張洪偉，蔡宗平，馬學軍，王耀祖（中國移動通信集團設計院有限公司重慶分公司，重慶 400042）

1 概述

隨著5G時代的到來，運營商需要應對爆炸式的流量增長、海量的設備連接和不斷涌現(xiàn)的新業(yè)務新場景，首先面臨的是5G 網絡建設問題，最關鍵的是鋪設一張連續(xù)的、覆蓋整個城市5G 網絡。5G 基站初期站點的規(guī)劃選擇會有所側重，初期需要根據(jù)市場及用戶需求進行規(guī)劃部署，在重點熱點區(qū)域優(yōu)先建設，同時考慮與4G網絡的交互性，需要統(tǒng)籌考慮網絡的規(guī)劃和建設，利用4G網絡部署的經驗、原有站址和技術手段，提升5G網絡部署的效率，降低網絡規(guī)劃部署難度。

2 基于4G網絡基礎的5G網絡規(guī)劃

2.1 5G網絡規(guī)劃難點

5G 的業(yè)務和應用場景有別于以往的網絡，網絡規(guī)模和立體分層將更加明顯，復雜程度更高，隨著Mas?sive MIMO及復雜天線波束賦形技術的應用，多徑建模的重要性更加突出，如果缺乏精細化多徑建模仿真手段，將很難保證網絡規(guī)劃準確性。因此，基于高精度電子地圖、三維立體建筑物圖層、具備多徑建模的射線追蹤傳播模型等新型仿真技術，可實現(xiàn)5G無線網絡的精準規(guī)劃。

5G 網絡的業(yè)務預測包括用戶數(shù)預測和業(yè)務量預測2 個方面，5G 網絡是全頻段多RAT 接入網絡，不同頻段和無線接入方式選用不同的業(yè)務模型。5G 采用了Massive MIMO 等技術，提高了頻譜效率，帶寬更大，使得5G具備高容量的能力。在進行站址規(guī)劃時，要充分考慮現(xiàn)有基站站址的利舊及新建站點的共建共享。

同時，5G 規(guī)劃中面臨的挑戰(zhàn)主要有頻譜資源、新空口、新業(yè)務和應用場景的多樣化，網絡架構重組對于政府監(jiān)管、應用于5G 的新技術、外界環(huán)境的影響等均存在挑戰(zhàn)。

不同網絡頻段空口傳播損耗、傳播模型均不同，使得5G 頻譜規(guī)劃也變得更加復雜。新的業(yè)務需求已經超出行業(yè)經驗范圍，當前在評估方法以及規(guī)劃方案等領域均沒有成熟的研究結果，也面臨新的挑戰(zhàn)。

2.2 4G/5G網絡協(xié)同發(fā)展

面向5G 業(yè)務用戶體驗，4G/5G 將存在一個很長的共存期，5G 網絡的建設可采用與4G 協(xié)同發(fā)展思路，采取“5G 創(chuàng)品牌，4G 保發(fā)展”的策略，分批次建設5G 網絡，同時在建網初期，5G 核心網未成熟，仍需要借助4G EPC 核心網，需要設定錨點網絡，NSA 宏站錨點建議優(yōu)選1.8/1.9 GHz。

一期：4G/5G 單點部署和精品網部署，單點部署時為避免影響現(xiàn)網4G，5G 可開60 MHz 帶寬，頻譜資源動態(tài)共享；精品網區(qū)域5G 開100 MHz 連片組網，周邊4G D1D2 退頻，5G 反開3D MIMO 分流LTE 容量，如圖1（a）和（b）所示。

二期：大規(guī)模開5G 100 MHz 連續(xù)覆蓋，5G 開通NR，同時反開3D MIMO 分流LTE 容量，如圖1（c）所示。

2.3 基于4G網絡開展5G網絡規(guī)劃

在5G建網初期，基于應用場景的網絡建設無法達到連續(xù)的覆蓋，以4G LTE 網絡作為打底網絡，對4G EPC 進行升級，5G 在4G 網絡的基礎上逐步形成規(guī)模，選擇重點場景、熱點場景進行5G 網絡的前期部署，如圖2所示。

