5G基站需要隔多遠建一個？關(guān)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的那些問題

在中國，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已經(jīng)進入了第二期，從重點覆蓋走向全面覆蓋，從室外覆蓋走向深度覆蓋。
在此期間，經(jīng)常有親密用戶進行如此的靈魂拷問：

5G基站需要隔多遠建一個？

5G網(wǎng)絡(luò)的平均下載速率是多少？

5G網(wǎng)絡(luò)下隨時隨地都能流暢地做直播嗎？

這些問題其實都和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃相關(guān)。網(wǎng)規(guī)是建網(wǎng)前最關(guān)鍵的步驟，也是移動通信產(chǎn)業(yè)中一個至關(guān)重要的工作崗位。

啥是網(wǎng)規(guī)？凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。話說要建設(shè)一張5G網(wǎng)絡(luò)，總得有個目標規(guī)劃，不然，花了大價錢買設(shè)備做工程，稀里糊涂地安裝好，可能發(fā)現(xiàn)平均速率也沒快多少。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，就是要明確目標，花多少錢，建多少站，服務(wù)多少用戶，速率多高，把一切都安排得明明白白。

由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一個端到端的復(fù)雜過程，包含了無線接入，傳輸，核心網(wǎng)，配套設(shè)施（鐵塔，機房，電源，空調(diào)，消防）等環(huán)節(jié)，規(guī)劃需要把各個環(huán)節(jié)統(tǒng)一考慮，這就是“廣義”的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。但我們平時脫口而出的“網(wǎng)規(guī)”，則是專指無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃。這是因為接入網(wǎng)涉及到多個基站的建設(shè)，投資最大，網(wǎng)絡(luò)的性能和用戶體驗直接相關(guān)，自然成為關(guān)注的重中之重。

網(wǎng)規(guī)能做些啥？要在一片地區(qū)建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)規(guī)需要回答下面一組問題：

1.需要建多少基站，才能覆蓋良好，容量足夠？

2.這些基站要建在什么地方，才能達到覆蓋和容量要求？

3.預(yù)計建成后的網(wǎng)絡(luò)性能如何，平均下載和上傳速率是多少？

這里的三個問題和本文最前面提出的三個問題，在本質(zhì)上都是一樣的。網(wǎng)規(guī)，就是使用一系列的方法論和工具，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，讓運營商的錢花在刀刃上。解答好這些問題，就是網(wǎng)規(guī)工作的最大價值。

另外，網(wǎng)絡(luò)在建成之后，隨著用戶的發(fā)展，難免需要擴容，或者頻譜重耕，把原先的3G和4G的頻譜拿來給5G用，到底要什么時候擴容，哪些站應(yīng)該擴容，怎樣做才能不影響性能，這些也是網(wǎng)規(guī)的工作內(nèi)容。

網(wǎng)規(guī)要咋做？網(wǎng)規(guī)是一個系統(tǒng)工程，需要遵循嚴格的流程。這個流程包含了需求分析，規(guī)模估算，站點選擇，規(guī)劃仿真這四步。

需求分析：

需求分析的目的，是要確定網(wǎng)規(guī)的目標。目標不清，做什么都是錯，綱舉目張，一切才有了方向。
這一步，核心工作是搜集信息，也就是問客戶問題：

1.口袋里有多少錢，希望建多少站點？

2.想要覆蓋哪些地方？一般來說分為四類：密集城區(qū)，一般城區(qū)，郊區(qū)，農(nóng)村，您要覆蓋的地方，這些場景各占多大比例？不同場景的重要性不同，規(guī)劃的標準也是不一樣的。

3.要用哪個頻段？不同頻段的傳播特性不同，對站點數(shù)量的影響非常大。比如在中國，用700M來覆蓋就僅需45到50萬個基站，而用3.5GHz來覆蓋的話，需要的站點數(shù)是700M的6倍之多。

