5G網(wǎng)絡(luò)商用之前還面臨著三個(gè)主要挑戰(zhàn)

目前，5G牌照雖已發(fā)放，但5G網(wǎng)絡(luò)的商用準(zhǔn)備工作卻并非全盤(pán)就緒，仍然有一系列挑戰(zhàn)亟待解決。筆者認(rèn)為，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)商用面臨三個(gè)主要挑戰(zhàn)，即5G基站功耗、5G室內(nèi)覆蓋以及5G核心網(wǎng)服務(wù)化架構(gòu)的可靠性。

基站功耗主要由射頻功耗和計(jì)算功耗組成，5G基站的這兩部分功耗均遠(yuǎn)高于4G基站，導(dǎo)致5G基站整體功耗遠(yuǎn)高于4G基站。在射頻功耗方面，3GPP定義的Sub 6GHz單載波帶寬最高可達(dá)100MHz，為保證一定的功率譜密度，Sub 6GHz 5G基站發(fā)射功率一般為200W，而LTE FDD基站發(fā)射功率一般為2′20W或2′40W，考慮到兩者功放效率相當(dāng)，所以5G基站的射頻功耗遠(yuǎn)高于4G 基站。

在計(jì)算功耗方面，Massive MIMO是5G的核心技術(shù)，Sub 6GHz主流基站一般采用64通道，遠(yuǎn)高于LTE FDD基站的2通道或者4通道，通道數(shù)和載波帶寬的劇增使得5G基站的數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算量遠(yuǎn)高于4G基站，導(dǎo)致5G基站的計(jì)算功耗顯著增加。經(jīng)中國(guó)電信對(duì)當(dāng)前業(yè)界主流設(shè)備的實(shí)測(cè)，5G單站滿(mǎn)載功耗約3.5KW，半載功耗約2.8KW，分別為4G的3.2倍、3.6倍，而根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，基站電費(fèi)約占移動(dòng)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本的15~20%，因此5G基站的大規(guī)模部署將為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本控制帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和芯片集成度決定了基站的原始功耗，而移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的智慧運(yùn)營(yíng)可以降低基站的實(shí)際運(yùn)行功耗。中國(guó)電信通過(guò)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)5G AAU的基礎(chǔ)功耗（即空載情況下的設(shè)備功耗）達(dá)到了650W，占滿(mǎn)載功耗的64%，這表明無(wú)論是產(chǎn)品研發(fā)還是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)都有較大的節(jié)能空間。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方面，中國(guó)電信提出了基于AI與應(yīng)用感知的4G與5G多頻段融合節(jié)能方案。

該方案是在保證用戶(hù)體驗(yàn)的前提下，綜合考慮各頻段4G和5G網(wǎng)絡(luò)的資源使用情況和能耗水平，通過(guò)AI算法對(duì)各種應(yīng)用進(jìn)行合理的調(diào)度，使之承載于合適的網(wǎng)絡(luò)，在全網(wǎng)范圍降低高能耗基站的負(fù)載，然后由基站根據(jù)負(fù)載情況執(zhí)行符號(hào)關(guān)斷、通道關(guān)斷或者小區(qū)關(guān)斷等各個(gè)級(jí)別的節(jié)能措施，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)總體能耗的有效降低。該方案的提出是基于中國(guó)電信對(duì)移動(dòng)網(wǎng)未來(lái)演進(jìn)的判斷，即4G與5G是長(zhǎng)期共存的關(guān)系，5G不會(huì)替代4G，同時(shí)5G也可能以低通道數(shù)、低發(fā)射功率的基站形態(tài)部署于低頻段，因此運(yùn)營(yíng)商可以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)考慮4G與5G的多頻段融合組網(wǎng)與節(jié)能。

