一文說清5G宏基站改造這件事

從 5G 到基礎(chǔ)設(shè)施改造

隨著 5G 時代大幕的拉開，各國都在積極進行本土化的部署，從頻段拍賣到組網(wǎng)布局，再到基站改造、測試與試用，中國首次站在了移動通信發(fā)展的最前沿。

大家都知道 5G 建設(shè)的一大難題就是巨額資金問題，而頻率是移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展日益稀缺的寶貴資源，5G 商用、頻率先行。

近一年內(nèi)國外頻譜拍賣進行得如火如荼，其中意大利以 700 兆赫、3600-3800 兆赫和 26 兆赫的頻譜拍賣成交，為政府創(chuàng)造了 74 億美元的巨額資金收入；瑞典的 700 兆赫頻譜拍賣籌集了 28 億瑞典克朗（3.1 億美元）；澳大利亞在 3.6GHz 頻段的拍賣籌集了 8.53 億澳元（6.04 億美元）；美國在 24GHz 和 28GHz 頻段的兩次拍賣共籌集了 27 億美元。

縱觀歐美發(fā)達國家的 5G 頻段拍賣價格，對比 18 年中國發(fā)改委、財政部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于降低部分無線電頻率占用費標準等有關(guān)問題的通知》，通知中指出對 5G 公眾移動通信系統(tǒng)頻率占用費標準實行“頭三年減免，后三年逐步到位”的優(yōu)惠政策：

自 5G 公眾通信系統(tǒng)頻率使用許可證發(fā)放之日起，第一年至第三年（按財務(wù)年度計算，下同）免收無線電頻率占用費；

第四年至第六年分別按照國家規(guī)定收費標準的 25%、50%、75%收取無線電頻率占用費；

第七年及以后按照國家規(guī)定收費標準的 100%收取無線電頻率占用費。

這一政策的出臺，無疑是對我國領(lǐng)先 5G 商用落地裝上了一個強勁的加速器，給移動運營商們減輕了頻段使用帶來的負擔，將資金、精力集中投放到 5G 通信的基礎(chǔ)設(shè)施改造、建設(shè)與覆蓋上來。

大家千萬不要以為 5G 改造的費用對運營商來說只是小 case，畢竟這是個一旦布好網(wǎng)絡(luò)就是個一本萬利的行業(yè)，其實不然，據(jù)通信行業(yè)協(xié)會（GSMA）預(yù)測，到 2025 年，中國通信運營商的 5G 投資將超過 1 萬億元，這也是近期電信與聯(lián)通合建基站，抱團取暖的原因。

基礎(chǔ)設(shè)施新建成本高——引入 NSA 架構(gòu)

4G 網(wǎng)絡(luò)如今的成熟初露，當年基站建設(shè)可是花了不少錢，難道因為 5G 的強勢來襲就要全部廢棄嗎？豈不是“勞民傷財”。

回答：當然不是這樣！

首先由于頻段的各自優(yōu)勢：4G 頻率低、波長長、衍射能力強、能量稍弱，5G 頻率高、波長短、衍射能力差、穿透力和能量強，因此4G 將會和 5G 并行運行，而不是 5G 替代 4G。

其次，在 5G 發(fā)展的初期，無法做到短時間的高覆蓋率，尤其是核心網(wǎng)的建設(shè)方面，因此 5G 還離不開 4G 獨自工作。

細心的網(wǎng)友又要提出疑問：什么是核心網(wǎng)呢？

核心網(wǎng)位于網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)，主要作用把 A 口上來的呼叫請求或數(shù)據(jù)請求，接續(xù)到不同的網(wǎng)絡(luò)上，主要涉及呼叫的接續(xù)、計費，移動性管理，補充業(yè)務(wù)實現(xiàn)，智能觸發(fā)等方面。

移動網(wǎng)絡(luò)除了核心網(wǎng)還有什么其他重要的組成部分？

與核心網(wǎng)相對應(yīng)的是接入網(wǎng)，而對接入網(wǎng)的界定是：一切連接用戶設(shè)備終端（UNI）與服務(wù)商終端（SNI）之間的網(wǎng)絡(luò)都可以稱為接入網(wǎng)，比如無線基站其實就是無線接入網(wǎng)的一種。

