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2019-07-22

113彩票合明科技解析目前国内5G工程建设面临的6大挑战(一)

发布者:合明科技 ; 浏览次数:435

113彩票合明科技解析目前国内5G工程建设面临的6大挑战(一)


文章来源:卫星与网络

文章关键词导读:5G、基站、芯片、半导体、PCBA线路板113彩票


一、网络云化带来的规划和运维挑战

5G网络全面云化,在带来功能灵活性的同时,也带来很多技术和工程难题。


1.网络云化使跨层障碍定界定位困难,后期升级过程也更加复杂而低效。

2.边缘计算的引入使网元数目倍增,也会导致建设和维护工作量成倍增加,问题增多,问题定位难度增大等问题。

3.微服务化,用户更多的定制业务,也给业务编排能力提出了极高的要求。

4.传输方面,海量隧道动态变化,人工规划和分析挑战无法满足业务需求;高精度时钟的建设和维护要求高、难度大,需要新的支撑手段。大宽度传输,一旦出现故障,需要更快恢复的技术手段,否则将导致更大影响和损失。


二、网络演进、高密度组网、多天线、多业务等带来的规划和建设难题

5G建设初期如果采用NSA架构,4G网络与5G网络紧耦合,带来站址约束、互操作配置发杂等问题,后续向SA演进还需多次网络大规模调整。受5G高频段影响,5G基站覆盖范围小,需高密度组网以及更多的站型,这给无线网规划、建设和维护带来成倍增加的工作量和难度。MassiveMIMO 与波束赋形等多天线技术,使得5G网络规划不仅仅考虑小区和频率等常规规划,还需增加波束规划以适应不同场景的覆盖需求,这使得干扰控制复杂度呈几何级数增大,对网络规划和运维优化带来极大挑战。


3.5GHz的5GNR采用TDD双工方式,对时钟同步要求高,失步将导致大范围干扰。工程上全网采用1588V2时钟尚属首次,由此带来的网络安全风险很大。

5G部署初期基于eMBB业务需求进行网络部署,满足公众宽度数据业务需求,后期大规模机器通信mMTC及超高可靠与低延迟通信URLLC将主要面向垂直行业、工业控制、城市基础设施等领域,网络部署区域、业务感知需求都差异甚大,可能需要进行大的网络调整或新的载波。


三、高频率、高功率、大宽带给基站建设带来的难题

(一)天面空间进展,为5G腾挪天面而进行天线整合会影响2G、3G、4G网络


与4G宏站的RRU+天线的安装方式不同,5G宏站通常采用AAU的形态,即RRU与天线集成在一起,内含192或128天线阵子,组成二维平面阵列有源天线。由于5GAAU中RRU 与天线不可拆分,且不兼容 1.8G/2.1G/2.6G等其它频段,所以只能与现网 234G 无源天线相互独立部署,故而,一个三扇区的 5G 宏站需要增加三副体积庞大的 AAU,争夺原本 2G、3G、4G 就已拥挤的天面空间,尤其是联通、电信、移动三家运营商共享的站址,很容易出现由于天面空间不足而导致站点不可用的情况,这极大地增加了 5G 网络选址和建设难度。根据运营商的调研结果显示,28%的站点有天面整合的需求。


工程上可以考虑天面改造,比如采用多端口天线整合 2/3/4G天线。但这样的天线改造除带来成本上升的压力以外,由于 2/3/4G多制式网络紧耦合,尤其天线方向角不再能够独立可调,在 2/3/4G网络拓扑差异较大的情况下,必然会难以协调各网的覆盖,带来多网覆盖质量下降。


(二)天线抱杆承重要求高,很多灯杆站无法满足安装要求

5GAAU 通常体积大(逾 35L)、重量高(逾 35Kg)、迎风面大(逾0.5m2),天线抱杆要求明显高于 4G。另外,由于 AAU 为有源、高功耗设备,其所需的-48V 直流电源线及地线线径要求在 16-25mm2以上,这些电源线和地线从抱杆底部一直延伸至安装 AAU 的抱杆顶部,这些电线的自重也会给天线抱杆强度带来额外压力(4GRRU 一般安装于抱杆底部)。基于上述分析,多数灯杆站无法满足 5GAAU 的安装要求,这对站址密度要求很高的 5G 网络部署带来极大影响。这些灯杆站如不能改造,只能满足小微基站的安装要求。


(三)机房空间改造需求大

5G 宏站通常需要与现有 234G 共机房部署,但现有机房未必有足够空间安装 5G 基站所需设备,包括 5GDU、电源、传输等。如果现有综合柜剩余安装空间不足,则需要整合现有 234GBBU 设备或者新增综合柜,或者考虑 5GDU 挂墙安装、室外安装(需要新增室外机柜,并需要引入交流电源)。这些因素对 5G 建设工程带来很大挑战。


据运营商统计的部分城市 5G 规划站点结果显示,这些被统计的站点中,需新增综合机柜的站点占 20%,需挂墙安装的站点占 14%,需新增室外机柜的站点占4%,另外还有17%的站址需要进行BBU整合:多制式 BBU 合一。但是,如果不同制式 BBU 设备分属不同厂商,受设备兼容性及厂商利益平衡压力,这样的 BBU 整合几乎是无法进行的。


(四)机房供电需求高

5GAAU 满负荷功耗超过 1kw,在 3/4/5G 网络共站的情况下,站点功耗超过 10kw,如若三家运营商多制式共站,机房供电需求甚至能到达 30kw,现有机房供电能力几乎肯定无法满足,需要进行扩容。另外,备用电池方面很难满足 2 小时容量保证的需求。


