鉴于5g技术在新一代的信息通信基础设施中的重要性，5g已经上升为国家战略，被视为国家间产业与经济竞争手段。随着技术标准的定型，网络部署已经被运营商提上议事日程。考虑到5g技术的新特点，运营商根据现有电力、传输、基础建设条件以及业务预测的网络周期等因素采取合适的部署策略，快速高效地部署网络是明智的选择。部署的策略需要考虑的因素包括网络架构与设备选型、建设策略、网络重耕。
关键词：5g技术;业务预测;设备选型;网络重耕
1 引言
据报道，美国无线通信和互联网协会(ctia)建议美国应该加快引进5g技术，否则可能比中国落后一到两年，未来不再有其它机会。按照协会的结论，中国和韩国在5g引进方面已经超过美国。美国国家安全委员会(nsc)也警告称，如果中国占据通信领域主导地位，那么他们将不仅获得技术胜利，也将获得政治、经济，以及军事胜利。在我国国家层面，鉴于5g技术在新一代的信息通信基础设施中的重要性，也已经将发展5g上升为国家战略，被视为国家间产业与经济竞争手段。今后面向物联网的应用、车联网的应用，叠加在上面的各种互联网，甚至工业互联网的应用，都和它密切相关。作为运营商，5g网络已经不是部署不部署的问题，而是采取何种策略部署的问题。
2 5g发展现状
5g是3g后通信基础又一革命性突破，涵盖增强移动带宽、海量机器通信和超高可靠低时延通信3个应用场景。2017年，全球5g移动通信时代脚步越来越近，各国政府纷将5g建设及应用发展视为国家重要目标，各技术阵营的5g电信营运商及设备业者亦蓄势待发，5g市场战火一触即发。2018年6月底已经发布nr第一个版本(r15)，满足embb以及(部分)urllc需求(option 2)r15版本将在2018年12月冻结，2019年底发布r16版本，满足5g全业务需求 。
2.1 应用场景
5g时代视频类创新应用引领5g初期embb业务发展，而智慧城市，万物互联，融合创新，工业4.0，智能制造的发展，使能行业变革将成为5g新常态。5g网络应用场景如图1所示。
图1 5g网络应用场景
(1)embb场景：高容量大带宽，增强视频、ar/vr等创新应用引领5g发展和需求，embb成为5g初期首选场景。
(2)urllc场景：超低时延，高可靠性，使行业变革，驱动车联网、无人机、工业控制、进程匚疗等特殊应用成为可能。
(3)mmtc场景：广覆盖、小数据包、低成本、低功耗，智能家居，智慧城市，物联网业务激增(预计2020年17亿连接)。
2.2 标准制定状况
5g第一版本标准接近完成，根据预测，3gpp有关5g标准推进工作进展计划如图2。
图2 5g标准进展
(1)核心网方面，2018年6月已经完成ngc第一个版本(r15)制定，2019年底完成ngc r16版本：支持多种网络切片，满足5g全业务需求。
(2)无线网方面，2018年6月已经发布nr第一个版本(r15)，满足embb以及(部分)urllc需求(option 2)r15版本将在2018年12月冻结，2019年底发布r16版本，满足5g全业务需求。
2.3 国内运营商发展状况
根据gsma官方预判到2025年全球约12亿5g用户，5g网络覆盖40%人口，中国将是5g最大的市场运营商意志服从国家意志，行业需求旺盛，需求超越供给，以及竞争驱动，先发优势将决定5g的建设和运营策略。
(1)中国移动：截至2017年末，移动全国4g基站有187万个，覆盖99%的人口。2018年，移动将继续巩固现有网络，同时大力推动5g发展。2018年5g规模实验计划——在杭州、上海、广州、苏州、武汉五个城市开展外场测试，每个城市将建设超过100个5g基站;将在北京、成都、深圳等12个城市进行5g业务和应用示范。