4.要服務(wù)多少用戶，采用什么話務(wù)模型？這倆問題是為了核算規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的容量能否和客戶的目標相符。

5.想要開展什么業(yè)務(wù)？ 不同業(yè)務(wù)需要的下載和上傳速率是不一樣的，對時延的要求也不盡相同。網(wǎng)規(guī)需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求設(shè)定一個邊緣速率，也就是在這個小區(qū)內(nèi)任意位置都可以支持這種業(yè)務(wù)。以5G為例，雖然愿景中定義了三大場景，但初期我們聚焦于面向個人用戶的增強型移動寬帶業(yè)務(wù)（eMBB），目前各種典型業(yè)務(wù)的需求如下表所示。

目前手機屏幕的分辨率集中在1080P到2K，就算考慮到其他高清設(shè)備，50Mbps的速率已足以在線看4K視頻了，滿足需要云游戲要求就需100Mbps的速率。對于視頻直播來說，消耗的流量以上行為主，按照手機拍攝720P到1080P的視頻來算的話，上傳速率約為2~5Mbps。

因此，對于5G高價值場景，規(guī)劃的小區(qū)邊緣速率建議下行50Mbps，上行2Mbps；在超高話務(wù)的熱點區(qū)域，建議按下行100Mbps，上行5Mbps來規(guī)劃。

規(guī)模估算：

完成了建網(wǎng)目標的需求分析，下來就需要評估需要建設(shè)多少基站了。一般按照覆蓋和容量這兩個維度來算，也就是，先按照覆蓋來估一版需要的站點數(shù)，再按容量來算一版站點數(shù)，然后在兩個中取多的那個。

我們先來看基于覆蓋的規(guī)模估算。要進行基于覆蓋的規(guī)模估算，首先要進行的就是鏈路預(yù)算。

鏈路預(yù)算的思想是，按照目標的邊緣速率要求，再考慮信號從基站或者手機發(fā)出經(jīng)歷的饋線損耗，傳播損耗，穿透損耗，天線增益等過程，得到最大允許的路徑損耗值（MAPL，Maximum Allowed Pass Loss），再結(jié)合傳播模型，就可以得到小區(qū)的覆蓋范圍了。

一般來說，基站的能力強，發(fā)射功率大，可達200瓦到320瓦，而手機的發(fā)射功率則要小得多，一般為0.2瓦到0.4瓦。因此上行的MAPL要小于下行，也就是說，覆蓋是上行受限的，計算小區(qū)半徑的時候，只考慮上行就可以了。所謂傳播模型，就是表達無線信號怎樣在空間中傳播的數(shù)學(xué)模型。頻段不同，覆蓋場景不同，天線的高度不同，都會導(dǎo)致使用模型的差異。

對于5G來說，協(xié)議定義了三種傳播模型UMi，UMa，RMa。其中UMi用于城區(qū)的微站覆蓋場景，UMa用于城區(qū)的宏站覆蓋場景，RMa則用于農(nóng)村地區(qū)的宏站覆蓋場景。這些傳播模型和最大路損之間的數(shù)學(xué)關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，這里就不展開說了，大家只需知道，根據(jù)最大路損和傳播模型，就可以算出手機和基站之間的最大距離，也就是小區(qū)半徑了。有了小區(qū)半徑，自然就可以算出站間距，也可以算出單個基站的覆蓋面積了。通過用該區(qū)域的總面積除以單站的覆蓋面積，所需的站點數(shù)也就算出來了。

注意，在網(wǎng)規(guī)中，一般按照每個基站三個扇區(qū)，每個扇區(qū)是一個正六邊形來計算，因此一個站的覆蓋面積相當(dāng)于三個正六邊形的面積。

