本文對(duì)5G試點(diǎn)背景及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行介紹，通過(guò)頻譜資源分析，確定采用3.5 GHz作為5G試點(diǎn)的主要頻段；通過(guò)不同信道的鏈路預(yù)算分析，發(fā)現(xiàn)采用64T64R的Massive MIMO設(shè)備進(jìn)行5G組網(wǎng)的站址需求與現(xiàn)有4G D頻段組網(wǎng)相當(dāng)；選定連續(xù)覆蓋試點(diǎn)區(qū)域后，綜合考慮試點(diǎn)區(qū)域特性及現(xiàn)有資源配置，最終形成試點(diǎn)區(qū)5G連續(xù)覆蓋異構(gòu)組網(wǎng)方案，并采用仿真技術(shù)對(duì)試點(diǎn)后的效果進(jìn)行預(yù)估，在此基礎(chǔ)上，對(duì)5G試點(diǎn)采用的新技術(shù)Massive MIMO效果進(jìn)行驗(yàn)證，得出采用64T64R設(shè)備的小區(qū)容量是當(dāng)前4G站點(diǎn)的3～4倍的結(jié)論，為新技術(shù)應(yīng)用推廣奠定基礎(chǔ)，也為后續(xù)5G商用總結(jié)規(guī)劃建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

ITU 確定了IMT-2020（5G）的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景（eMBB），低功耗大連接場(chǎng)景（mMTC）和低時(shí)延高可靠場(chǎng)景（uRLLC）三大類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，5G 網(wǎng)絡(luò)將提供更低時(shí)延、更高的峰值速率以及海量的連接數(shù)，將真正實(shí)現(xiàn)向超寬帶+ 萬(wàn)物互聯(lián)發(fā)展方向。要滿足面向未來(lái)業(yè)務(wù)高速率低時(shí)延的發(fā)展需求，需要采用更先進(jìn)的無(wú)線傳輸技術(shù)，5G 將采用包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、高階調(diào)制、非正交傳輸和全雙工等關(guān)鍵技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)各通信企業(yè)及研發(fā)機(jī)構(gòu)均已對(duì)5G 技術(shù)進(jìn)行全方位突破，如近期由華為主推的Polar 碼（極化碼）被確定為5G短碼信令標(biāo)準(zhǔn)等，為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為更好響應(yīng)國(guó)家未來(lái)寬帶戰(zhàn)略、數(shù)字信息發(fā)展、萬(wàn)物互聯(lián)互通發(fā)展需求，驗(yàn)證新技術(shù)特性，總結(jié)5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)打造中國(guó)自己5G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，本文就目前國(guó)內(nèi)已相對(duì)成熟5G 技術(shù)成果，通過(guò)采用包括大規(guī)模天線（Massive MIMO）、超密集組網(wǎng)、高階調(diào)制等在內(nèi)的5G 核心關(guān)鍵技術(shù)，以某商業(yè)交通干道為案例進(jìn)行5G連續(xù)覆蓋試商用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

1、5G覆蓋試點(diǎn)背景

1.1 試點(diǎn)技術(shù)及場(chǎng)景

Massive MIMO 是使用大規(guī)模陣列天線實(shí)現(xiàn)在三維空間產(chǎn)生靈活指向用戶的非常窄的波束，通過(guò)精確的信道相關(guān)性估計(jì)、用戶配對(duì)、干擾抑制賦形等，在有效抑制對(duì)復(fù)用用戶干擾、不損失服務(wù)用戶主瓣方向能量的前提下能夠滿足空域16 流、32 流或更多流進(jìn)行復(fù)用，從而將頻譜效率提升4 ～6 倍。同時(shí)，由于更多用戶可以在相同資源上并行傳輸，也進(jìn)一步提升小區(qū)吞吐量及邊緣用戶速率。

由于Massive MIMO 技術(shù)提供更高維度的空分復(fù)用、更強(qiáng)的波束賦形能力，適合在高業(yè)務(wù)場(chǎng)景下進(jìn)行使用。從現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)分布看，目前通過(guò)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可發(fā)現(xiàn)約20% 的熱點(diǎn)區(qū)域承載近80% 的業(yè)務(wù)流量，且出現(xiàn)熱點(diǎn)更熱的現(xiàn)象，諸如城區(qū)CBD、商業(yè)中心等核心區(qū)域，一方面用戶集中、業(yè)務(wù)需求量大，另一方面存在高樓遮擋、深度覆蓋不足等問(wèn)題，因此，采用Massive MIMO 進(jìn)行5G試點(diǎn)典型場(chǎng)景選定為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)——商業(yè)核心區(qū)域。

