基于雙微波解決700M頻段5G建設難題及應用

［鄧秀柏 何華勇 劉仿生 黃承雨］

1 前言

700M頻段作為5G的打底網絡，憑借其低頻的技術特點，在廣泛覆蓋場景中具有顯著優勢。此外，它還能承載未來終極語音解決方案——VoNR。因此，全面發展700M頻段5G是推動5G高質量發展、融入百業、逐步淘汰2G和4G以及降低運營成本的關鍵步驟。然而，盡管已歷經多年攻堅建設，部分站點仍因當地物業糾紛或實際條件不允許（如海島站點）而無法完成光纜建設。由于700M頻段5G建設需要較大的傳輸帶寬和SPN切片功能，基站原有的微波既要承載PTN網絡，又要滿足4G各頻段覆蓋，剩余的帶寬不足以滿足700M頻段5G的需求。在無法微波改光纖的情況下，一批類似站點陷入建設瓶頸，導致700M頻段5G連續覆蓋難以實現。

本文主要探討在嚴重糾紛且無法微波改光纖的原有微波站址上，如何實現700M頻段5G建設。

2 雙微波通信技術介紹

（1）微波通信的基本原理

微波通過空氣傳播，目前基站微波通信主要采用頻率在300 MHz到300 GHz之間的電磁波，相比于4/5G的無線通信，微波通信具有頻率高、較好穿透性的特點，能夠較好地克服雨霧的影響，具有較高的數據傳輸速率，從而實現穩定地遠距離通信。

（2）微波通信的頻段與速率

湛江基站微波普遍采用KU波段的13 GHz或15 GHz頻率，正常傳輸距離3～4 km，在天氣條件理想情況下可以達到6 km，現網使用的產品峰值帶寬只有350 Mbit/s，在同相時容易產生同頻干擾。

（3）現網微波通信現狀

基站微波實際使用里，受限于投資和環境，往往只用一套微波經過一個中繼站接入現網PTN網絡。在歷經2G到5G的迭代，基站整體速率需求從幾十M飆升到幾百M甚至1 000 M，原有的350 Mbit/s帶寬的微波面對2/4G無線需求已捉襟見肘，如今再增加開通5G的700M系統，則更容易出現數據擁塞掉包，導致整站的速率不達標，嚴重影響用戶感知。

在現有建設條件下無法進行光纜改建的站點（多為農村或海島），又是700M頻段5G連續覆蓋的重要站點，為了完善5G的700M頻段連續覆蓋，就必須要完成其700M頻段設備改造，問題就在如何去滿足700M頻段5G的傳輸帶寬。該問題有2個方案可以解決：一是退下多余的無線系統，騰出傳輸帶寬給700M頻段5G；二是想辦法新增基站整體的傳輸帶寬。

在通過理論驗證各個無線系統的帶寬需求后，再新增一套微波來完成700M頻段5G的傳輸，成為了一種可能。剛好在經過大量的微波改光纜建設攻堅后，閑置了部分微波，可以利用此契機來完成困難的微波站址的700M頻段5G建設覆蓋。

（4）雙微波技術

在原有微波基站上，再增加一套微波，形成雙微波來供給基站的傳輸，從而同時滿足4G和700M頻段5G的覆蓋要求?？紤]到同頻干擾和同向干擾（理論），需要尋找與之前微波不同的對端站點，采用不同的首發頻段配置，做好頻率隔離，才能滿足需求。例如，可以使用S+C頻段配置，其中S頻段用于回傳，C頻段用于前傳[1]。

3 基站配置介紹

（1）移動各系統的傳輸帶寬配置需求

在農村基站里，主要存在FDD制式同頻2/4G，以及TDD制式的4G，以移動分配的頻率為例，主要有：

①900 MHz（Band8）FDD，上行：889～904 MHz，下行：934～949 MHz，帶寬共計15 MHz；

② 1 800 MHz (Band3) FDD，上行：1 710～1 735，下行：1 805～1 830 MHz，帶寬共計25 MHz；

③1 900MHz(Band39) TDD，上行1 885～1 915 MHz，下行1 880～1 885MHz

④ 2 600MHz (Band41) 2 515～2 675 MHz，帶寬共計160 MHz，但前期用于TD-LTE的帶寬是2 575～2 635 MHz，共計60 MHz。

除以上2/4G頻段，本次所探索的5G的700 M頻段，采用的頻率是703～743/758～798MHz（n28），實際建設使用帶寬為30 M。

在實際工程建設中，往往采用4448天線來合路以上band8、band3、band39、n28頻段，即除了band41、n28是8通道外，其他的均是4通道。

（2）700M峰值速率

根據現階段建設情況，700M頻段5G采用與部分4G合路，天線為8通道，使用帶寬為30M，700M頻段采用的5G技術里，子載波帶寬為15 kHz，因此PRB為160個，根據3GPP協議TB Size大小計算方式，峰值速率測算為：