(2)中国联通：紧扣发展节奏，聚焦“厚、深、广”三要素，打造高效、优质的中国联通精品网;支撑2i2c再发展1亿用户战略延续流量经营红利，延续用户和收入增长;直面深度覆盖体验短板面向5g推进数字化转型。目前在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京、雄安等七座城市和地区里开展5g外场测试工作。
(3)中国电信：当前，电信正大力地推动volte商用，以4g网络功能全面替代2g和3g网络功能为主要目标。将会为成都、雄安、深圳、上海、苏州、兰州六座城市和地区开展5g网络相关测试，促进4g与5g网络协同，促进5g技术应用落地。
总体上来看，中国移动在5g网络的前期研究和技术储备较多，电信在北京、上海、广州研究院也一直跟进5g的研究，取得了一些进展。联通在5g方面的动作也不少，但在5g试点方面整体落后于其它两家运营商。
3 5g部署面临的困难
从前期4g的部署经验来看，5g的部署仍然采取与现有的3/4g共站为首选，再考虑到覆盖需求进行新增补点的模式进行规划建设。在与3/4g共站建设模式下，现有基站的电力容量，天面条件，以及传输带宽必然成为影响快速部署的瓶颈。
3.1 无线设备形态变化
根据主要设备生产厂家的参考数据，5g网络无线部分的基站设备形态明显有别于4g的bbu rru组合，主要以bbu aau形态出现(4g与5g基站典型形态对比如图3所示)。
图3 4g与5g基站形态对比
3.2 电力容量不足
根据主要设备生产厂家的参考数据， 5g的bbu功耗较4g的bbu高出一倍，rru与天线的组合体aau约1000w，较4g高出1.5倍，整体单站功耗约5000w，是原来4g的2.5倍。在3/4g共站情况下，叠加5g设备，尤其是2g尚未退网情况下，电源容量将严重不足。
其次，由于aau必须挂在抱杆上，产生额外的路径损耗，进一步增加了供电压力。同时，aau相对于rru较大的功耗，要求更粗的电缆线径，增加了施工的难度。
根据当前无线网络运行状况来看，4g网络的叠加已经给现网带来了极大的挑战，未来再在现网叠加5g，不进行电力改造和电源扩容几乎不可能。2g设备老旧，耗电量在基站中占比非常大。考虑到2g业务基本可以由3/4g分担，加速2g网络全面退网成为必然选项，可以大大缓解基站电力不足的局面。
3.3 天馈工程难度增大
(1)aau安装需要新增足够的天线包杆和空间，现有站点天面空间普遍不足，同时考虑天面租金通常按照天线数量计算，成本将大大增加。
(2)由于aau取代传统天线上塔，重量大约是传统天线的4倍，从安全角度考虑，传统的天线抱杆在结构和强度上都不能满足安装aau条件。
(3)考虑到新增aau散热和安装空间限制，传统美化罩大多不能重用，需要定制或改造。
(4)加快2g网络的全面退网可以一定程度缓解天面空间的需求。
3.4 前传光纤需求增加
前传光纤需求，5g站点光纤需求成倍增加，光纤资源挑战大。4g时代bbu集中比例约50%，光纤已显不足。同时，rru级联单芯双向，单天面到机房一对或一根纤，尚能节省一些光纤资源。但是，在5g时代aau不能级联，光纤消耗更多，每aau需一对纤，bbu集中使光纤需求显著增加。
4 部署策略探讨
考虑到每一代移动通信网络都有其生命周期，如何根据业务预测，经济并高效地部署网络策略变得非常重要。需要考虑的策略包括设备选型，覆盖策略，容量策略以及旧的网络的重耕策略。
4.1 网络业务分析预测
要分析网络的生命周期，需要对实际网络运行情况的长期统计观察，从而预测业务发展趋势和网络更替周期，为网络初期建设和后续扩容提供指导建议。以下以某城市3/4g业务为例进行分析。
(1)网络成长期
