5G 宏基站改造是什么?

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从5G到基础设施改造

 

随着5G时代大幕的拉开,各国都在积极进行本土化的部署,从频段拍卖到组网布局,再到基站改造、测试与试用,中国首次站在了移动通信发展的最前沿。


大家都知道5G建设的一大难题就是巨额资金问题,而频率是移动通信网络发展日益稀缺的宝贵资源,5G商用、频率先行。


近一年内国外频谱拍卖进行得如火如荼,其中意大利以700兆赫、3600-3800兆赫和26兆赫的频谱拍卖成交,为政府创造了74亿美元的巨额资金收入;瑞典的700兆赫频谱拍卖筹集了28亿瑞典克朗(3.1亿美元);澳大利亚在3.6GHz频段的拍卖筹集了8.53亿澳元(6.04亿美元);美国在24GHz和28GHz频段的两次拍卖共筹集了27亿美元。

 

纵观欧美发达国家的5G频段拍卖价格,对比18年中国发改委、财政部联合发布的《关于降低部分无线电频率占用费标准等有关问题的通知》,通知中指出对5G公众移动通信系统频率占用费标准实行“头三年减免,后三年逐步到位”的优惠政策:


自5G公众通信系统频率使用许可证发放之日起,第一年至第三年(按财务年度计算,下同)免收无线电频率占用费;


第四年至第六年分别按照国家规定收费标准的25%、50%、75%收取无线电频率占用费;


第七年及以后按照国家规定收费标准的100%收取无线电频率占用费。


这一政策的出台,无疑是对我国领先5G商用落地装上了一个强劲的加速器,给移动运营商们减轻了频段使用带来的负担,将资金、精力集中投放到5G通信的基础设施改造、建设与覆盖上来。


大家千万不要以为5G改造的费用对运营商来说只是小case,毕竟这是个一旦布好网络就是个一本万利的行业,其实不然,据通信行业协会(GSMA)预测,到2025年,中国通信运营商的5G投资将超过1万亿元,这也是近期电信与联通合建基站,抱团取暖的原因。

 

基础设施新建成本高——引入NSA架构

 

4G网络如今的成熟初露,当年基站建设可是花了不少钱,难道因为5G的强势来袭就要全部废弃吗?岂不是“劳民伤财”。


回答:当然不是这样!


首先由于频段的各自优势:4G频率低、波长长、衍射能力强、能量稍弱,5G频率高、波长短、衍射能力差、穿透力和能量强,因此4G将会和5G并行运行,而不是5G替代4G。


其次,在5G发展的初期,无法做到短时间的高覆盖率,尤其是核心网的建设方面,因此5G还离不开4G独自工作。


细心的网友又要提出疑问:什么是核心网呢?


核心网位于网络子系统内,主要作用把A口上来的呼叫请求或数据请求,接续到不同的网络上,主要涉及呼叫的接续、计费,移动性管理,补充业务实现,智能触发等方面。


移动网络除了核心网还有什么其他重要的组成部分?


与核心网相对应的是接入网,而对接入网的界定是:一切连接用户设备终端(UNI)与服务商终端(SNI)之间的网络都可以称为接入网,比如无线基站其实就是无线接入网的一种1

大家了解了什么是核心网和接入网,也就能很清楚的理解什么是非独立组网NSA架构和独立组网SA架构了。

 

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在5G通信NSA建设初期,它与SA的主要区别是核心网是问4G借用的。


为什么要采用这种方式呢?因为“穷”啊,不止是金钱,还包括时间

 

首先来伤伤感情——谈钱

 

据Heavy Reading预计:全球移动运营商5G资本支出总额预计将从2018年的低基数快速增长,到2023年全球将达到近880亿美元。届时,它仍将处于强劲的上升轨道,全球5G的推出将如火如荼。即使是早期安装5G的市场,也将在未来几年增加站点,以提高覆盖率和容量。如此反抛物线式的资金投入增长,若伴随零产出,无论哪个运营商都是吃不消的。