各參數設置如下：

①v(j)是層數，根據38.802相關要求，700 MHz下行最大2流，v(j)=2；

③Rmax的值取決于3GPP 38.212和3GPP 38.214中的編碼類型，對于LDPC碼，最大編碼為Rmax=948/1024=0.925 781 25；

④f(j)是一個縮放因子 (參考3GPP 38.306)，f(j)=1；

⑤OH(j)是控制信道開銷，根據3GPP 38.306要求，按14%計算，OH(j)=14%；

⑦700M子載波帶寬15 kHz計算，在30 MHz帶寬里，以96%帶寬利用率，其PRB約為30*（10^3）*96%/（12*15）=160個，因此N（PRB）=160，每個RB塊包含14個RE塊，因此整體的

由于700M使用FDD制式，不存在時隙配比，將以上參數代入公示，算出峰值速率為：

Data rate(in Mbit/s)=10（^-6）*2*8*1*0.92578125*(160*14*12)*(1-14%)/0.001=342 Mbit/s

由此可知，原有基站微波350 Mbit/s在供給700M頻段5G使用后，無法滿足原站2/4G需求，而采用新增一套微波來給700M頻段5G使用，則剛好滿足，且不對2/4G造成影響。

（3）雙微波的實際配置

在實際探索中，針對農村難點N1，采用了雙微波方式，原有基站微波為從N1的東向打往N2，新增一套微波從N1的南向打往N3（如圖1所示），所使用的頻率分別為：①N1 ?N2：發射頻率14.5 GHz、接收頻率14.9 GHz；②N1 ?N3：發射頻率14.8 GHz、接收頻率15.2 GHz。兩者間基本實現有90度的隔離，接收頻率有0.3 GHz隔離，實現正常通信[2]。

圖1 基站雙微波配置圖

在原微波固定不動的情況下，仍由第一微波承載2G、4G，確保原有配置和現網業務不受影響，第二微波承載700M頻段5G，350 Mbit/s的帶寬足夠滿足700M頻段5G的使用需求。同時，由于兩個微波的不同方向布置，也有效地形成了物理雙路由，可布置自動靈活的容災保護機制（基站安裝雙微波前后如下圖2、圖3所示）。

圖2 基站雙微波安裝前（單微波）

圖3 基站雙微波安裝后

雙微波在PTN配置雙路由為冷備份，業務數據流程為定向，但當其中一微波路由局向故障時該局能自動倒換到另一路由，占用容災業務帶寬，在單個頻段峰值過高時，可適當進行帶寬調整。最關鍵的是，較大地提升了臺風期間的保障效率。

4 效果呈現

（1）顯著的效率和容量提升

①在經過多個類似的雙微波站點布置后，我們截取了部分站點對比，在微波建設700M頻段5G條件下，雙微波形式比單微波形式的700M頻段5G，下行使用體驗速率有32%的提升，上行業務由于整體需求不大，兩者速率均能輕松滿足。而未進行雙微波建設模式的700M站點里，同站2/4G對比（如表1所示）。

表1 單雙微波的流量和速率對比情況

（2）大幅下降的成本投入

對比本地區21、22年常規微改光改造，以平均1.5公里長的桿路建設計算，建設成本為2.56萬元，考慮到現階段的特殊場景站點，協調費要近1萬，完成建設總成本要達月3.5萬元。而利舊現網微波進行雙微波建設，包含拆舊站微波到目的站安裝，這部分工作沒有協調成本，總費用約2.13萬。對比之下，成本下降約39%。

從建設層面來看，使用雙微波不但投入低，建設周期也非?？?，往往只需3天左右就可以完成，沒有協調成本；使用光纜投入高，協調困難，建設周期也要近半個月。

（3）穩固的雙路由保障

在2023年7月的“泰利”臺風中，雙微波站點，尤其是海島站點，比單微波站點在擴災安全方面有明顯的雙路由優勢；在極端天氣條件下，雙微波技術的容災保護機制將顯著提升網絡在自然災害等應急狀況下的通信能力，為災后救援和信息傳遞提供有力支持。

5 社會影響和未來應用

前面說到，雙微波建設700M不僅是面對困難站點的一種無奈之舉，更多地可以挖掘其使用場景和經濟效益，在嚴重糾紛的農村站點、海島站點，通過雙微波解決700M網絡建設難題，提高農村和偏遠地區的數字通信服務水平，積極縮小數字鴻溝，使更多人能夠享受到先進通信技術的紅利，實現一種特殊場景下的數字通信包容和公平性。

隨著物聯網和智能城市發展，尤其是海邊城市海洋牧場經濟的發展，受海洋場景下布放光纜的限制，微波開通5G實現超大規模物聯網(Massive Machine Type Communications -mMTC)的場景越來越頻繁出現，而面對重要場所以及加強海域覆蓋，同時滿足4G海域覆蓋和5G增強移動寬帶(Enhanced Mobile Broadband-eMBB)業務需求，就要考慮雙微波在5G上的應用了，除外，它還提供了更可靠的通信基礎設施。

在未來，微波并不會像我們本次運用的利舊微波，僅有350 Mbit/s，未來微波的帶寬和時延將進一步發展，到時候，基于微波的5G通信，將會在切片、IPTV等場景上進一步探索發展，借助高速率微波，將徹底解決困難站點、海島站點等特殊場景的傳輸通信，也將在海洋牧場經濟發展中推動5G垂直行業的加快應用。