某城市本地网4g网络建设初期到成长期，3/4g网络业务对比统计情况如图4。
图4 某市3/4g网络业务统计
统计可见，由于4g较3g网络有10倍吞吐率优势，4g网络从建成商用以来，流量最初远低于3g，到月流量正式超过3g网络，双网流量实现剪刀差，仅仅用了17个月，不到一年半的时间。
(2)流量井喷期
随着4g终端的普及，一系列流量包业务的发布，推动4g流量井喷式的增长，几乎平均每半年流量翻一倍。业务量井喷似的增长，大大超出预期，网络容量受限制，业务感知受到影响，网络随即由规模建设期转入规模扩容期(4g网络井喷式增长如图5)。
图5 4g网络井喷式增长
(3)业务替代期：
4g网络自正式商用后，流量从与3g网络旗鼓相当，到数据流量达到3g网络的10倍，从而基本取代网络，成为数据业务主流，仅仅只用了15个月的时间。4g/3g流量比的变化如图6所示。
图6 4g/3g流量比变化
从上述4g网络的成长周期来来看，从网络正式商用，到取代3g，只用了32个月，大约2.7年的时间。目前，运营商的策略，除了局部的热点扩容外，基本都是在筹备5g了，5g网络蓄势待发。可以预见的是5g网络的建设和成长周期也将遵循这个周期规律，或许更短。因此，根据网络成长发展预测周期，抓住投资建设的黄金时间，如何选择正确的策略部署5g网络尤为重要。
4.2 组网与设备选型
(1)sa与nsa的选择
5g网络基本架构分nsa(非独立组网) 与sa(独立组网)两大基本类型，
两种架构不同特点，服务不同部署策略，服务不同战略的选配。nsa 与sa 组网优劣对比如表1。
表1 sa 与nsa架构对比
对比nsa(非独立组网)sa(独立组网)
组网架构4g 5g协同5g独立组网
连续覆盖必要性必要性低必要性高
速率4g速率 5g速率5g速率
语音方案3g回落/voltevolte
核心网利旧epc新建5gnew core
nsa特点适于“一步规划，分步实施”，聚焦重点，投资可控。sa对全网连续覆盖要求高，适于连续覆盖一步到位策略。考虑到投资风险，设备利旧，逐步演进的稳妥策略，建议优选nsa作为初期建设策略。
(2)无线设备的选型
5g基站初期部署是选择64t64r ，32t32r，还是16t16r也很重要，从商用技术成熟度，覆盖能力，容量增益，单站成本，对标友商等几方面考虑，初期部署64t64r，保障连续覆盖竞争力是不错的选择(64t64r的优势如图7)。
图7 64t64r的优势
(3)供电节电策略
5g基站设备功耗较大，尤其是aau功耗大，而且需要远程供电，线路损耗给工程和维护带来较大的问题，通过提高线路电压降低路损是必然选项。为了解决这个问题，一方面要改造基站供电系统，另一方面，要求厂家提供多种应对方案，包括相关的配套设备，aau的低压工作能力，交流工作能力，以及其它节电策略。
4.3 建设策略
(1)按需建设，循序渐进。结合上述分析的4g网络成长周期，预测5g业务发展节奏，根据业务节奏进行建设。根据应用预测，5g建设的第一阶段，主要以增强视频、ar/vr，无人机等创新应用为5g发展驱动力， embb成为5g初期首选场景。第二阶段，以智能机器人，车联网等应用为主，网络需满足低时延、大带宽需求。第三阶段，各应用智能化、规模化，网络需满足大连接、低时延、大带宽需求。因此，从投资效益角度出发，5g网络的建设应根据各阶段业务需求，按需投资。
(2)从点线面考虑，重要场景差异化覆盖。5g由于较高的频率，覆盖半径较小，考虑经济效率，初期建设非连续覆盖是必然的。采用分用户分场景差异化覆盖，逐步实施是首选。从点、线、面三方面来考虑：
一是关键的点，主要是分散的重要用户，包括高apru用户、政企重要用户、vip用户活动区域，机场，车站，码头，港口，重要景区以及营业厅等其它重要点状区域。