該方案依托的技術(shù)基礎(chǔ)是中國(guó)電信在3GPP牽頭推進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目“Study on Application Awareness Interworking between LTE and NR”，即基于應(yīng)用感知的4G與5G互操作?；贏I與應(yīng)用感知的4G與5G多頻段融合節(jié)能方案可以充分發(fā)揮4G和5G多頻網(wǎng)絡(luò)的各自?xún)?yōu)勢(shì)，從更高的層面對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載進(jìn)行調(diào)控，在保證用戶(hù)體驗(yàn)的前提下，將全網(wǎng)基站功耗控制在合理水平，實(shí)現(xiàn)4G與5G融合網(wǎng)絡(luò)的智慧運(yùn)營(yíng)。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，3.5GHz頻段與1.8GHz頻段相比，室外傳播損耗高約9dB，建筑物穿透損耗高約5dB，因此室外穿透室內(nèi)的綜合損耗高約14dB。基于以上數(shù)據(jù)對(duì)密集市區(qū)室外宏站覆蓋室內(nèi)方案進(jìn)行測(cè)算（穿透損耗25dB），邊緣上行速率分別滿(mǎn)足1Mbit/s、2Mbit/s、10Mbit/s標(biāo)準(zhǔn)的3.5GHz NR規(guī)劃站間距均為1.8GHz LTE同等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃站間距的1/2，雖然密集市區(qū)實(shí)際站間距比1Mbit/s標(biāo)準(zhǔn)的1.8GHz LTE規(guī)劃站間距小一些，但是也達(dá)不到1Mbit/s標(biāo)準(zhǔn)的3.5GHz NR（New Radio，即5G新空口）規(guī)劃站間距要求。

同時(shí)共站測(cè)試結(jié)果表明，1.8GHz LTE宏站在其天線(xiàn)主瓣方向的室內(nèi)深度覆蓋優(yōu)于3.5GHz NR宏站，而3.5GHz NR宏站的室內(nèi)淺層覆蓋優(yōu)于1.8GHz LTE宏站，而且在各樓層表現(xiàn)得更為平均。綜合來(lái)看，NR室內(nèi)淺層覆蓋可以通過(guò)1.8GHz LTE宏站共站部署3.5GHz NR宏站來(lái)解決，而NR室內(nèi)深度覆蓋難以通過(guò)3.5GHz NR宏站來(lái)解決，因?yàn)楝F(xiàn)網(wǎng)站間距不滿(mǎn)足要求，而加密室外站址的難度又極大。為解決NR室內(nèi)深度覆蓋，中國(guó)電信將目光回歸室內(nèi)方案。

因?yàn)楝F(xiàn)網(wǎng)無(wú)源室分不能支持3.5GHz頻段，同時(shí)因?yàn)闊o(wú)源室分支持多通道的性?xún)r(jià)比較低，所以3.5GHz NR室內(nèi)覆蓋一般通過(guò)新建有源室分來(lái)解決，而從4G商用情況來(lái)看，業(yè)界主流產(chǎn)品為分布式有源室分，其容量較高但是成本也較高，造價(jià)約為單流無(wú)源室分的1.3倍（賓館、酒店等場(chǎng)景），不適合中低流量場(chǎng)景。為此，中國(guó)電信提出了面向中低流量場(chǎng)景的5G室內(nèi)覆蓋綜合解決方案，在保證用戶(hù)體驗(yàn)的前提下盡可能地降低室內(nèi)覆蓋的建設(shè)成本。面向中低流量場(chǎng)景的5G室內(nèi)覆蓋綜合解決方案是一個(gè)系列方案，主要包括5G有源+無(wú)源方案和基于開(kāi)放參考設(shè)計(jì)的5G有源室分方案。

5G有源+無(wú)源方案是指將5G有源室分的射頻遠(yuǎn)端單元外接多個(gè)無(wú)源天線(xiàn)，擴(kuò)展單個(gè)射頻遠(yuǎn)端單元的覆蓋范圍，降低射頻遠(yuǎn)端單元的密度，從而降低室分系統(tǒng)的整體造價(jià)。經(jīng)初步測(cè)試和保守推算，在賓館、酒店場(chǎng)景，5G有源+無(wú)源方案與純有源方案相比可節(jié)省綜合造價(jià)20%以上。

基于開(kāi)放參考設(shè)計(jì)的5G有源室分由中國(guó)電信與友商以及合作伙伴在O-RAN框架下開(kāi)展合作研發(fā)。在今年的MWC19上海展O-RAN開(kāi)放產(chǎn)業(yè)論壇上，國(guó)內(nèi)3家運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合發(fā)布了5G小基站開(kāi)放參考設(shè)計(jì)白皮書(shū)，中國(guó)電信發(fā)布了業(yè)界首個(gè)3.5GHz 5G有源室分射頻參考設(shè)計(jì)?！肮妗眳⒖荚O(shè)計(jì)的研制有助于設(shè)備廠家收斂芯片和器件選型以形成規(guī)模效應(yīng)，降低器件成本，同時(shí)避免了設(shè)備廠商的大量重復(fù)研發(fā)，降低了總體研發(fā)投入，而且還能夠通過(guò)功能組件的解耦吸引更多的中小企業(yè)參與5G研發(fā)，繁榮5G生態(tài)圈。

