5G网络规划面临的挑战

一、3GPP愿景

2015年6月ITU定义的5G未来移动应用包括以下三大领域：

1、增强型移动宽带 (eMBB)：人的通信是移动通信需要优先满足的基础需求。未来eMBB将通过更高的带宽和更短的时延继续提升人类的视觉体验；

2、大规模机器类通信(mMTC)：针对万物互联的垂直行业，（IOT）物联网产业发展迅速，未来将出现大量的移动通信传感器网络，对接入数量和能效有很高要求；

3、高可靠低时延通信(uRLLC)：针对特殊垂直行业，例如工业自动化、远程医疗、智能电网等需要高可靠性 + 低时延的业务需求。

我们可以看到，不同的应用场景对网络提出了不同的要求。

二、5G无线网络规划的挑战

5G网络在频谱、空口和网络架构上制订了跨代的全新标准，以满足未来的应用场景。而这些新标准、新技术，给5G无线网络规划领域带来了很多挑战。下面我们主要学习新频谱、新空口、新业务、新场景、新架构对5G无线网络规划带来的挑战。

1、新频谱对网络规划带来的挑战：

为满足海量连接、超高速率需求，5G网络可用频谱除了Sub6G，还包括业界高度关注的28/39G等高频段。与低频无线传播特性相比，高频对无线传播路径上的建筑物材质、植被、雨衰/氧衰等更敏感，比如经研究：

LOS和NLOS场景下，高频相比低频，链路损耗将分别增加16~24dB和10~18dB；同一频段，NLOS场景相比LOS场景，链路损耗将增加15~30dB； High Loss和Low Loss场景下，高频相比低频，穿透损耗将分别增加10~18dB和5~10dB；

另外，5G高频网络较小的覆盖范围对站址和工参规划的精度提出了更高的要求，采用高精度的3D场景建模和高精度的射线追踪模型是提高规划准确性的技术方向，但这些技术也会带来规划仿真效率、工程成本等方面的挑战。

在3GPP协议中，5G的总体频谱资源可以分为以下两个FR（Frequency Range）:

FR1：Sub6GHz频段，称为低频频段。是5G的主要频段；其中，3GHz以下的频率称为Sub3G，其余频段称为C-band。

FR2：毫米波，称之为高频频段。为5G的扩展频段，频谱资源丰富。

2、新空口对网络规划的挑战：

Massive MIMO是5G最重要的关键技术之一，对无线网络规划方法的影响也很大，将改变移动网络基于扇区级宽波束的传统网络规划方法。

Massive MIMO不再是扇区级的固定宽波束，而是采用用户级的动态窄波束以提升覆盖能力；同时为了提升频谱效率，波束相关性较低的多个用户可以同时使用相同的频率资源(即MU-MIMO虚拟MIMO)，从而提升网络容量。可见，传统的网络规划方法已无法满足Massive MIMO下的网络覆盖、速率和容量规划。

3、新业务对网络规划的挑战：

围绕业务体验进行网络建设已成为行业共识，根据业务类型的体验需求特征，不同的5G业务要求不同；3GPP指定了5G业务的三大应用场景：

uRLLC：对时延（1ms）和可靠性（99.999%）的要求很高

mMTC：对连接数量和耗电/待机的要求较高

eMBB：要求移动网络为AR/VR等新业务提供良好的用户体验

4、新场景对网络规划的挑战：

因为大量新业务的引入，5G应用场景将远远超出了传统移动通信网络的范围，包括

移动热点：eMBB业务速率向100Mbps发展，人群的聚集和移动会带来大量的移动热点场景，需要有超密组网场景的网络规划方案；
物联网络：面向各种垂直行业的物联新业务，如智能抄表、智能停车、工业4.0等，其应用场景大大超出了人的活动范围；
低空/高空覆盖：很多国家明确提出了通过移动通信网络为低空无人机提供覆盖和监管的需求；高空飞机航线覆盖，5G为飞机航线提供高速数据业务。

5、新架构对网络规划的挑战：

随着用户体验重要程度的持续提升，网络规划已从“以网络为中心的覆盖容量规划”走向“以用户为中心的体验规划”，网络架构也相应地走向云化。一方面，通过网络切片快速提供新业务编排和部署；另一方面，进行实时的资源配置和调度。这些也给网络规划领域提出了很多新的挑战。

基于网络切片的网络规划方法，单个切片和多个切片叠加的网络规划方法；
以用户为中心的动态网络拓扑的组网设计与规划仿真；
以用户为中心的信道资源云化建模、超密集网络的动态拓扑和协同特性规划。

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