 

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再来谈谈金钱都换不来的时间

 

在5G基础设施建成的路上少不了人工智能、物联网、大数据、云计算的相随,相互磨合式的成长可谓是相辅相成,一旦脱离了实际应用的5G就会走入歧途般的摆设状态。谁都不能等谁几年,因此从NSA向SA演进式的发展是历史的选择

 

5G组网演进之路

 

运营商一边建设、一边测试、一边收钱,这种滚动的循序渐进的方式具体是什么样子的呢?看了下面一张图大家就都明白了。

 

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5G组网渐进路径


如图可知,NSA的建设不是一步到位的,它起到一个承上启下的作用,因此也是在不断调整的一个过程中,困难重重,任重而道远。


首先,网络升级改造量大基于4G核心网的NSA组网向SA网络升级,网络需要频繁改动,基于5G核心网的NSA组网向SA网络升级,需要对4G基站进行增强,升级改造工作量比较大。


其次,不同厂商之间的互联互通问题,资深通讯工程师认为:“从理论上来说,NSA组网模式下,基于3GPP标准协议,异厂商的4G基站和5G基站可以兼容。但是在实际建网过程中,异厂商的4G基站与5G基站的兼容性比同厂商的兼容性要差许多。”比如在实际部署过程中,因为用户面承载在5G基站上、控制面承载在4G基站上,经常会出现用户面与控制面没有协调好的情况,这将直接导致用户掉网,而一旦出现问题就需要两个设备商的工程师联合测试才能够解决,这非常费时费力。


再次,小区切换时,用户体验欠佳。采用NSA组网模式,用户在移动过程中,NSA组网的网络切换时间较长,用户的网速下降感觉比较明显。例如,对于用户从一个区域移动到另一个区域的场景,采用SA组网,只需要两个5G小区交互;而采用NSA组网,则需要两个4G小区交互和两个5G小区分别进行交互,这样会导致网络切换时间较长,从而带来不好的用户体验。


最后,设备功耗是大问题。从目前来看,NSA组网能耗较高,同时承载4G基站和5G基站务必会增加基站侧的能耗,增加电力成本。同时,对用户来说,目前仅支持NSA模式的5G芯片(高通X50)的终端,其功耗也相对较高,且终端非常容易发热。


问题有多少,运营商和政府都必须一个一个克服,未来是属于5G的世界,只管埋头苦干,从基站的新建与改建开始。

 

混合组网架构下的基站改造重点与方法

 

中国电信四川公司网络运营中心工程师王邦安表示:5G属于中高频段,以中国电信获得的3.5Hz为例,其宏基站信号覆盖半径约250米—500米,室分覆盖半径约15米—50米,覆盖范围小,对墙体、地板尤其是铁门等固体障碍物的穿透能力减弱,因此5G基站的数量需求远超4G基站。


国家工信部透露,三大运营商今年将建设5万个5G基站。据悉,预计明年三大运营商新建5G基站数将大大增加,初步估算将至少为68万个。


这些基站将被安装到哪里呢?


5G深度覆盖须深挖共享潜力:大到通信铁塔,小到路灯杆、监控杆,统统可以成为5G基站的据点。


铁塔方面


中国铁塔董事长佟吉禄表示,中国铁塔目前已经接到运营商关于5G基站的建设需求6.5万个,今年建设主要是通过现有的铁塔改造来实现的,中国铁塔预计全年会接到10万个基站的建设需求,随着5G更大规模的布局,一定会有更多新建的出现。到时候,不只是已有197万存量站址将为运营商提供5G基站站址选择,中国铁塔储备的社会杆塔资源站址库,包括875万路灯杆、监控杆,超过350万电力杆塔,以及33万物业楼宇,也将为5G基站低成本快速布设奠定基础。


(中国铁塔公司在微笑:来吧,大单砸过来,我们收费很便宜,每月铁塔租金750元美金,美帝国铁塔租金可是要2000美金/月呢!)