圖2 2期大規(guī)模開通100 MHz NR+3D MIMO

2.3.1 NSA錨點頻譜選擇分析

現(xiàn)階段，各大芯片、終端廠商均支撐全頻段錨點能力，通過對現(xiàn)網主流頻率的覆蓋效果情況進行測試對比，F(xiàn)DD 1800 頻段用于5G 網絡錨點，可以達到更好的效果，主要具有如下優(yōu)勢。

a）單站覆蓋效果優(yōu)于其他網絡頻段。

b）上行容量3倍于F頻段。

c）端到端產業(yè)鏈成熟，易用性高，現(xiàn)階段各主流廠商均支持。

1.8 GHz FDD 頻段作為錨點，現(xiàn)網還不完全連續(xù)，在5G 部署區(qū)域需同步建設1.8 GHz FDD 連續(xù)覆蓋，F(xiàn)DD既可作為5G錨點，又可有效分擔4G用戶和流量。

2.3.2 5G頻譜分析

綜合各方面信息，確定本地5G網絡建設的近期目標，從而明確對性能和帶寬的需求。5G 網絡帶寬越大，性能就越好，但考慮到4G網絡流量快速增長，退頻工作普遍存在一定難度，因此建議客觀評估5G網絡的性能需求。

5G 采用100 MHz 帶寬時，最后40 MHz 帶寬和現(xiàn)網D1、D2 頻點重合，存在同頻干擾。干擾類型和強度近似鄰區(qū)干擾，目前5G 網絡近似空載，對4G 影響很小，但4G 負荷較大，會影響5G 性能。因此，對5G 性能要求高的區(qū)域，需要額外增加D1/D2頻點的隔離帶。

2.3.3 4G退頻方案

為滿足5G 建設的頻譜隔離帶要求，需要對現(xiàn)網4G頻段進行結構套裝，根據(jù)每物理扇區(qū)需要的最終載頻數(shù)、終端情況、產品情況等確定退頻方案，移頻后LTE 扇區(qū)配置等效載波數(shù)不低于移頻前，以應對未來LTE流量增長需求，確保LTE網絡性能穩(wěn)定。

a）根據(jù)各頻段配置帶寬，確定等效載波情況（見表1）。

表1 各頻段配置帶寬等效載波

b）根據(jù)各扇區(qū)現(xiàn)有資源和預測后需要的載波數(shù)，評估退頻后的資源缺口；不存在缺口的扇區(qū)可以直接退頻D1、D2頻點。

c）對存在資源缺口的扇區(qū)進行擴容，策略按優(yōu)先級排序為：開啟D3 頻點、擴容/新建TDL-F 頻段載波（提升終端覆蓋連續(xù)性）、開啟FDD載波、扇區(qū)分裂。

d）部分早期微站產品不支持D3 頻點，需要替換產品；退頻后資源不足的需補充FDD微站。

e）部分扇區(qū)負荷較高，現(xiàn)網已經配置較多載波，退頻后容量無法滿足需求，建議NR 開通80 MHz 帶寬，即只退D1一個載波，確保LTE現(xiàn)網性能穩(wěn)定。

f）對產品和終端能力較好的場景，LTE 除FDD1800 和D3 之外，還可采用D 頻補充頻段（2 635～2 655 MHz）來增強容量。

當5G 設備開通商用后，可以反向開通4G MIMO載波，大幅提升LTE系統(tǒng)能力，此時可以逐步清退LTE產品設備；當頻率共享實現(xiàn)后，對LTE 容量不足、5G 負荷很低的扇區(qū)，可以靈活增加LTE載波資源。

2.3.4 5G容量預測

根據(jù)試點區(qū)域長期業(yè)務量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，確定該場景增長曲線，并基于當前指標統(tǒng)計情況，預測后續(xù)業(yè)務量需求。

預測主要有2 個時間點：各廠家5G 產品能夠實際支持4G商用用戶和4G/5G實現(xiàn)頻譜共享。

容量預測需要采集較長時間粒度的容量數(shù)據(jù)，其中小區(qū)級通過網管采集3～6 個月的流量和用戶數(shù)，此外還需要運營商提供18個月以上的本地網級別上、下行總流量和實際用戶數(shù)（見表2）。

