《4G网络向5G演进方案》

原题“4G网络向5G演进方案探讨”

本文作者

刘毅：中国移动通信集团山东有限公司。

郭宝：中国移动通信集团山西有限公司。

张阳：中国移动通信集团公司。

本文主要讲了什么内容？

为了实现5G发展的愿景，满足未来业务发展的需要，针对5G混合网络的特点，提出了综合考虑5G技术应用的方案---“4G网络5G化”，首先分析了该方案的可行性，随后从“集中化”、“先行性”、“AAU+BBU”三方面对该方案进行了探讨，从而更好地适应未来5G网络，实现4G到5G的平滑升级，降低网络升级的成本和改造难度。

一

引言

5G将在2020年左右商用，它主要定义了eMBB（增强型移动宽带）、mMTC（海量物联网通信）以及uRLLC（超高可靠与低延迟通信技术）三大应用场景。其中eMBB场景是对过去移动通信数据业务的进一步增强，意在提供更高的系统速率；mMTC提供低速率、大连接业务以满足万物互联要求；uRLLC主要面向控制等领域，提供高可靠与低时延业务能力。

4G在全球市场已经广为普及，在深刻改变人们生活的同时，也在不断创造新的需求，推动着4G技术的演进和发展。同时，5G协议标准也在加速制定中，2017年3月，3GPP正式通过5G加速提案。但就目前网络发展的状况来看，距离5G真正形成实际网络能力还有一段时间，因此应积极推进面向5G的4G网络演进，通过面向5G的架构、新技术、站点演进和业务使能，将5G的新技术提前导入4G网络，实现“4G网络5G化”，使新业务在现有LTE网络上应用，在5G到来之前不断提升4G网络能力和用户体验，并为向5G演进做好准备。

二

“4G网络5G化”可行性分析

图4  Cloud AIR三大特性

三

“4G网络5G化”应用方案探索

图7  基于CRAN的站间载波聚合性能增益

在站内CoMP特性基础上开启站间CoMP特性，包含上行CoMP以及下行CoMP。根据图8所示测试结果，开启后用户感知均有提升。

图8  站内CoMP特性基础上开启站间CoMP特性增益

3.2 “先行性”技术方案探索

3D-MIMO是4G+和5G的关键技术之一，通过使用类似雷达的大规模二维天线阵列，不仅天线端口数较多，而且可以在水平和垂直维度灵活调整波束方向，形成更窄、更精确的指向性波束，从而极大地提升终端接收信号能量，增强小区覆盖。同时，3D-MIMO可充分利用垂直和水平维度的天线自由度，同时同频服务更多的用户，极大地提升系统容量，还可通过多个小区垂直维波束方向的协调，起到降低小区间干扰的目的。

如图9所示，无论是在提升接收和发送的效率、多用户MIMO的配对用户数，还是在降低小区间的干扰方面，相对于传统天线，3D-MIMO都有更好的性能，是5G提升频谱效率的最核心技术。

图9  3D-MIMO特性示意图

对于深度覆盖不足或者容量需求较大的场景，如果无法建设室分系统，则3D-MIMO是最佳选择，图10为不同场景下3D-MIMO的应用。

图10  3D-MIMO应用场景

（1）密集城区场景应用效果

选取临沂邮电技校铁塔站点，站高约40 m，与8T小区共站址。3D-MIMO扇区主要覆盖学院的学生宿舍楼、餐厅，忙时D1用户100+，D2用户120，属于典型的校园用户密集的大话务场景。应用方案如图11所示：使用3D-MIMO的D1频点1个载波替换原8T8R站点D1&D2频点2个载波。

图11  密集城区场景及3D-MIMO应用方案示意图

3D-MIMO应用后，3D-MIMO小区和同方向D1+D2小区晚忙时平均用户数增加约2倍，上行平均PRB利用率和下行平均PRB利用率分别降低了22.44个百分点和9.27个百分点。对比3D-MIMO小区和同方向D1+D2小区，晚忙时流量增加约134%，小区下行频谱效率提升58.47%，小区上行频谱效率提升125.49%，CQI大于等于7的比例提升4.85%。

（2）高楼场景应用效果

3D-MIMO站点和8T8R F/D站点为铁塔站点，站高约40 m，与8T小区共站址，天线覆盖临沂交警支队家属楼，站点距离测试楼水平距离为120 m左右，主打方向为16层高的楼宇，如图12所示，属于典型的深度覆盖+立体覆盖场景。

图12  高楼场景及3D-MIMO应用方案效果图

四

结束语

4G是现在，5G是未来。“4G网络5G化”是当前4G网络的自然演进和面向5G的必要过渡，也是4G向5G的最优低成本演进方式。通过将面向5G的新技术提前导入4G网络，实现4G网络的5G化，可以不断提升网络能力和用户体验，试水新业务为5G孵化新商业模式，并改造现网为云化网络架构，以最大化4G网络的投资回报，同时为未来提前构筑竞争力。

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