大家了解了什么是核心網(wǎng)和接入網(wǎng)，也就能很清楚的理解什么是非獨立組網(wǎng) NSA 架構(gòu)和獨立組網(wǎng) SA 架構(gòu)了。

在 5G 通信 NSA 建設(shè)初期，它與 SA 的主要區(qū)別是核心網(wǎng)是問 4G 借用的。

為什么要采用這種方式呢？因為“窮”啊，不止是金錢，還包括時間。

首先來傷傷感情——談錢

據(jù) Heavy Reading 預(yù)計：全球移動運營商 5G 資本支出總額預(yù)計將從 2018 年的低基數(shù)快速增長，到 2023 年全球?qū)⑦_到近 880 億美元。屆時，它仍將處于強勁的上升軌道，全球 5G 的推出將如火如荼。即使是早期安裝 5G 的市場，也將在未來幾年增加站點，以提高覆蓋率和容量。如此反拋物線式的資金投入增長，若伴隨零產(chǎn)出，無論哪個運營商都是吃不消的。

再來談?wù)劷疱X都換不來的時間

在 5G 基礎(chǔ)設(shè)施建成的路上少不了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的相隨，相互磨合式的成長可謂是相輔相成，一旦脫離了實際應(yīng)用的 5G 就會走入歧途般的擺設(shè)狀態(tài)。誰都不能等誰幾年，因此從 NSA 向 SA 演進式的發(fā)展是歷史的選擇。

5G 組網(wǎng)演進之路

運營商一邊建設(shè)、一邊測試、一邊收錢，這種滾動的循序漸進的方式具體是什么樣子的呢？看了下面一張圖大家就都明白了。

5G 組網(wǎng)漸進路徑

如圖可知，NSA 的建設(shè)不是一步到位的，它起到一個承上啟下的作用，因此也是在不斷調(diào)整的一個過程中，困難重重，任重而道遠。

首先，網(wǎng)絡(luò)升級改造量大?；?4G 核心網(wǎng)的 NSA 組網(wǎng)向 SA 網(wǎng)絡(luò)升級，網(wǎng)絡(luò)需要頻繁改動，基于 5G 核心網(wǎng)的 NSA 組網(wǎng)向 SA 網(wǎng)絡(luò)升級，需要對 4G 基站進行增強，升級改造工作量比較大。

其次，不同廠商之間的互聯(lián)互通問題，資深通訊工程師認為：“從理論上來說，NSA 組網(wǎng)模式下，基于 3GPP 標準協(xié)議，異廠商的 4G 基站和 5G 基站可以兼容。但是在實際建網(wǎng)過程中，異廠商的 4G 基站與 5G 基站的兼容性比同廠商的兼容性要差許多。”比如在實際部署過程中，因為用戶面承載在 5G 基站上、控制面承載在 4G 基站上，經(jīng)常會出現(xiàn)用戶面與控制面沒有協(xié)調(diào)好的情況，這將直接導致用戶掉網(wǎng)，而一旦出現(xiàn)問題就需要兩個設(shè)備商的工程師聯(lián)合測試才能夠解決，這非常費時費力。

再次，小區(qū)切換時，用戶體驗欠佳。采用 NSA 組網(wǎng)模式，用戶在移動過程中，NSA 組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切換時間較長，用戶的網(wǎng)速下降感覺比較明顯。例如，對于用戶從一個區(qū)域移動到另一個區(qū)域的場景，采用 SA 組網(wǎng)，只需要兩個 5G 小區(qū)交互；而采用 NSA 組網(wǎng)，則需要兩個 4G 小區(qū)交互和兩個 5G 小區(qū)分別進行交互，這樣會導致網(wǎng)絡(luò)切換時間較長，從而帶來不好的用戶體驗。

最后，設(shè)備功耗是大問題。從目前來看，NSA 組網(wǎng)能耗較高，同時承載 4G 基站和 5G 基站務(wù)必會增加基站側(cè)的能耗，增加電力成本。同時，對用戶來說，目前僅支持 NSA 模式的 5G 芯片（高通 X50）的終端，其功耗也相對較高，且終端非常容易發(fā)熱。