對于5G來說，以2.6GHz頻段，邊緣速率2Mbps為例，在密集城區(qū)的站間距約為450米，一般城區(qū)約為700米，郊區(qū)約為1300米。3.5GHz由于頻率高覆蓋要差一些，站間距都要比2.6GHz小100米左右。下面，再來看基于容量的規(guī)模估算。首先要搞清楚基站的容量到底是多少。這個容量并不是理論峰值速率，而是綜合考慮了無線環(huán)境，覆蓋場景，用戶分布，綜合多天線技術(shù)，基站和手機的發(fā)射功率，以及干擾情況得出的一個平均值，通常由系統(tǒng)仿真得到。比如，在密集城區(qū)，5G在頻段2.6GHz的下行平均容量一般為800M到1000Mbs，一般城區(qū)和郊區(qū)則更低，而所有場景下的理論峰值速率都可以到1700Mbps以上。

有了基站容量，再根據(jù)總用戶數(shù)，業(yè)務(wù)的滲透率，以及單用戶的業(yè)務(wù)模型：忙時每用戶打多長時間電話，下載或者上傳多少數(shù)據(jù)量，就可以算出支撐這么多用戶的各種業(yè)務(wù)需要多少基站了。好了，有了基于覆蓋和容量這兩個維度估算的站點數(shù)，取其大者，就是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所需要的站點數(shù)了。下一步，就是要確定這些站點都應(yīng)該建在哪里。

站點選擇：

如果是全新建站，就要借助各種工具，把站點按照用戶的分布情況來在地圖上布下去，按照密集城區(qū)，一般城區(qū)，郊區(qū)，農(nóng)村這樣的優(yōu)先級來進行，對于交通干道，旅游景點也要重點考慮。

需要注意的是，盡量不要把站點放在山頂，道路中間，湖泊，海里等明顯不適合的地方，或者周邊有無線電臺，雷達站，衛(wèi)星地面站等干擾源的附近。

當(dāng)然，移動通信經(jīng)過了這么多年的發(fā)展，前面的2G，3G和4G在部署的時候，早已建設(shè)好了大量的站點，擁有現(xiàn)成的機房，鐵塔，配套資源。因此5G在新建的時候，只需要利用這些現(xiàn)成的站址，在上面增加設(shè)備即可，實在不滿足覆蓋和容量的時候，才考慮新建站點。

規(guī)劃仿真：

前面的幾步再精確縝密，其實也不過是紙上談兵。實際環(huán)境中，地形復(fù)雜，加之建筑密集，扇區(qū)的覆蓋怎么可能是正六邊形呢？用戶的分布和業(yè)務(wù)使用也需綜合考慮，簡單估算也未必符合實際情況。

這就需要通過“仿真”這個工具來驗證。仿真理解起來，非常容易，就是“仿”真，模仿現(xiàn)實存在中真的東西。

也就是說，仿真軟件會通過高精度地圖掌控目標區(qū)域的地形地貌，以及其上的建筑，樹木等一切必要信息，再加上基站的位置，天線高度，天線增益，手機高度，手機能力，及用戶分布等全方位信息，計算出覆蓋，干擾，平均速率，邊緣速率等各項指標。在5G時代，引入了Massive MIMO技術(shù)，可通過大規(guī)模天線陣列，以及波束賦形來實現(xiàn)上下行多流傳輸，并增強了垂直覆蓋能力，因此仿真需要演進到3D樓宇仿真才能準確反映覆蓋效果。

并且，Massive MIMO因其強大的波束賦形能力，可以靈活地調(diào)整下面5個參數(shù)：水平波瓣寬度，垂直波瓣寬度，方向角，下傾角，以及波束數(shù)量。這5個參數(shù)可通過調(diào)整不同天線的權(quán)值來確定，在仿真中也需要一并考慮。最后，使用仿真的結(jié)果來修正前面通過覆蓋和容量估算的站點數(shù)和站點位置，就可得出最終規(guī)劃的結(jié)果，可以給客戶輸出網(wǎng)規(guī)技術(shù)建議書了！相信看到這里，大家對最前面的那三個問題已經(jīng)有了答案。