据运营商统计的部分城市 5G 规划站点结果显示,这些被统计的站点中,26%的站点交流电不满足,64%的站电源模块不满足,69%的站空气开关不满足,55%的站备用电池不满足。尤其对于交流电改造需求,改造成本高、周期长,是机房供电改造的最大难点。


(五)站点传输资源需求大,改造需求高

5G 空口能提供很高的峰值速率,这也意味着 5G 网络需要大量光纤传输资源。对于 5G 基站而言,中传或回传带宽要求高,对站点的光纤资源消耗也非常大。

1.前传带宽

与 4GBBU/RRU 之间的 CPRI 接口不同,5GDU 与 AAU 之间的前传接口采用新的 eCPRI 接口,以减少对传输带宽的需求。但是 eCPRI 接口切分点并未实现标准化,各厂商设备之间存在差异,而切分点越靠近底层,所需要的 eCPRI 前传带宽也越宽。另外,所支持载波宽度越宽越宽、天线端口数越多、所支持流数越多,所需 eCPRI 接口带宽也越宽。为减少前传带宽需求,通常切分点不宜过低,且采用高效地传输压缩技术。通常 64TRx 的 AAU 所需前传带宽不超过 25Gbps,可以采用单一的25Gbps光模块进行传输。相比较而言,若仍采用CPRI接口,所需前传带宽将高达 300Gbps。


2.中传/回传带宽需求

5G 建设初期优先考虑基于 CU/DU 合设的网络结构来进行部署。在 CU/DU 合设的网络架构下,基站与核心网之间的回传网络提供S1/X2 或 Ng/Xn 接口,其传输带宽需求可以基于如下方法估算:对于S111 站型,载波带宽为 100MHz,终端考虑 2T4R,则单用户下行峰值速率 1.5Gbps,而小区峰值速率约 5Gbps,平均速率 1.5Gbps。那么,S111 单站平均速率可达 5Gbps,而峰值速率可达 8Gbps,故单站回传带宽需要按照 10Gbps 来进行光纤布放。


随 5GCU 虚拟化设备逐步成熟以及海量连接场景应用的发展,后期有可能选择 CU/DU 分离的网络结构,实现基带资源的共享,提升效率,同时降低运营成本和维护费。此时 DU 分布于各物理站点,CU集中布放于综合接入点、汇聚机房或核心机房,此时 DU 与 CU 之间的中传接口仍需要考虑 8-10Gbps 的传输带宽。

对于上述 5G 传输带宽需求,现网传输条件有相当大比例不能满足,需要进行传输改造。据运营商统计的部分城市 5G 规划站点结果显示,这些被统计的站点中,12%的站点需要新增传输设备,33%的站点需要扩容传输设备,13%的站点需要替换传输设备,8%的站点需要扩容光纤资源。扩容光纤资源由于涉及管道改造,实施难度非常之大。


(六)高频段、多天线使传统室内分布系统无法适应5G需求

3G、4G 时代,室内深度覆盖的主要方式是布设室内分布系统,另外对于较小楼体采用定向天线室外照射的方式,而对于少数人流密集、容量需求高的场景,如机场候机厅、高铁候车厅、大型商超等,也引入了小微基站、数字化室分系统。到了 5G,主流工作频段在 3.4-3.6GHz,甚至 4.4-5GHz,而室内分布系统的大部分馈线、功分器、合路器、功放器等射频器件工作带宽都在 2.5GHz 以下,不能适用于 5G 信号接入。定向天线室外照射的方式则因高频段信号更高的建筑物穿透损耗而大大降低覆盖的有效性。于 1.8GHz 频段的 4G 信号相比,3.5GHz频段的5G信号平均穿损大约增大6dB以上,极大降低室内覆盖深度。


目前最可行的 5G 室内覆盖方案是分布式数字化室分。相比传统室分等方式,数字化室分所能提供的容量会有大幅提升,但相应的CAPEX 建设成本也大幅增加。


(七)高频段及安装空间限制、使地铁、高铁隧道5G覆盖难以解决

地铁、高铁隧道覆盖方面,传统 2G/3G/4G 网络通常采用 BBU+RRU+漏缆的覆盖方式:隧道场景中,一般每 500 米存在一个 RRU 设备安装的洞室,RRU 安装在避车洞内,漏缆安装高度与高铁列车窗口中部对齐,基站信号通过漏缆辐射,穿透车窗、车体到达车厢内用户与室内分布系统遇到的高频挑战相同,这些隧道覆盖使用的传统漏缆在高频段传输损耗很大,通常无法应用于 3.5GHz 频段 5G 信号。即便是规格更高、线径更粗的 3.5GHz 专用漏缆,3.5GHz 信号每百米的传播损耗仍高达 16dB 以上,比 1.8GHz 高约 8dB。


同时,受安装条件限制,数字化室分的方式也不适合地铁、高铁隧道布设。又因地铁隧道空间狭小,仅足够一列列车通过,上下左右无明显空间,也不具备安装大型天线进行照射的条件。


综上所述,5G 信号引入地铁、高铁隧道覆盖难度很大,对于较短隧道,计算损耗若能满足,可利旧原有漏缆使用 RRU+漏缆的方式。若利旧漏缆不满足3.5GHz5G 信号引入需求,则考虑新建或替换更粗线径、支持 3.5GHz 信号传播的新型漏缆。若链路预算分析新型漏缆仍不能满足,则建议采用波导管替代泄露电缆。而且,考虑最低 4T4R实现 4 流时,需要 4 根波导管,建设成本很高。


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以上为本公司一些经验的累积,因工艺问题内容广泛,没有面面俱到,只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断的追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,能为各种客户提供全方位的援助。


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