問題有多少，運營商和政府都必須一個一個克服，未來是屬于 5G 的世界，只管埋頭苦干，從基站的新建與改建開始。

混合組網(wǎng)架構(gòu)下的基站改造重點與方法

中國電信四川公司網(wǎng)絡(luò)運營中心工程師王邦安表示：5G 屬于中高頻段，以中國電信獲得的 3.5Hz 為例，其宏基站信號覆蓋半徑約 250 米—500 米，室分覆蓋半徑約 15 米—50 米，覆蓋范圍小，對墻體、地板尤其是鐵門等固體障礙物的穿透能力減弱，因此 5G 基站的數(shù)量需求遠超 4G 基站。

國家工信部透露，三大運營商今年將建設(shè) 5 萬個 5G 基站。據(jù)悉，預(yù)計明年三大運營商新建 5G 基站數(shù)將大大增加，初步估算將至少為 68 萬個。

這些基站將被安裝到哪里呢？

5G 深度覆蓋須深挖共享潛力：大到通信鐵塔，小到路燈桿、監(jiān)控桿，統(tǒng)統(tǒng)可以成為 5G 基站的據(jù)點。

鐵塔方面

中國鐵塔董事長佟吉祿表示，中國鐵塔目前已經(jīng)接到運營商關(guān)于 5G 基站的建設(shè)需求 6.5 萬個，今年建設(shè)主要是通過現(xiàn)有的鐵塔改造來實現(xiàn)的，中國鐵塔預(yù)計全年會接到 10 萬個基站的建設(shè)需求，隨著 5G 更大規(guī)模的布局，一定會有更多新建的出現(xiàn)。到時候，不只是已有 197 萬存量站址將為運營商提供 5G 基站站址選擇，中國鐵塔儲備的社會桿塔資源站址庫，包括 875 萬路燈桿、監(jiān)控桿，超過 350 萬電力桿塔，以及 33 萬物業(yè)樓宇，也將為 5G 基站低成本快速布設(shè)奠定基礎(chǔ)。

（中國鐵塔公司在微笑：來吧，大單砸過來，我們收費很便宜，每月鐵塔租金 750 元美金，美帝國鐵塔租金可是要 2000 美金 / 月呢！）

市政方面（路燈桿、監(jiān)控桿）

多個城市已經(jīng)率先發(fā)布了 5G 產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃，比如廣西在 5G 基站規(guī)劃編制方面明確指出，將 5G 基站建設(shè)規(guī)劃納入國土空間規(guī)劃、市政基礎(chǔ)設(shè)施專項規(guī)劃，把 5G 網(wǎng)絡(luò)站址、機房、電源、管道和天面等配建空間同步落實到國土空間詳細規(guī)劃、城鄉(xiāng)住房建設(shè)規(guī)劃、交通設(shè)施規(guī)劃中。在大力推進社會資源共享方面要求區(qū)內(nèi)各級政府機關(guān)、企事業(yè)單位、高等院校、醫(yī)院等所屬建筑物、構(gòu)筑物，高鐵（紅線內(nèi)）、高速（紅線內(nèi)）、地鐵（紅線內(nèi)）、機場航站樓、交通樞紐站等公共交通設(shè)施，橋梁、公園景區(qū)、公共綠地及管道等市政公共設(shè)施，各級國有機構(gòu)建設(shè)的桿塔資源向鐵塔公司及基礎(chǔ)電信企業(yè)免費開放，為 5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)施部署提供便利。

共享設(shè)施均需改頭換面？

鐵塔、路燈桿、監(jiān)控桿這些未來可以充當 5G 宏基站據(jù)點的功能不是與生俱來的，它們都需要一定程度的改造，改造主要內(nèi)容包括機房、天線、電源、綜合布線、管道部署等。

對于通信鐵塔而言，改造升級塔桅、電源、機房等配套設(shè)施，解決 5G 對低功耗的要求，支撐 5G 快速共享是即將面臨的工作任務(wù)。

對于路燈桿、監(jiān)控桿，改造升級的目標包括機房、天線、電源、綜合布線、管道設(shè)施，其中解決供電問題，是重中之重。

下面針對鐵塔的改造進行深入的分析：

基站改造需求分析

(1)機房空間需求?