表2 現(xiàn)階段各場景流量對比

2.3.5 5G建網評估預測

在4G 網絡建設的基礎上，依據(jù)4G 網絡用戶模型及網絡部署經驗，同時考慮5G 網絡應用場景，網絡建設主要從網絡結構、話務、場景等方面進行評估預測。

網絡結構評估：基于各個頻道進行規(guī)模、覆蓋率、站間距的結構評估。

話務評估：對規(guī)劃區(qū)域用戶、流量等進行評估，定義區(qū)域話務等級。

場景劃分：根據(jù)4G話務區(qū)域的優(yōu)先級進行場景劃分，便于進行5G規(guī)劃（見圖3）。

圖3 網絡結構圖

2.3.5.1 基于鏈路預算NSA 5G網絡的覆蓋評估

在NSA 組網模式下，針對5G 的應用場景，設定不同的邊緣速率組合（見表3），按需進行網絡部署，有針對性地進行網絡評估。

表3 上下行邊緣速率組合定義（單位：Mbit/s）

2.3.5.2 基于上下行不同速率組合的鏈路預算

在NSA 組網模式下，依據(jù)覆蓋場景，通過鏈路預算評估各場景的覆蓋半徑，如圖4所示。

圖4 通過鏈路預算評估各場景的覆蓋半徑

2.3.5.3 基于鏈路預算SA 5G網絡的覆蓋評估

從NSA 模式升級到SA 組網模式，相比NSA 模式，終端發(fā)射功率提升3 dB。

通過鏈路預算可以評估在各種場景下從NSA 升級到SA 覆蓋能力的提升情況（見圖5）。從圖5可以看出，SA組網明顯優(yōu)于NSA組網模式。

圖5 不同場景下SA與NSA覆蓋能力對比（單位：m）

3 5G網絡規(guī)劃的總體流程

為實現(xiàn)5G網絡的合理部署，初期規(guī)劃階段需要對網絡需求進行分析，結合建網目標進行網絡容量、覆蓋預測，基于主流設備及網絡結構進行站點選址和建設規(guī)劃，依據(jù)規(guī)劃結果進行網絡仿真，輸出規(guī)劃仿真方案，最終實施網絡建設，詳細流程如圖6所示。

圖6 5G網絡規(guī)劃的總體流程

3.1 5G建網需求分析

5G 網絡規(guī)劃階段，需要首先對網絡需求進行分析，綜合現(xiàn)網多制式、多頻段的站點資源，考慮組網策略對現(xiàn)網的影響，通過劃分建網場景，制定網絡建設策略。初期實現(xiàn)主城區(qū)的網絡規(guī)劃建設，逐步向外擴展，優(yōu)先滿足應用合作機構的業(yè)務需求，例如醫(yī)院、機場等重點應用場景；其次通過大數(shù)據(jù)進行分析，選出部分高流量、高需求、具有商業(yè)價值的區(qū)域作為初期建網的重點區(qū)域，進而推廣至其他區(qū)域，熱點區(qū)域主要集中于大學城、商業(yè)區(qū)、景點及密集居民區(qū)。

3.2 5G建網指標

依據(jù)覆蓋場景及業(yè)務需求，制定5G網絡建設規(guī)劃指標要求，在城區(qū)高熱區(qū)域制定較高的網絡指標要求，依次為城區(qū)一般區(qū)域、縣城和郊區(qū)區(qū)域（見表4）。

表4 5G建網指標

3.3 5G覆蓋容量評估預測

通過計算鏈路損耗、干擾、開銷等，基于柵格分析小區(qū)覆蓋率、電平值、信噪比、峰值速率等各項指標對覆蓋進行預測，從而評價現(xiàn)有組網規(guī)劃方案是否滿足客戶要求。5G 無線網絡設計目標、面向業(yè)務和采用技術與4G 網絡差異明顯，5G 無線網規(guī)劃不能簡單沿用4G 方法，可參考現(xiàn)網4G 網絡熱點區(qū)域網絡容量，結合5G 網絡覆蓋模型，針對5G 網絡的新需求、新特性，預測5G網絡容量需求，面向多場景精準規(guī)劃5G無線網。容量熱點圖如圖7所示。

