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5G移动通信技术发展探究及其对基站配套影响许惠庆

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：许惠庆

[导读] 摘要：第五代移动通信技术（英语：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系统之后的延伸。

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        摘要：第五代移动通信技术（英语：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。Release-15中的5G规范的第一阶段是为了适应早期的商业部署。Release-16的第二阶段将于2020年4月完成，作为IMT-2020技术的候选提交给国际电信联盟（ITU） [1] 。ITU IMT-2020规范要求速度高达20 Gbit/s，可以实现宽信道带宽和大容量MIMO。
        关键词：5G移动；通信技术；基站；配套影响
        一、5G移动通信技术发展
        5G移动网络与早期的2G、3G和4G移动网络一样，5G网络是数字蜂窝网络，在这种网络中，供应商覆盖的服务区域被划分为许多被称为蜂窝的小地理区域。表示声音和图像的模拟信号在手机中被数字化，由模数转换器转换并作为比特流传输。蜂窝中的所有5G无线设备通过无线电波与蜂窝中的本地天线阵和低功率自动收发器（发射机和接收机）进行通信。收发器从公共频率池分配频道，这些频道在地理上分离的蜂窝中可以重复使用。本地天线通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。与现有的手机一样，当用户从一个蜂窝穿越到另一个蜂窝时，他们的移动设备将自动“切换”到新蜂窝中的天线。
        5G网络的主要优势在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟（更快的响应时间），低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。由于数据传输更快，5G网络将不仅仅为手机提供服务，而且还将成为一般性的家庭和办公网络提供商，与有线网络提供商竞争。以前的蜂窝网络提供了适用于手机的低数据率互联网接入，但是一个手机发射塔不能经济地提供足够的带宽作为家用计算机的一般互联网供应商。
        二、5G基站产品架构及形态
        RAN架构从4G的BBU、RRU两级结构将演进到CU、DU和AAU三级结构。CU（Centralized Unit，集中单元）是原BBU的非实时部分分割出来的部分，主要处理低实时的无线协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署。
        DU（Distribute Unit，分布式单元）是主要处理包括物理层功能和高实时的无线协议栈功能，满足uRLLC业务需求，与CU一起形成完整协议。
        AAU：有源天线、原RRU及BBU的部分物理层处理功能合并为AAU。5G部署初期，5G设备形态优先选择CU/DU合设方式（简称为5GBBU设备），未来随着5G垂直行业等新业务需求，可基于MEC边缘云，后续采用CU-DU分离方式，并能够结合机房条件、光纤资源等诸多因素，实现BBU集中放置。
        三、5G技术发展对基站配套发展的影响
        5G技术的演进，以及高频超密组网的要求，对基站的配套建设与发展提出了极大的挑战，5G时代明显的优点是频谱资源要求大，需要用到3GHz以上的频率，使小区半径以及基站站间距大幅缩小，使5G基站数量翻倍增长，另外设备也往小型化发展，对配套的建设提出了与4G时代不一样的要求，下面将从站址、天面、机房、电源等四方面，详细探讨5G技术所带来的影响以及相关的应对举措和建议。
        1.站址资源获取方面
        在5G移动通信技术中，由于整个网络系统中涵盖大量内容，所以需要应用更高频率的频谱资源，实现对网络系统中数据的高速度传输，提高整个系统的运行效率。
        从这一需求的角度出发，5G移动通信网络的基站密度大幅上升，由于大型基站起到数据的接收传输和中转作用，所以需要在原有基础上增加大型基站数量。