1.2 頻譜資源分析

IMT 已規(guī)劃頻譜總計(jì)687 MHz，其中TDD 頻率總計(jì)345 MHz，F(xiàn)DD 頻率總計(jì)342 MHz ，現(xiàn)有的頻譜資源無(wú)法滿足未來(lái)發(fā)展需求，因此，5G 系統(tǒng)優(yōu)先考慮采用中低頻頻譜（6 GHz 以下）進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)，未來(lái)進(jìn)一步開(kāi)拓研究更高頻段（6 GHz 以上）的頻譜資源可行性。

對(duì)于6 GHz 以下中低頻頻譜，5G 組網(wǎng)可優(yōu)先采用已經(jīng)規(guī)劃但在中國(guó)還未使用的（如3.4 ～3.6 GHz）IMT頻段，后續(xù)進(jìn)一步推動(dòng)新的IMT 頻段劃分，如3.3 ～3.4 GHz，4.4 ～4.5 GHz，4.6 ～4.99 GHz 等。目前我國(guó)已明確將3.4 ～3.6 GHz 規(guī)劃用于5G 試驗(yàn)，各國(guó)中低頻頻譜資源規(guī)劃情況如圖1 所示。

圖1、各國(guó)6GHz以下中低頻頻譜規(guī)劃使用情況

因此，5G 試點(diǎn)覆蓋區(qū)主要采用3.5 GHz 進(jìn)行規(guī)劃組網(wǎng)。

1.3 站址資源分析

站址需求主要來(lái)自于覆蓋及容量?jī)蓚€(gè)方面，對(duì)于覆蓋而言，由于目前4G 網(wǎng)絡(luò)采用TDD 2.6 G 8T8R方式，試點(diǎn)5G則采用TDD 3.5 G 64T64R組網(wǎng)方式，雖然在頻段上3.5 G 對(duì)覆蓋處于劣勢(shì)，但采用陣列天線帶來(lái)的信號(hào)增益對(duì)頻段劣勢(shì)起到很好的補(bǔ)充效果，通過(guò)鏈路預(yù)算得到兩種組網(wǎng)方式下不同信道覆蓋情況對(duì)比效果如圖2所示。

圖2、不同組網(wǎng)模式下各信道的覆蓋差異對(duì)比

從各信道的覆蓋對(duì)比效果可以看出，PUSCH 信道是主要覆蓋瓶頸且TDD 3.5 G 64T64R 覆蓋效果略優(yōu)于現(xiàn)有2.6 G網(wǎng)絡(luò)（約1.3 dB），因此，在該組網(wǎng)模式下，保障網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求的5G對(duì)站址資源與現(xiàn)有4G 網(wǎng)絡(luò)D頻段的需求相當(dāng)。

2、5G新技術(shù)商用試點(diǎn)規(guī)劃

2.1 試點(diǎn)區(qū)域概述

某商業(yè)熱點(diǎn)區(qū)域面積約2.54平方千米，包含4個(gè)商業(yè)主題功能區(qū)，區(qū)域定位為集商業(yè)、文化、時(shí)尚潮流的國(guó)際商貿(mào)中心展示區(qū)和亞太時(shí)尚潮流引領(lǐng)區(qū)。根據(jù)市政規(guī)劃，區(qū)域內(nèi)包含一條主要商業(yè)交通干道亦需通過(guò)改造，定位為集商業(yè)文化、商業(yè)風(fēng)情等為一體的景觀大道，目標(biāo)是向國(guó)際著名商業(yè)大道看齊，該大道全長(zhǎng)4.7 km，作為5G 連續(xù)覆蓋試點(diǎn)規(guī)劃目標(biāo)。區(qū)域總體情況及功能劃分如圖3所示。