圖7 網絡熱點渲染圖

3.4 5G站址選擇

考慮網絡建設成本及快速建設部署，5G 選址首先考慮共用原有基站站址，同時新建站址考慮共建共享的原則，減少網絡建設成本，同時實現(xiàn)快速部署，這種建網方式在一定程度上減少了初期資源的浪費，同時對于挖掘5G 商用價值產生了積極的作用，對后續(xù)5G的投資必定產生良性影響。

3.5 5G規(guī)劃仿真

精準的RF 和BF 參數(shù)規(guī)劃對5G 網絡的建設也很重要，靜態(tài)仿真（無時間概念）是一種常用的方法，將規(guī)劃區(qū)域進行地理柵格化，每個柵格認為是一個UE，小區(qū)所有資源分配給此UE，進行覆蓋電平、信道質量和速率的預測；即評估單點峰值覆蓋能力?；谏渚€追蹤模型和5 m 3D 地圖，推廣高精度仿真，提升預測精度。常用主流射線跟蹤模型有volcano、cross wave、P3M 等。

結合高精度電子地圖，射線跟蹤模型按照預設參數(shù)計算收發(fā)端之間的直射、反射、衍射、繞射等各種路徑損耗，逼近信號真實傳播特性，該模型適用于較高頻段的仿真，尤其是毫米波。廣播信道3D 權值規(guī)劃、業(yè)務信道3D立體賦形均需基于射線跟蹤模型。

可實現(xiàn)基于二維高精度電子地圖(含建筑物高度信息)，地圖精度5 m及以上的效果呈現(xiàn)，如圖8所示。

圖8 二維仿真示例圖

也可實現(xiàn)基于3D 立體建筑物切片的網路覆蓋預測，呈現(xiàn)效果如圖9所示。

圖9 三維仿真示例圖

3.6 方案輸出

5G 網絡部署的頻率主要為2.6 GHz、4.9 GHz 頻段，2.6 GHz部分頻段已被4G D 頻段站點使用，需合理地規(guī)劃2G、3G、4G 清頻退網，網絡規(guī)劃方案與頻移方案相結合，使5G網絡建設工程平穩(wěn)落地（見圖10）。

圖10 4G/5G協(xié)調部署網絡結構

4 5G基于某市現(xiàn)網站點的NSA網絡規(guī)劃方案

現(xiàn)階段，網絡規(guī)劃以NSA 為主，對于有行業(yè)用戶需求區(qū)域將NSA逐步升級為SA。在網絡設計階段，遵循從NSA站點逐步升級到SA的原則。

a）NSA 錨點定義：評估4G FDD1800，TDD F，TDD D 覆蓋連續(xù)性，單純從覆蓋的角度上評估三者作為錨點的優(yōu)先級；從端到端產品成熟度的角度進行評估，確定FDD1800，TDD F，TDD D 作為錨點的優(yōu)先級；綜合評估確定作為錨點的4G網絡。

b）站點篩選原則：確定錨點頻點后，在5G 站點規(guī)劃時，優(yōu)先選擇錨點頻點的站點作為5G 候選規(guī)劃站點；錨點頻點定義后，其他頻點站點按照錨點成熟度優(yōu)先級選站；5G 一期部署主要是宏站，因此室外選站優(yōu)選4G宏站。

c）網絡結構評估原則：評估站間距過近站點，非覆蓋必須或高話務站點可在5G規(guī)劃中剔除；合理剔除過高站點和過低站點。初步確定的5G 預規(guī)劃站點按照錨點定義頻點，按話務高低定義優(yōu)先級。

d）RF參數(shù)規(guī)劃：NSA組網，5G站點參數(shù)與共站的錨點4G 站點RF 參數(shù)一致；NSA 組網新建5G 站點，如與現(xiàn)網D 頻共站，采用D 頻的RF 參數(shù)。對于SA 組網，5G規(guī)劃參數(shù)參照4G已有站點RF參數(shù)。

4.1 某市現(xiàn)網分析及5G網規(guī)思路

通過容量分析，對D 頻段退頻后的站點擴容建議進行整理，比對2019 年建設計劃，獲得F1800 站點列表；整理物理站點工參和不同頻段邏輯小區(qū)歸屬，以F1800-F 頻段的順序進行NR 站點選擇；規(guī)劃NR 及F1800 網絡，并相應調整工參；對高話務扇區(qū)的覆蓋進行分析，利用best server 仿真確定話務分擔的扇區(qū)；輸出包括NR、F1800、D 頻段退頻話務遷移的整體規(guī)劃方案。