由 5G 的無線網(wǎng)絡(luò)三層架構(gòu)可知，對機房的空間需求主 要體現(xiàn)在 CU/DU 的尺寸、安裝工藝及其集中度大小。根據(jù)現(xiàn)階段主流廠商的數(shù)據(jù)來看，目前 5G 的 CU/DU 尚處于一體 化狀態(tài)，即現(xiàn)在商用的 4G BBU 形態(tài)，其大小與 4G BBU 一致。從標準化和模塊化的思維來考慮，后期的 CU 和 DU 從形態(tài)上不會相差很大，暫時按 BBU 大小來等同考慮。 考慮到目前各運營商的傳輸機房均為自有產(chǎn)權(quán)，故大型的 DU 和 CU 集中機房尚不在中國鐵塔考慮的范圍內(nèi)，而對于個別小型 DU 集中機房，以 3～5 個站點為例，機房只需要提 供 2～3 個 DU 的安裝空間即可滿足。?

(2)電源需求?

現(xiàn)階段主流廠商單個 5G 64T64R 的 AAU 功耗約為 1000W， 5G CU/DU 一體化狀態(tài)功耗約為 300W，5G 設(shè)備的功耗相比 4G 有了明顯提高。以主流站型 S111 拉遠配置為例，新增一個運營 商的 5G 站點需增加功耗 3000W，如果是多家運營商共享站點， 功耗將會成倍增加。

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(3)塔桅需求?

現(xiàn)階段 5G AAU 的寬度與 4G 800MHz 4 端口天線基本相接近，長度有所縮小，厚度有所增加，重量上 AAU 與 4G 8 端口天線和 RRU 合計重量接近。對于鐵塔來說，其主要的負荷來自迎風面的增加，特別是考慮到多家運營商共享時，需統(tǒng)籌考慮平臺使用情況和鐵塔風荷。

基站改造方案分析

(1)機房改造方案?

針對機房來說，涉及到機房空間的需求主要是兩部分：一是 DU 本站放置或 DU 集中于基站機房；二是電源不滿足需要時需新增電源或蓄電池組。

若本站為拉遠站點，則無需考慮 DU 的安裝空間需求。

若本站為普通站點，即有一個或以上運營商的 DU 安裝于本站，則根據(jù)共享情況和其他幾家運營商的 DU 配置方案，按單個 DU 占用 3U 安裝空間進行計算，需要 1～9U 的安 裝空間。若現(xiàn)有綜合柜存在相應(yīng)的空間，則直接利舊，否則需要考慮預(yù)留綜合柜的安裝空間。

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若本站為 DU 小集中站點，則根據(jù) DU 的配置情況，需要 6～27U 的安裝空間。此類站點，推薦直接新增綜合柜。

開關(guān)電源和蓄電池組則根據(jù)新增 5G 系統(tǒng)數(shù)、設(shè)備功耗 和蓄電池供電保障時間來核算是否需要額外新增，從而確定空間需求。

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由于總功耗大量增加，還需要對空調(diào)制冷能力進行核算， 以保證機房的通風降溫能力。

(2)電源改造方案?

在現(xiàn)有站點新增 5G 設(shè)備時，電源負荷是其中一個非常重要的考慮因素。由現(xiàn)階段主流廠商的設(shè)備參數(shù)可知，單個 AAU 功耗約為 1000W，CU/DU 一體化形態(tài)功耗約為 300W，單個 DU 按 200W 考慮，當本站點存在一家或多家運營商 5G 設(shè)備時，功耗和電池需求如下：