 

市政方面(路灯杆、监控杆)


多个城市已经率先发布了5G产业发展行动计划,比如广西在5G基站规划编制方面明确指出,将5G基站建设规划纳入国土空间规划、市政基础设施专项规划,把5G网络站址、机房、电源、管道和天面等配建空间同步落实到国土空间详细规划、城乡住房建设规划、交通设施规划中。在大力推进社会资源共享方面要求区内各级政府机关、企事业单位、高等院校、医院等所属建筑物、构筑物,高铁(红线内)、高速(红线内)、地铁(红线内)、机场航站楼、交通枢纽站等公共交通设施,桥梁、公园景区、公共绿地及管道等市政公共设施,各级国有机构建设的杆塔资源向铁塔公司及基础电信企业免费开放,为5G网络设施部署提供便利。


共享设施均需改头换面?


铁塔、路灯杆、监控杆这些未来可以充当5G宏基站据点的功能不是与生俱来的,它们都需要一定程度的改造,改造主要内容包括机房、天线、电源、综合布线、管道部署等


对于通信铁塔而言,改造升级塔桅、电源、机房等配套设施,解决5G对低功耗的要求,支撑5G快速共享是即将面临的工作任务。


对于路灯杆、监控杆,改造升级的目标包括机房、天线、电源、综合布线、管道设施,其中解决供电问题,是重中之重。

 

铁塔改造深入分析

 

基站改造需求分析


(1)机房空间需求 


由5G的无线网络三层架构可知,对机房的空间需求主 要体现在CU/DU的尺寸、安装工艺及其集中度大小。根据现阶段主流厂商的数据来看,目前5G的CU/DU尚处于一体 化状态,即现在商用的4G BBU形态,其大小与4G BBU一致。从标准化和模块化的思维来考虑,后期的CU和DU从形态上不会相差很大,暂时按BBU大小来等同考虑。考虑到目前各运营商的传输机房均为自有产权,故大型的DU和CU集中机房尚不在中国铁塔考虑的范围内,而对于个别小型DU集中机房,以3~5个站点为例,机房只需要提 供2~3个DU的安装空间即可满足。 


(2)电源需求 


现阶段主流厂商单个5G 64T64R的AAU功耗约为1000W, 5G CU/DU一体化状态功耗约为300W,5G设备的功耗相比4G有了明显提高。以主流站型S111拉远配置为例,新增一个运营 商的5G站点需增加功耗3000W,如果是多家运营商共享站点, 功耗将会成倍增加。


(3)塔桅需求 


现阶段5G AAU的宽度与4G 800MHz 4端口天线基本相接近,长度有所缩小,厚度有所增加,重量上AAU与4G 8端口天线和RRU合计重量接近。对于铁塔来说,其主要的负荷来自迎风面的增加,特别是考虑到多家运营商共享时,需统筹考虑平台使用情况和铁塔风荷。


基站改造方案分析


(1)机房改造方案 


针对机房来说,涉及到机房空间的需求主要是两部分:一是DU本站放置或DU集中于基站机房;二是电源不满足需要时需新增电源或蓄电池组。


若本站为拉远站点,则无需考虑DU的安装空间需求。


若本站为普通站点,即有一个或以上运营商的DU安装于本站,则根据共享情况和其他几家运营商的DU配置方案,按单个DU占用3U安装空间进行计算,需要1~9U的安 装空间。若现有综合柜存在相应的空间,则直接利旧,否则需要考虑预留综合柜的安装空间。


