5G基站隔多遠建一個(gè)？不是我們想的那么簡(jiǎn)單

在中國，5G網(wǎng)絡(luò )的建設已經(jīng)進(jìn)入了第二期，從重點(diǎn)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(hù)進(jìn)行如此的靈魂拷問(wèn)：

• 5G基站需要隔多遠建一個(gè)？
• 5G網(wǎng)絡(luò )的平均下載速率是多少？
• 5G網(wǎng)絡(luò )下隨時(shí)隨地都能流暢地做直播嗎？

這些問(wèn)題其實(shí)都和網(wǎng)絡(luò )規劃相關(guān)。網(wǎng)規是建網(wǎng)前最關(guān)鍵的步驟，也是移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)中一個(gè)至關(guān)重要的工作崗位。

啥是網(wǎng)規？凡事預則立，不預則廢。話(huà)說(shuō)要建設一張5G網(wǎng)絡(luò )，總得有個(gè)目標規劃，不然，花了大價(jià)錢(qián)買(mǎi)設備做工程，稀里糊涂地安裝好，可能發(fā)現平均速率也沒(méi)快多少。網(wǎng)絡(luò )規劃，就是要明確目標，花多少錢(qián)，建多少站，服務(wù)多少用戶(hù)，速率多高，把一切都安排得明明白白。

由于網(wǎng)絡(luò )建設是一個(gè)端到端的復雜過(guò)程，包含了無(wú)線(xiàn)接入，傳輸，核心網(wǎng)，配套設施（鐵塔，機房，電源，空調，消防）等環(huán)節，規劃需要把各個(gè)環(huán)節統一考慮，這就是“廣義”的網(wǎng)絡(luò )規劃。但我們平時(shí)脫口而出的“網(wǎng)規”，則是專(zhuān)指無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規劃。這是因為接入網(wǎng)涉及到多個(gè)基站的建設，投資最大，網(wǎng)絡(luò )的性能和用戶(hù)體驗直接相關(guān)，自然成為關(guān)注的重中之重。

網(wǎng)規能做些啥？要在一片地區建設5G網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)規需要回答下面一組問(wèn)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(gè)問(wèn)題和本文最前面提出的三個(gè)問(wèn)題，在本質(zhì)上都是一樣的。網(wǎng)規，就是使用一系列的方法論和工具，指導網(wǎng)絡(luò )建設，讓運營(yíng)商的錢(qián)花在刀刃上。解答好這些問(wèn)題，就是網(wǎng)規工作的最大價(jià)值。

另外，網(wǎng)絡(luò )在建成之后，隨著(zhù)用戶(hù)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(lái)給5G用，到底要什么時(shí)候擴容，哪些站應該擴容，怎樣做才能不影響性能，這些也是網(wǎng)規的工作內容。

網(wǎng)規要咋做？網(wǎng)規是一個(gè)系統工程，需要遵循嚴格的流程。這個(gè)流程包含了需求分析，規模估算，站點(diǎn)選擇，規劃仿真這四步。

• 需求分析：

需求分析的目的，是要確定網(wǎng)規的目標。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(wèn)客戶(hù)問(wèn)題：

1. 口袋里有多少錢(qián)，希望建多少站點(diǎn)？

2. 想要覆蓋哪些地方？一般來(lái)說(shuō)分為四類(lèi)：密集城區，一般城區，郊區，農村，您要覆蓋的地方，這些場(chǎng)景各占多大比例？不同場(chǎng)景的重要性不同，規劃的標準也是不一樣的。

3. 要用哪個(gè)頻段？不同頻段的傳播特性不同，對站點(diǎn)數量的影響非常大。比如在中國，用700M來(lái)覆蓋就僅需45到50萬(wàn)個(gè)基站，而用3.5GHz來(lái)覆蓋的話(huà)，需要的站點(diǎn)數是700M的6倍之多。4. 要服務(wù)多少用戶(hù)，采用什么話(huà)務(wù)模型？這倆問(wèn)題是為了核算規劃網(wǎng)絡(luò )的容量能否和客戶(hù)的目標相符。5. 想要開(kāi)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(shí)延的要求也不盡相同。網(wǎng)規需要根據業(yè)務(wù)需求設定一個(gè)邊緣速率，也就是在這個(gè)小區內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(chǎng)景，但初期我們聚焦于面向個(gè)人用戶(hù)的增強型移動(dòng)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。

業(yè)務(wù)類(lèi)型	上行/下行	帶寬需求	時(shí)延需求
視頻直播(720P，1080P)	上行/下行	2~5Mbps	50ms
2K視頻	下行	10Mbps	50ms
4K視頻	下行	25Mbps	50ms
8K視頻	下行	50Mbps	50ms
VR/AR	下行	20~50Mbps	20ms
云游戲	下行	100Mbps	20ms

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備，50Mbps的速率已足以在線(xiàn)看4K視頻了，滿(mǎn)足需要云游戲要求就需100Mbps的速率。對于視頻直播來(lái)說(shuō)，消耗的流量以上行為主，按照手機拍攝720P到1080P的視頻來(lái)算的話(huà)，上傳速率約為2~5Mbps。

因此，對于5G高價(jià)值場(chǎng)景，規劃的小區邊緣速率建議下行50Mbps，上行2Mbps；在超高話(huà)務(wù)的熱點(diǎn)區域，建議按下行100Mbps，上行5Mbps來(lái)規劃。