二是重要的线，如重要城际高速、高铁，机场高速等有利于塑造网络口碑的体验场景。
三是高价值的面，高端人口密集的核心城区，重要商业区，目标用户密集，3/4g网络流量较高的，运营价值区域，局部实现连续覆盖是必要的。
4.4 网络重耕
(1)为了达到embb的极致体验，体现速率上的优势，5g网络需要单载波占用100mhz以上的频率资源。根据工信部无线电管理机构相关文件显示，将分配3300-3600mhz和4800-5000mhz作为三大运营商5g网络部署使用，其中3300-3400mhz原则上限室内使用。因此，从明确分配的资源来看，三大运营上能够用于部署5g网络的频率资源非常有限，基本上只能部署单个载波。
(2)无线网络中，频率资源一直以来都是稀缺的资源，围绕频率资源的重耕，从2g网络时代的900m/1800m开始，到后来的3g，再到现在的4g，一直都在进行重耕，以便用更多更经济的频率资源，特别是频率较低的资源，从深度到广度推进新一代网络的发展完善，5g时代依然如此。提前考虑现有2/3/4g网络频率的重耕，以便为5g发展提供更加丰富的资源。当前各大运营商获得并使用的频率资源如图8所示。
图8 三大运营商频率资源
从上面已经分配使用的频率资源来看，联通的存量频谱达到162mhz，远超过分配给5g的c-band。随着5g建设拉开序幕，2g网络将加速退网，现有2/3/4g网络频率整体重耕将持续进行。以联通为例，频率重耕建议按照两阶段进行：
第一阶段2g全面退网。为5g部署腾出电力，天馈天面等资源的同时，为4g部署volte，nb-iot提供宝贵的低端频率资源，将4g进一步做深做厚，为逐步部署volte作准备。
第二阶段，3g逐步退网。5g业务迅速增长，4g业务逐步回落，并且volte全覆盖，3g逐步退网，3g退出的频率加上td-lte退出的频率，通过整合，最终挤出100mhz用与部署5g第二载波，大大提升5g覆盖，容量和吞吐率。最终建成1 1极简的高效网络，4g承载全部语音，中低速数据及部分物联网业务，5g承载高速数据业务及大部分物联网业务。两阶段的频率重耕示意如图9。
图9 5g阶段频率重耕
(3)工信部分配给运营商，用于5g网络最低为3300mhz以上，比现有3/4g网络频率高一倍左右。根据电磁波频率越高，传播损耗越大的特性，意味着要达到相同的覆盖，需要增加数倍的投入。通过频率重耕，将较低的频段用于5g建设，不仅有利于提升网络容量，对网络的深度覆盖也带来不可估量的影响。
5 总结与建议
5g网络蓄势待发，虽然经了3/4g大规模建设，虽然各运营上积累了许多快速部署经验，但是由于5g网络在业务需求，网络架构和形态上全新的特点，仍然有许多短板要提前考虑，才能做到从容应对，经济部署。根据前面的分析，总结如下：
(1)加速推进2g网络的全面退网工作，缓解基站电力容量和天馈天面部署压力，为5g部署进行前期准备。
(2)推动volte的建设和商用，是3g精简和退网的先决条件，为1 1极简网络作好准备。
(3)从经济部署策略考虑优先采用nsa(非独立组网)架构，再向sa(独立组网)架构演进。
(4)设备选型，综合考虑技术成熟度，覆盖能力，容量增益，单站成本，对标友商等因素，无线设备优先选择64t64r。
(5)考虑单站电力容量需求大幅增加，要提前考虑改造基站供电系统，另一方面，要求厂家提供多种应对方案，提供能耗较低的无线设备，降低部署难度和运行成本。
(6)根据4g网络成长周期，预测5g业务发展节奏，根据业务节奏进行建设部署，按照点线面重点部署，逐步推进。
(7)持续进行网络重耕工作，为5g建设提供优质的低频资源是实现深度和厚度覆盖的必由之路。