若本站为DU小集中站点,则根据DU的配置情况,需要6~27U的安装空间。此类站点,推荐直接新增综合柜。


开关电源和蓄电池组则根据新增5G系统数、设备功耗 和蓄电池供电保障时间来核算是否需要额外新增,从而确定空间需求。


由于总功耗大量增加,还需要对空调制冷能力进行核算, 以保证机房的通风降温能力。


(2)电源改造方案 


在现有站点新增5G设备时,电源负荷是其中一个非常重要的考虑因素。由现阶段主流厂商的设备参数可知,单个 AAU功耗约为1000W,CU/DU一体化形态功耗约为300W,单个DU按200W考虑,当本站点存在一家或多家运营商5G设备时,功耗和电池需求如下:

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以某省为例,某机房站点的开关电源额定容量600Ah、配置容量200Ah,蓄电池组500Ah×1,在保证3h断电保障时间的情况下,除个别现网2G/3G/4G系统负荷较低的站点,可勉强满足一家运营商新建5G设备,大部分 站点需要替换大容量蓄电池。开关电源则需要根据增加的系统功耗及额外扩容的蓄电池容量进行计算,相应扩增开关电 源模块,同时对开关电源熔丝和空气开关进行核实替换,保证每一家运营商的5G设备具备1路100A或160A的熔丝或空气 开关;对于部分型号较老的开关电源,由于额定容量较低,则需要更换容量高的开关电源。


(3)塔桅改造方案 


对塔型、塔高、挂高、天线类型、平台数、平台空间、抱杆等进行分类归并,大致可以分为以下三种情况。 


有空余抱杆可以利旧:核算可利旧抱杆数量,能利旧部 分直接利旧,若可利旧数量不能满足新增的AAU安装需求,超出部分按无空余抱杆进行处理。


无空余抱杆但有新增条件:核算可新增抱杆数量,用于 安装AAU,对于不足部分,按无空余抱杆无新增条件处理。


无空余抱杆且无新增条件如下。


改造方法一:若一家运营商存在多个系统天线,可采用 多频段多端口进行替换,空余抱杆用于安装AAU。


改造方法二:采用长抱杆替换短抱杆,将AAU和原有 天线统一安装于长抱杆。


无论是何种改造方式,在确定方案时,均需要对高度、 风荷、承重和天线隔离度等进行核算,避免对铁塔结构造成 破坏,影响安全性。

 

混合组网架构下的5G基站改造进程

 

以一线城市为例,来看看5G基站的改造进程情况。


帝都北京:

北京市通信管理局数据显示,截至7月底,铁塔公司已完成建设交付5G基站7863个,运营商开通5G基站6324个,预计到2019年底,全市将建设5G基站超过1万个。

 

魔都上海:

上海铁塔已承接三大运营商1.3万个5G基站部署,但考虑到实际建设中的困难,上海铁塔保守预计,今年年底可以完工1万个基站。目前,上海铁搭交付的3700个5G基站,三大运营商基本已开通。

妖都广州:

广州市工业和信息化局消息指出,广州正在全力推进5G发展,预计今年底将建成1.46万座5G基站。据悉,截至6月底,广州已建成并开通5000座5G基站。广州市工信局预计,到2021年,广州将建成5G基站6.5万座。截止4月,广州市已建成200多座5G基站,开通了10多个5G实验场景。

梦都深圳:

深圳市工业和信息化局表示:到2019年底,深圳市预计共建成5G基站1.5万个,到2020年8月底,累计建成5G基站4.5万个,率先实现全市5G网络全覆盖。截至8月1号,深圳市5G基站已经建成3777个。

总结语

 

5G堪称数字经济的聚宝盆,具有高科技、高投入、高回报等特性,其溢出效应显著,每投入1个单位,将带动6个单位的经济产出,因此成为各行各业追逐的对象。在5G发展的过程中,受到资金与时间的限制,采用NSA和SA混合架构并行发展的模式是历史的选择,在这条路上有许多还未解决的问题,技术上的、资金上的、能源上的、用户层面的,都是运营商们未来需要挑战的对象。具体发展如何,我们拭目以待!

 

本文来自:与非网

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