本文對5G試點背景及相關技術進行介紹，通過頻譜資源分析，確定采用3.5 GHz作為5G試點的主要頻段；通過不同信道的鏈路預算分析，發現采用64T64R的Massive MIMO設備進行5G組網的站址需求與現有4G D頻段組網相當；選定連續覆蓋試點區域后，綜合考慮試點區域特性及現有資源配置，最終形成試點區5G連續覆蓋異構組網方案，并采用仿真技術對試點后的效果進行預估，在此基礎上，對5G試點采用的新技術Massive MIMO效果進行驗證，得出采用64T64R設備的小區容量是當前4G站點的3～4倍的結論，為新技術應用推廣奠定基礎，也為后續5G商用總結規劃建設經驗。

ITU 確定了IMT-2020（5G）的增強移動寬帶場景（eMBB），低功耗大連接場景（mMTC）和低時延高可靠場景（uRLLC）三大類應用場景，5G 網絡將提供更低時延、更高的峰值速率以及海量的連接數，將真正實現向超寬帶+ 萬物互聯發展方向。要滿足面向未來業務高速率低時延的發展需求，需要采用更先進的無線傳輸技術，5G 將采用包括大規模天線陣列、超密集組網、高階調制、非正交傳輸和全雙工等關鍵技術。目前國內各通信企業及研發機構均已對5G 技術進行全方位突破，如近期由華為主推的Polar 碼（極化碼）被確定為5G短碼信令標準等，為后續標準化工作奠定堅實基礎。為更好響應國家未來寬帶戰略、數字信息發展、萬物互聯互通發展需求，驗證新技術特性，總結5G 網絡規劃發展經驗，推動打造中國自己5G 技術標準研究，本文就目前國內已相對成熟5G 技術成果，通過采用包括大規模天線（Massive MIMO）、超密集組網、高階調制等在內的5G 核心關鍵技術，以某商業交通干道為案例進行5G連續覆蓋試商用網絡規劃。

1、5G覆蓋試點背景

1.1 試點技術及場景

Massive MIMO 是使用大規模陣列天線實現在三維空間產生靈活指向用戶的非常窄的波束，通過精確的信道相關性估計、用戶配對、干擾抑制賦形等，在有效抑制對復用用戶干擾、不損失服務用戶主瓣方向能量的前提下能夠滿足空域16 流、32 流或更多流進行復用，從而將頻譜效率提升4 ～6 倍。同時，由于更多用戶可以在相同資源上并行傳輸，也進一步提升小區吞吐量及邊緣用戶速率。

由于Massive MIMO 技術提供更高維度的空分復用、更強的波束賦形能力，適合在高業務場景下進行使用。從現網業務分布看，目前通過大數據統計可發現約20% 的熱點區域承載近80% 的業務流量，且出現熱點更熱的現象，諸如城區CBD、商業中心等核心區域，一方面用戶集中、業務需求量大，另一方面存在高樓遮擋、深度覆蓋不足等問題，因此，采用Massive MIMO 進行5G試點典型場景選定為數據業務熱點區——商業核心區域。

1.2 頻譜資源分析

IMT 已規劃頻譜總計687 MHz，其中TDD 頻率總計345 MHz，FDD 頻率總計342 MHz ，現有的頻譜資源無法滿足未來發展需求，因此，5G 系統優先考慮采用中低頻頻譜（6 GHz 以下）進行規劃，同時，未來進一步開拓研究更高頻段（6 GHz 以上）的頻譜資源可行性。

對于6 GHz 以下中低頻頻譜，5G 組網可優先采用已經規劃但在中國還未使用的（如3.4 ～3.6 GHz）IMT頻段，后續進一步推動新的IMT 頻段劃分，如3.3 ～3.4 GHz，4.4 ～4.5 GHz，4.6 ～4.99 GHz 等。目前我國已明確將3.4 ～3.6 GHz 規劃用于5G 試驗，各國中低頻頻譜資源規劃情況如圖1 所示。

圖1、各國6GHz以下中低頻頻譜規劃使用情況

因此，5G 試點覆蓋區主要采用3.5 GHz 進行規劃組網。

1.3 站址資源分析

站址需求主要來自于覆蓋及容量兩個方面，對于覆蓋而言，由于目前4G 網絡采用TDD 2.6 G 8T8R方式，試點5G則采用TDD 3.5 G 64T64R組網方式，雖然在頻段上3.5 G 對覆蓋處于劣勢，但采用陣列天線帶來的信號增益對頻段劣勢起到很好的補充效果，通過鏈路預算得到兩種組網方式下不同信道覆蓋情況對比效果如圖2所示。

圖2、不同組網模式下各信道的覆蓋差異對比

從各信道的覆蓋對比效果可以看出，PUSCH 信道是主要覆蓋瓶頸且TDD 3.5 G 64T64R 覆蓋效果略優于現有2.6 G網絡（約1.3 dB），因此，在該組網模式下，保障網絡覆蓋需求的5G對站址資源與現有4G 網絡D頻段的需求相當。

2、5G新技術商用試點規劃

2.1 試點區域概述

某商業熱點區域面積約2.54平方千米，包含4個商業主題功能區，區域定位為集商業、文化、時尚潮流的國際商貿中心展示區和亞太時尚潮流引領區。根據市政規劃，區域內包含一條主要商業交通干道亦需通過改造，定位為集商業文化、商業風情等為一體的景觀大道，目標是向國際著名商業大道看齊，該大道全長4.7 km，作為5G 連續覆蓋試點規劃目標。區域總體情況及功能劃分如圖3所示。