通過對比，該市城區(qū)F頻段站點分布較為密集，站間距普遍在300 m 左右，城區(qū)FDD 1800 頻段站點基本和F頻段重疊，但是仍有部分空洞。

4.2 現(xiàn)網FDD1800覆蓋評估（RSRP）

依據(jù)仿真條件，對某城區(qū)FDD1800 站點覆蓋進行評估，結果如表5所示。

表5 現(xiàn)網FDD1800覆蓋評估仿真結果

5G 初期組網策略是NSA 組網，錨點為FDD1800，因此在5G 建設前需要評估市區(qū)FDD1800 的網絡覆蓋情況。

經過仿真評估，市區(qū)內531 個FDD1800 站點（1 076 扇區(qū)），現(xiàn)網RSRP>-105 dBm 的覆蓋率為94.97%，無法構成連續(xù)覆蓋；部分區(qū)域出現(xiàn)明顯的連片弱覆蓋區(qū)域。

如果選擇FDD1800 作為錨點，需要新增FDD1800站點來改善市區(qū)覆蓋。

4.3 用弱覆蓋仿真識別法進行FDD1800增補加站

NSA 組網中，F(xiàn)DD1800 作為錨點網絡要求連續(xù)覆蓋，但又考慮投資成本，F(xiàn)DD 站點要做到精準投入，通過采用MR弱覆蓋柵格篩選質差區(qū)域（見表6）。

表6 FDD1800弱覆蓋仿真識別評估結果

由于FDD1800 存在大量單扇區(qū)雙扇區(qū)站點，優(yōu)先考慮參考其他頻段補全扇區(qū)，并結合新建站點計劃，整體考慮增加FDD1800覆蓋方案并采用仿真驗證。

4.4 FDD1800預規(guī)劃覆蓋評估（RSRP）

經過仿真評估，在市區(qū)內預規(guī)劃535 個FDD1800站點（1 344 扇區(qū)），RSRP>-105 dBm 的覆蓋率達到98.25%，MR 弱覆蓋柵格區(qū)域，RSRP>-105 dBm 的覆蓋率達到96.64%，可以有效實現(xiàn)市區(qū)內的淺層覆蓋（見表7）。

表7 現(xiàn)網FDD1800預規(guī)劃評估仿真結果

本規(guī)劃共新增FDD 站點4 個（已在計劃建設列表中），新增256個扇區(qū)，實現(xiàn)城區(qū)連續(xù)覆蓋。

4.5 5G規(guī)劃站點分布

基于全網所有物理站點，去除過低站（低于12 m），過近站點，普遍站間距大于300 m，平均站間距約為470 m。

采用現(xiàn)有方位角進行仿真和優(yōu)化，對室外SSRSRP ≤-91dBm 的弱覆蓋區(qū)域進行加站，統(tǒng)一規(guī)劃站高30 m。

利舊站點641 個，建議新建站點155 個，全網NR規(guī)劃站點共796個。

4.6 NSA組網5G規(guī)劃宏站仿真

在市區(qū)中，室外場景SS-RSRP≥-91 dBm的比例為95.70%；SS-SINR≥0 dB 的比例為98.68%，均達到95%的覆蓋率要求（見表8和表9）。

表8 5G規(guī)劃站點覆蓋仿真結果

表9 5G規(guī)劃站點質量仿真結果

此次仿真僅考慮10 dB 穿損的淺層覆蓋，實現(xiàn)室內淺層覆蓋保障，無法保障室內深層覆蓋。

5 總結

面對5G 網絡規(guī)劃建設，通過了解市場需求，結合現(xiàn)階段的網絡發(fā)展趨勢，同時考慮4G/5G 網絡互操作及協(xié)調組網模式，需要統(tǒng)籌考慮網絡的規(guī)劃和建設，利用4G 網絡部署的經驗、原有站址和技術手段，以及5G 網絡新特性，提升5G 網絡部署的效率，降低網絡規(guī)劃部署難度，本文通過對錨點網絡的評估，針對網絡熱點和網絡需求，實現(xiàn)5G 網絡的規(guī)劃和評估，達到網絡前期規(guī)劃部署的需求。