借鑒互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)云計(jì)算、虛擬化、云原生和微服務(wù)等技術(shù)理念，5GC采用基于NFV的SBA服務(wù)化架構(gòu)，相對(duì)于采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)封閉協(xié)議的EPC，其優(yōu)勢(shì)包括易修改性、可擴(kuò)展性、可重用性和開(kāi)放性等，然而作為分布式軟件的5GC，其缺點(diǎn)是架構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)要求復(fù)雜，而且分布式環(huán)境中的硬件故障、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和時(shí)鐘同步等狀況復(fù)雜，無(wú)法完全通過(guò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬和測(cè)試。雖然目前還沒(méi)有具體的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠證明，但可以預(yù)見(jiàn)，最終交付運(yùn)營(yíng)商的5GC系統(tǒng)會(huì)有更多的軟件問(wèn)題需要在上線(xiàn)后才能得以發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，這與經(jīng)過(guò)嚴(yán)格出廠測(cè)試與運(yùn)營(yíng)商組網(wǎng)測(cè)試的EPC有很大區(qū)別。因此為保證5G業(yè)務(wù)可用性不低于甚至高于4G，運(yùn)營(yíng)商面臨較大挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)具備以下DevOps能力。首先，是故障發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)，要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并迅速恢復(fù)故障節(jié)點(diǎn)，保證業(yè)務(wù)持續(xù)可用；其次，是根因查找和解決，即在事后進(jìn)行分布式環(huán)境下的根因分析，查找問(wèn)題所在，并制定解決方案；最后，是軟件修改和更新，即修改問(wèn)題軟件并進(jìn)行重新集成、交付和部署，消除軟件問(wèn)題的后續(xù)影響。

目前運(yùn)營(yíng)商在服務(wù)化架構(gòu)運(yùn)維方面的經(jīng)驗(yàn)還比較缺乏，因此建議采用“分步走”的策略：近期，主要采用分供應(yīng)商的縱向隔離方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，5GC維護(hù)也主要在供應(yīng)商指導(dǎo)下利用專(zhuān)用工具進(jìn)行；中遠(yuǎn)期，為提高資源利用率和運(yùn)維效率，在積累經(jīng)驗(yàn)后逐步推進(jìn)三層解耦的水平分層方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，5GC維護(hù)主要依靠運(yùn)營(yíng)商自身的運(yùn)營(yíng)體系，以及跨供應(yīng)商的通用工具進(jìn)行。

當(dāng)前中國(guó)電信正在進(jìn)行這方面的試驗(yàn)和驗(yàn)證，通過(guò)自主研發(fā)eMANO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)ETSI定義的NFVO功能，與VIM和VNFM協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)網(wǎng)5GC的編排和自動(dòng)化部署。未來(lái)還會(huì)進(jìn)一步引入第三方工具支持CI/CD，不斷優(yōu)化軟件更新流程。除了完善運(yùn)維工具外，更重要的是中國(guó)電信還會(huì)借鑒DevOps理念優(yōu)化運(yùn)維體系，培養(yǎng)服務(wù)化架構(gòu)軟件維護(hù)人才，構(gòu)建NFV生產(chǎn)維護(hù)流水線(xiàn)，以應(yīng)對(duì)5GC服務(wù)化架構(gòu)的各種挑戰(zhàn)。

5G承擔(dān)了國(guó)家賦予的網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、產(chǎn)業(yè)升級(jí)等重任，提前發(fā)放5G牌照代表了國(guó)家加速5G商用步伐的決心。雖然5G網(wǎng)絡(luò)商用仍然面臨三大挑戰(zhàn)，但是通過(guò)各方共同努力、充分協(xié)作，相信這些挑戰(zhàn)終將會(huì)在商用過(guò)程中逐步得到解決，同時(shí)也要正視引領(lǐng)新一代通信技術(shù)發(fā)展所必須付出的代價(jià)，希望中國(guó)電信在5G領(lǐng)域的開(kāi)拓工作能夠有效地幫助網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)。