圖3、5G試商用區域分布及功能定位

從樓宇分布情況分析，該區域無線環境主要以中低層樓宇為主，其中2 ～8 層建筑占比達到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步行街，所處人流密集區，因此，5G 試商用網絡的規劃目標主要是實現底層信號的連續覆蓋及容量感知。

2.2 試點價值定位

規劃戰略價值：結合該試點區的商業發展定位，提供區域內信息化服務需求，提升用戶上網感知體驗；驗證3.5 GHz 頻率網絡覆蓋效果，同時對諸如大規模天線陣列、超密集組網等5G 關鍵技術應用效果進行實際驗證，推動5G 技術完善和發展；打造5G 試商用網絡連續覆蓋示范區，總結5G 網絡規劃建設及商用經驗。

覆蓋用戶規模：提取試點片區內現有4G 用戶數峰值數據，同時參考與之具有相似物理功能的某路及某區域峰值用戶數，綜合作為用戶規模分析的參考依據，研究分析得到的結論如表1 所示。

表1、參考區域的用戶分布情況

綜合區域內現有4G用戶規模及以上兩參考區域綜合情況，預測該商業熱點區總用戶數將達到9.8萬，其中某大道可享受到5G優質服務的用戶數為0.97萬。

2.3 站址資源規劃

5G 網絡規劃需要根據不同的業務特點進行針對性覆蓋，采用宏站+ 小微站的方式進行異構網靈活組網規劃，面覆蓋以宏站為主，微站補充，對于容量高發區利用小微站吸收容量。針對該試點區功能場景特性及業務高熱點特性，上層網絡選用宏站實現面整體覆蓋，底層選用微站作為底層商鋪深度覆蓋補充及商場吸熱。5G微信公眾平臺（ID：angmobile）了解到，本文作者進一步指出，通過對區域內現有站點資源分析發現，該試點區內已有物理宏站116個，微站60個，宏站站間距265 m，根據前文分析可知，現有宏站站址資源可滿足試點宏站需求，對于微站而言，可優先選擇街道兩旁的路燈桿，規劃站高8～12 m，站間距100～200 m。

根據以上規劃原則，可選定某大道5G試商用宏站5個，微站36個，對應站址規劃結果及覆蓋仿真效果如圖4所示。

圖4、5G站址規劃結果及仿真效果評估

從仿真結果分析發現，試商用區域整體實現4G 與5G 協同覆蓋，干道上（藍色電平）5G信號覆蓋良好，試商用網絡建成后，可進一步開展5G業務相關測試，評估新技術性能。

3、Massive MIMO 效果驗證及應用建議

在覆蓋特性方面，與現有普通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波瓣圖進行疊加對比，效果如圖5所示。

圖5、天線覆蓋性能對比分析

從波瓣圖分析可以發現，64T64R設備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站點相比傳統8T8R站點均可獲得近15 dB的業務波束賦形增益。

在業務特性方面，選用已經建成的某站點作為測試驗證站點，采用8個終端在信號覆蓋優良的地方進行定點上傳下載測試，測試結果如圖6所示。

圖6、Massive MIMO站點容量提升測試結論

從單站定點對比結果測試可以發現，相比傳統普通4G宏站，采用64T64R 的Massive MIMO設備容量有大幅提升，單站小區上行吞吐量提升2.7倍（上行37 Mbit/s），小區下行吞吐量提升2倍（下行325 Mbit/s）。

由此可知，相比現有8T8R設備，Massive MIMO可以針對不同終端的垂直面多波束，從而實現垂直面空分，不僅提升頻譜效率，也有利于降低鄰區間干擾；由于其具備大容量特性，不僅可以實現業務吸熱，同時也提升用戶的業務使用感知。5G微信公眾平臺（ID：angmobile）了解到，本文作者進一步指出，因此，作為5G關鍵技術的Massive MIMO，可提前在現有4G網絡中進行部署推廣，建議場景如下。

（1）解決現有4G網絡覆蓋難題之“高樓場景”，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設備可覆蓋約25層樓，通過多個波束對應不同樓層形成虛擬分區，實現空分復用、提升頻譜效率、改善高樓用戶感知。

（2）解決現有4G網絡容量難題之“高校場景”，高校屬業務高度熱點區，部分高校出現4G站址密集及容量滿擴的情況下，小區資源依舊無法滿足業務增長的需求，該場景尤其適宜規劃采用Massive MIMO進行容量吸收，不僅解決了當前容量難題，也通過改善學生感知有利于產生網絡宣傳效應。

（3）對于部分區域現有4G 業務過熱區，站址資源及擴容條件有限的場景，建議采用Massive MIMO 設備實現覆蓋及業務吸收。

4、結束語

本文從采用Massive MIMO 技術進行5G 連續覆蓋規劃，通過對場景分析、頻率選取、站址需求分析，得出了5G試點的基本參數建議，再以某區域內的一條主要道路為例，采用異構組網方式進行5G試點規劃。通過仿真技術進而預判建設后的5G信號覆蓋效果。針對Massive MIMO新技術，通過對天線分析及定點測試評估，得出該技術在覆蓋及容量方面的能力效果，由于目前5G尚未商用，相關試點規劃案例有利于進一步開展新技術測試評估，以及為未來5G網絡規劃建設積累總結經驗。

本文作者：黃小光，董俊華，汪偉，徐輝，華信咨詢設計研究院有限公司