圖3、5G試商用區(qū)域分布及功能定位

從樓宇分布情況分析，該區(qū)域無(wú)線環(huán)境主要以中低層樓宇為主，其中2 ～8 層建筑占比達(dá)到79%，9 ～20層的建筑占比15%，而1 層建筑和20 層以上建筑相對(duì)較少，分別占比1% 和5%，其中，打造5G 覆蓋保障的景觀大道為商業(yè)步行街，所處人流密集區(qū)，因此，5G 試商用網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃目標(biāo)主要是實(shí)現(xiàn)底層信號(hào)的連續(xù)覆蓋及容量感知。

2.2 試點(diǎn)價(jià)值定位

規(guī)劃戰(zhàn)略價(jià)值：結(jié)合該試點(diǎn)區(qū)的商業(yè)發(fā)展定位，提供區(qū)域內(nèi)信息化服務(wù)需求，提升用戶上網(wǎng)感知體驗(yàn)；驗(yàn)證3.5 GHz 頻率網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果，同時(shí)對(duì)諸如大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)等5G 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，推動(dòng)5G 技術(shù)完善和發(fā)展；打造5G 試商用網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋示范區(qū)，總結(jié)5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)及商用經(jīng)驗(yàn)。

覆蓋用戶規(guī)模：提取試點(diǎn)片區(qū)內(nèi)現(xiàn)有4G 用戶數(shù)峰值數(shù)據(jù)，同時(shí)參考與之具有相似物理功能的某路及某區(qū)域峰值用戶數(shù)，綜合作為用戶規(guī)模分析的參考依據(jù)，研究分析得到的結(jié)論如表1 所示。

表1、參考區(qū)域的用戶分布情況

綜合區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有4G用戶規(guī)模及以上兩參考區(qū)域綜合情況，預(yù)測(cè)該商業(yè)熱點(diǎn)區(qū)總用戶數(shù)將達(dá)到9.8萬(wàn)，其中某大道可享受到5G優(yōu)質(zhì)服務(wù)的用戶數(shù)為0.97萬(wàn)。

2.3 站址資源規(guī)劃

5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要根據(jù)不同的業(yè)務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性覆蓋，采用宏站+ 小微站的方式進(jìn)行異構(gòu)網(wǎng)靈活組網(wǎng)規(guī)劃，面覆蓋以宏站為主，微站補(bǔ)充，對(duì)于容量高發(fā)區(qū)利用小微站吸收容量。針對(duì)該試點(diǎn)區(qū)功能場(chǎng)景特性及業(yè)務(wù)高熱點(diǎn)特性，上層網(wǎng)絡(luò)選用宏站實(shí)現(xiàn)面整體覆蓋，底層選用微站作為底層商鋪深度覆蓋補(bǔ)充及商場(chǎng)吸熱。5G微信公眾平臺(tái)（ID：angmobile）了解到，本文作者進(jìn)一步指出，通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有站點(diǎn)資源分析發(fā)現(xiàn)，該試點(diǎn)區(qū)內(nèi)已有物理宏站116個(gè)，微站60個(gè)，宏站站間距265 m，根據(jù)前文分析可知，現(xiàn)有宏站站址資源可滿足試點(diǎn)宏站需求，對(duì)于微站而言，可優(yōu)先選擇街道兩旁的路燈桿，規(guī)劃站高8～12 m，站間距100～200 m。

根據(jù)以上規(guī)劃原則，可選定某大道5G試商用宏站5個(gè)，微站36個(gè)，對(duì)應(yīng)站址規(guī)劃結(jié)果及覆蓋仿真效果如圖4所示。

圖4、5G站址規(guī)劃結(jié)果及仿真效果評(píng)估

從仿真結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，試商用區(qū)域整體實(shí)現(xiàn)4G 與5G 協(xié)同覆蓋，干道上（藍(lán)色電平）5G信號(hào)覆蓋良好，試商用網(wǎng)絡(luò)建成后，可進(jìn)一步開(kāi)展5G業(yè)務(wù)相關(guān)測(cè)試，評(píng)估新技術(shù)性能。

3、Massive MIMO 效果驗(yàn)證及應(yīng)用建議

在覆蓋特性方面，與現(xiàn)有普通8通道天線相比，Massive MIMO不僅在水平方向有更佳的波束特性，更是在垂直方向提供了更佳的波束賦型效果，將8T8R與64T64R波瓣圖進(jìn)行疊加對(duì)比，效果如圖5所示。