• 規模估算：

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

我們先來(lái)看基于覆蓋的規模估算。要進(jìn)行基于覆蓋的規模估算，首先要進(jìn)行的就是鏈路預算。

鏈路預算的思想是，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(xiàn)損耗，傳播損耗，穿透損耗，天線(xiàn)增益等過(guò)程，得到最大允許的路徑損耗值（MAPL，Maximum Allowed Pass Loss），再結合傳播模型，就可以得到小區的覆蓋范圍了。

一般來(lái)說(shuō)，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(shuō)，覆蓋是上行受限的，計算小區半徑的時(shí)候，只考慮上行就可以了。所謂傳播模型，就是表達無(wú)線(xiàn)信號怎樣在空間中傳播的數學(xué)模型。頻段不同，覆蓋場(chǎng)景不同，天線(xiàn)的高度不同，都會(huì )導致使用模型的差異。

對于5G來(lái)說(shuō)，協(xié)議定義了三種傳播模型UMi，UMa，RMa。其中UMi用于城區的微站覆蓋場(chǎng)景，UMa用于城區的宏站覆蓋場(chǎng)景，RMa則用于農村地區的宏站覆蓋場(chǎng)景。這些傳播模型和最大路損之間的數學(xué)關(guān)系相當復雜，這里就不展開(kāi)說(shuō)了，大家只需知道，根據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，也就是小區半徑了。有了小區半徑，自然就可以算出站間距，也可以算出單個(gè)基站的覆蓋面積了。通過(guò)用該區域的總面積除以單站的覆蓋面積，所需的站點(diǎn)數也就算出來(lái)了。

注意，在網(wǎng)規中，一般按照每個(gè)基站三個(gè)扇區，每個(gè)扇區是一個(gè)正六邊形來(lái)計算，因此一個(gè)站的覆蓋面積相當于三個(gè)正六邊形的面積。

對于5G來(lái)說(shuō)，以2.6GHz頻段，邊緣速率2Mbps為例，在密集城區的站間距約為450米，一般城區約為700米，郊區約為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(lái)看基于容量的規模估算。首先要搞清楚基站的容量到底是多少。這個(gè)容量并不是理論峰值速率，而是綜合考慮了無(wú)線(xiàn)環(huán)境，覆蓋場(chǎng)景，用戶(hù)分布，綜合多天線(xiàn)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(gè)平均值，通常由系統仿真得到。比如，在密集城區，5G在頻段2.6GHz的下行平均容量一般為800M到1000Mbs，一般城區和郊區則更低，而所有場(chǎng)景下的理論峰值速率都可以到1700Mbps以上。

有了基站容量，再根據總用戶(hù)數，業(yè)務(wù)的滲透率，以及單用戶(hù)的業(yè)務(wù)模型：忙時(shí)每用戶(hù)打多長(cháng)時(shí)間電話(huà)，下載或者上傳多少數據量，就可以算出支撐這么多用戶(hù)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(gè)維度估算的站點(diǎn)數，取其大者，就是網(wǎng)絡(luò )規劃所需要的站點(diǎn)數了。下一步，就是要確定這些站點(diǎn)都應該建在哪里。

• 站點(diǎn)選擇：

如果是全新建站，就要借助各種工具，把站點(diǎn)按照用戶(hù)的分布情況來(lái)在地圖上布下去，按照密集城區，一般城區，郊區，農村這樣的優(yōu)先級來(lái)進(jìn)行，對于交通干道，旅游景點(diǎn)也要重點(diǎn)考慮。

需要注意的是，盡量不要把站點(diǎn)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(wú)線(xiàn)電臺，雷達站，衛星地面站等干擾源的附近。

當然，移動(dòng)通信經(jīng)過(guò)了這么多年的發(fā)展，前面的2G，3G和4G在部署的時(shí)候，早已建設好了大量的站點(diǎn)，擁有現成的機房，鐵塔，配套資源。因此5G在新建的時(shí)候，只需要利用這些現成的站址，在上面增加設備即可，實(shí)在不滿(mǎn)足覆蓋和容量的時(shí)候，才考慮新建站點(diǎn)。

• 規劃仿真：

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

這就需要通過(guò)“仿真”這個(gè)工具來(lái)驗證。仿真理解起來(lái)，非常容易，就是“仿”真，模仿現實(shí)存在中真的東西。

也就是說(shuō)，仿真軟件會(huì )通過(guò)高精度地圖掌控目標區域的地形地貌，以及其上的建筑，樹(shù)木等一切必要信息，再加上基站的位置，天線(xiàn)高度，天線(xiàn)增益，手機高度，手機能力，及用戶(hù)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(shí)代，引入了Massive MIMO技術(shù)，可通過(guò)大規模天線(xiàn)陣列，以及波束賦形來(lái)實(shí)現上下行多流傳輸，并增強了垂直覆蓋能力，因此仿真需要演進(jìn)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，可以靈活地調整下面5個(gè)參數：水平波瓣寬度，垂直波瓣寬度，方向角，下傾角，以及波束數量。這5個(gè)參數可通過(guò)調整不同天線(xiàn)的權值來(lái)確定，在仿真中也需要一并考慮。最后，使用仿真的結果來(lái)修正前面通過(guò)覆蓋和容量估算的站點(diǎn)數和站點(diǎn)位置，就可得出最終規劃的結果，可以給客戶(hù)輸出網(wǎng)規技術(shù)建議書(shū)了！相信看到這里，大家對最前面的那三個(gè)問(wèn)題已經(jīng)有了答案。