(rèn)真考慮的關(guān)鍵問題。