圖5、天線覆蓋性能對(duì)比分析

從波瓣圖分析可以發(fā)現(xiàn)，64T64R設(shè)備3dB波束寬度大約為35°、6 dB波束寬度大約為55°，8T8R的3 dB波束寬度大約為5.5°、6 dB波束寬度大約為7°，而在垂直方向大部分角度下，64T 64R站點(diǎn)相比傳統(tǒng)8T8R站點(diǎn)均可獲得近15 dB的業(yè)務(wù)波束賦形增益。

在業(yè)務(wù)特性方面，選用已經(jīng)建成的某站點(diǎn)作為測(cè)試驗(yàn)證站點(diǎn)，采用8個(gè)終端在信號(hào)覆蓋優(yōu)良的地方進(jìn)行定點(diǎn)上傳下載測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6、Massive MIMO站點(diǎn)容量提升測(cè)試結(jié)論

從單站定點(diǎn)對(duì)比結(jié)果測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)普通4G宏站，采用64T64R 的Massive MIMO設(shè)備容量有大幅提升，單站小區(qū)上行吞吐量提升2.7倍（上行37 Mbit/s），小區(qū)下行吞吐量提升2倍（下行325 Mbit/s）。

由此可知，相比現(xiàn)有8T8R設(shè)備，Massive MIMO可以針對(duì)不同終端的垂直面多波束，從而實(shí)現(xiàn)垂直面空分，不僅提升頻譜效率，也有利于降低鄰區(qū)間干擾；由于其具備大容量特性，不僅可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)吸熱，同時(shí)也提升用戶的業(yè)務(wù)使用感知。5G微信公眾平臺(tái)（ID：angmobile）了解到，本文作者進(jìn)一步指出，因此，作為5G關(guān)鍵技術(shù)的Massive MIMO，可提前在現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行部署推廣，建議場(chǎng)景如下。

（1）解決現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋難題之“高樓場(chǎng)景”，以天線距樓約100 m、掛高30 m為例，8T8R 約覆蓋10層樓，而在同一位置采用Massive MIMO設(shè)備可覆蓋約25層樓，通過(guò)多個(gè)波束對(duì)應(yīng)不同樓層形成虛擬分區(qū)，實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用、提升頻譜效率、改善高樓用戶感知。

（2）解決現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)容量難題之“高校場(chǎng)景”，高校屬業(yè)務(wù)高度熱點(diǎn)區(qū)，部分高校出現(xiàn)4G站址密集及容量滿擴(kuò)的情況下，小區(qū)資源依舊無(wú)法滿足業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的需求，該場(chǎng)景尤其適宜規(guī)劃采用Massive MIMO進(jìn)行容量吸收，不僅解決了當(dāng)前容量難題，也通過(guò)改善學(xué)生感知有利于產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)宣傳效應(yīng)。

（3）對(duì)于部分區(qū)域現(xiàn)有4G 業(yè)務(wù)過(guò)熱區(qū)，站址資源及擴(kuò)容條件有限的場(chǎng)景，建議采用Massive MIMO 設(shè)備實(shí)現(xiàn)覆蓋及業(yè)務(wù)吸收。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文從采用Massive MIMO 技術(shù)進(jìn)行5G 連續(xù)覆蓋規(guī)劃，通過(guò)對(duì)場(chǎng)景分析、頻率選取、站址需求分析，得出了5G試點(diǎn)的基本參數(shù)建議，再以某區(qū)域內(nèi)的一條主要道路為例，采用異構(gòu)組網(wǎng)方式進(jìn)行5G試點(diǎn)規(guī)劃。通過(guò)仿真技術(shù)進(jìn)而預(yù)判建設(shè)后的5G信號(hào)覆蓋效果。針對(duì)Massive MIMO新技術(shù)，通過(guò)對(duì)天線分析及定點(diǎn)測(cè)試評(píng)估，得出該技術(shù)在覆蓋及容量方面的能力效果，由于目前5G尚未商用，相關(guān)試點(diǎn)規(guī)劃案例有利于進(jìn)一步開(kāi)展新技術(shù)測(cè)試評(píng)估，以及為未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)積累總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

本文作者：黃小光，董俊華，汪偉，徐輝，華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司