以某省為例，某機房站點的開關(guān)電源額定容量 600Ah、配置容量 200Ah，蓄電池組 500Ah×1，在保證 3h 斷電保障時間的情況下，除個別現(xiàn)網(wǎng) 2G/3G/4G 系統(tǒng)負荷較低的站點，可勉強滿足一家運營商新建 5G 設(shè)備，大部分 站點需要替換大容量蓄電池。開關(guān)電源則需要根據(jù)增加的系統(tǒng)功耗及額外擴容的蓄電池容量進行計算，相應(yīng)擴增開關(guān)電 源模塊，同時對開關(guān)電源熔絲和空氣開關(guān)進行核實替換，保證每一家運營商的 5G 設(shè)備具備 1 路 100A 或 160A 的熔絲或空氣 開關(guān)；對于部分型號較老的開關(guān)電源，由于額定容量較低，則需要更換容量高的開關(guān)電源。

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(3)塔桅改造方案?

對塔型、塔高、掛高、天線類型、平臺數(shù)、平臺空間、抱桿等進行分類歸并，大致可以分為以下三種情況。?

有空余抱桿可以利舊：核算可利舊抱桿數(shù)量，能利舊部 分直接利舊，若可利舊數(shù)量不能滿足新增的 AAU 安裝需求，超出部分按無空余抱桿進行處理。

無空余抱桿但有新增條件：核算可新增抱桿數(shù)量，用于 安裝 AAU，對于不足部分，按無空余抱桿無新增條件處理。

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無空余抱桿且無新增條件如下。

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改造方法一：若一家運營商存在多個系統(tǒng)天線，可采用 多頻段多端口進行替換，空余抱桿用于安裝 AAU。

改造方法二：采用長抱桿替換短抱桿，將 AAU 和原有 天線統(tǒng)一安裝于長抱桿。

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無論是何種改造方式，在確定方案時，均需要對高度、 風荷、承重和天線隔離度等進行核算，避免對鐵塔結(jié)構(gòu)造成 破壞，影響安全性。

混合組網(wǎng)架構(gòu)下的 5G 基站改造進程

以一線城市為例，來看看 5G 基站的改造進程情況。

帝都北京：

北京市通信管理局數(shù)據(jù)顯示，截至 7 月底，鐵塔公司已完成建設(shè)交付 5G 基站 7863 個，運營商開通 5G 基站 6324 個，預(yù)計到 2019 年底，全市將建設(shè) 5G 基站超過 1 萬個。

魔都上海：

上海鐵塔已承接三大運營商 1.3 萬個 5G 基站部署，但考慮到實際建設(shè)中的困難，上海鐵塔保守預(yù)計，今年年底可以完工 1 萬個基站。目前，上海鐵搭交付的 3700 個 5G 基站，三大運營商基本已開通。

妖都廣州：

廣州市工業(yè)和信息化局消息指出，廣州正在全力推進 5G 發(fā)展，預(yù)計今年底將建成 1.46 萬座 5G 基站。據(jù)悉，截至 6 月底，廣州已建成并開通 5000 座 5G 基站。廣州市工信局預(yù)計，到 2021 年，廣州將建成 5G 基站 6.5 萬座。截止 4 月，廣州市已建成 200 多座 5G 基站，開通了 10 多個 5G 實驗場景。

夢都深圳：

深圳市工業(yè)和信息化局表示：到 2019 年底，深圳市預(yù)計共建成 5G 基站 1.5 萬個，到 2020 年 8 月底，累計建成 5G 基站 4.5 萬個，率先實現(xiàn)全市 5G 網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。截至 8 月 1 號，深圳市 5G 基站已經(jīng)建成 3777 個。

總結(jié)語

5G 堪稱數(shù)字經(jīng)濟的聚寶盆，具有高科技、高投入、高回報等特性，其溢出效應(yīng)顯著，每投入 1 個單位，將帶動 6 個單位的經(jīng)濟產(chǎn)出，因此成為各行各業(yè)追逐的對象。在 5G 發(fā)展的過程中，受到資金與時間的限制，采用 NSA 和 SA 混合架構(gòu)并行發(fā)展的模式是歷史的選擇，在這條路上有許多還未解決的問題，技術(shù)上的、資金上的、能源上的、用戶層面的，都是運營商們未來需要挑戰(zhàn)的對象。具體發(fā)展如何，我們拭目以待！

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