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另外在小区的通信设备建设和应用中，需要设置较高数量的小型信号接收和发送设备，这些设备都可视作5G移动通信技术中的基站。当前存在的问题时，一些小区居民在一些不负责任自媒体的带动下，认为通信企业建成的基站电磁辐射过高，会对身体健康造成影响，甚至在一些小区中，出现老年居民和学习过低的年轻居民恶意破坏基站行为，不但为电信企业带来了损失，也降低了通信质量，在5G通信技术中，需要建成数量更多的基站，可以预见基站数量和居民低素质之间会产生更加尖锐的冲突。
        针对这些问题，本文提出的方法为，一方面加大政府引导，借助电视、广播、报纸以及官方账号渠道，积极转变这类低素质居民的思想。另一方面各地区指定针对基站破坏行为的惩罚措施，包括行政或刑事拘留等措施，防止基站被破坏。
        2.天面及杆塔方面
        5G采用Massive MIMO天线技术，如采用3D MIMO64T64R天线部署，天线迎风面积大幅加大，重量也是原4G天线的两倍。以目前4G站点的天面情况来看，新增的有源天线将无法与现有的系统共享抱杆，据不完全统计，目前约有70%的天面存在受限情况，新增抱杆非常困难。要解决5G时代的天面及杆塔资源问题，需要未雨绸缪，提前储备，并在当前的新建和改造工作中予以考虑。
        3.电源设备方面
        5GMassive MIMO基站功耗与4G相比大幅增加，单个5G基站的直流负载功耗约是单个4G基站的4倍左右，且每增加1套5G系统需增加约8kVA的外市电容量。从外市电侧的角度来看，现有基站外市电容量一般为15～30kVA，扩容将导致现有基站外市电容量紧张甚至不足。从交直流电源侧的角度来看，交、直流容量不足的电源设备需要更换，其会影响到63A及以下容量交流配电箱和300A及以下容量的开关电源。
        4.机房建设方面
        5G采用DU/CU分离结构，基带云化，BBU集中部署是5G时代的重要技术特征，加上大量微小站点的部署和建设，使无机房的建设模式提上了日程，有别于4G时代的机房建设，随着基站机房的减少，中心机房的规划和建设也与以前不一样，更多的DU/CU集中，电源设备的集中，给中心机房的规划和建设提出了不少的挑战。
        5.电源革新方面
        在5G移动通信技术的应用中，由于整个通信系统中的基站数量增加，同时建成了大规模天线，在这些系统的综合作用下，整个网络系统的能耗提升，虽然整个系统中的机房数量下降，但是系统的能耗整体上提升。另外在5G移动通信网络中，天线、计算机系统等设备的功率会提高，以满足高速大量数据传输要求，4G通信设备的电源设施无法满足5G网络设备的运行要求。
        6.网络部署差异。
        天线数量一般会从4根增加到64根以及更多，导致基站的处理能力加倍增高，能源消耗严重，这对于基站机房的要求就更高了。带资源开展集中放置，达到资源共享。一则降低对机房数量的需要，并且能减少机房构建成本。基站覆盖范围会从4G网络数百米减少到几十米，这会加大对基站数量的需要，在将来5G移动通信网络构建的过程中，小基站会得到很充分的使用，从而演变为5G移动通信网络构建的核心形式。
        结语：
        综合来看，5G移动通信技术的优势格外突出，其不仅在移动数据增长方面取得了千倍的突破，更能够为客户提供高速率、低延时的移动通信体验。综上所述，当前 5G 技术目前以及全面的启动，5G 技术在2020 年将全面的投入商用，为了更好的推进 5G 技术的高速发展，在加强技术研究过程中，应当加强相关领域的融合并与有关国家同理协作，这样才更利于推进 5G 技术的高速发展。研究与应用 5G 技术过程中，更应当对其有一个更加全面的了解与掌握，这对于今后我国社会整体经济运行也将产生不可忽视的重要影响。所以，有关技术人员，必须要充分重视 5G 技术，在此方面加强研究与探索，推进此项先进技术的应用与推广，进而实现对社会整体稳定性的全面提升。
        参考文献：
        【1】罗斌.5G移动通信技术发展探究及其对基站配套影响[J].建筑学研究前沿，2018（3）【2】曾志文.5G移动通信基站建设关键技术研究[J].科学技术创新，2018（15）
        【3】周建辉.5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨[J].低碳世界，2018（20）