华为5G无线网络规划解决方案白皮书1 5G无线网络规划面临的挑战 .011.1 3GPP愿景和5G Use Cases .011.2 5G无线网络规划面临的挑战 .021.2.1 新频谱对网络规划的挑战.021.2.2 新空口对网络规划的挑战.031.2.3 新业务对网络规划的挑战.041.2.4 新场景对网络规划的挑战.041.2.5 新架构对网络规划的挑战.052 华为5G无线网络规划解决方案 .062.1 5G无线网络规划解决方案 .062.2 关键能力 .072.2.1 高精度5G传播模型 .072.2.2 产品特性的高保真建模 .082.2.3 精细化覆盖预测 .092.2.4 精准RF参数规划ACP (Automatic Cell Planning) .112.2.5 精准站址规划ASP (Accurate Site Planning) .122.2.6 新业务体验网络规划研究.133 华为5G无线网络规划解决方案应用案例 .143.1 低频组网和网络规划案例 .143.2 高频组网和网络规划案例 .154 结语 .185 术语表 .1901 | 华为5G无线网络规划解决方案白皮书015G无线网络规划面临的挑战1.1 3GPP愿景和5G Use Cases移动通信深刻地改变了人们的生活，面向2020年，为了应对未来爆炸式的流量增长、海量的设备连接和不断涌现的新业务新场景，第五代移动通信系统应运而生。2015年6月ITU定义的5G未来移动应用包括以下三大领域：null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；null大规模机器类通信(mMTC)：针对万物互联的垂直行业，IoT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；null高可靠低时延通信(uRLLC)：针对特殊垂直行业，例如自动驾驶、远程医疗、智能电网等需要高可靠性+低时延的业务需求。与此同时，3GPP TSG SA（Technical Specification Group，Service and System Aspects）也研究了未来5G的潜在服务、市场、应用场景和可能的使能技术。在ITU图1-1 5G的三大应用领域定义的三大应用场景基础上，进一步归纳了5G主要应用范围，包括：增强型移动宽带、工业控制与通信、大规模物联网、增强型车联网等。华为5G无线网络规划解决方案白皮书 | 021.2 5G无线网络规划面临的挑战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。1.2.1 新频谱对网络规划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：null LOS和NLOS场景下，高频相比低频，链路损耗将分别增加1624dB和1018dB；null同一频段，NLOS场景相比LOS场景，链路损耗将增加1530dB；null High Loss和Low Loss场景下，高频相比低频，穿透损耗将分别增加1018dB和510dB；图1-2 5G的全频谱接入WRC15 WRC19 10 50 40 30 20 60 80 70 90 1 5 4 2 6 3 5G Complementary Bands for Capacity, 45GHz available 5G Primary bands GHz Visible Light Cellular Bands Requirement >500MHz for IMT-2020 45GHz available for future Cellular Access and Self-Backhaul 另外，不同频段存在不同的使用规则和约束，包括licensed、unlicensed、授权准入等，这使得频谱规划也变得更加复杂。综上所述，新频谱带来的挑战和新研究课题包括：null高频段的基础传播特性研究，构建高频的传播特性基础数据库和覆盖能力基线；null传播模型如何对千差万别的材质建模？如何对基于高精度电子地图的场景分类？null可应用在高、低频段的高准确性和高效率的射线追踪模型；null如何支持各种类型可用频谱资源的智能频谱规划？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。03 | 华为5G无线网络规划解决方案白皮书1.2.2 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)，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，需要开展很多有挑战性的课题研究，包括：null MM天线的3D精准建模：SSB、CSI、PDSCH等信道的波束建模null网络覆盖和速率仿真建模：综合考虑电平、小区间干扰、移动速度、SU-MIMO等因素null网络容量和用户体验建模：用户间相关性及其对MU配图1-3 Massive MIMO的波束示意图对概率、链路性能的影响、多用户下的体验速率建模null场景化的MM Pattern规划与优化：通过最优Pattern提升网络性能华为5G无线网络规划解决方案白皮书 | 041.2.3 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，xMbps、Video Coverage等体验建网方法在3G/4G网络中得到广泛应用。体验建网以达成用户体验需求作为网络建设的目标，规划方法涉及的关键能力包括：业务识别、体验评估、GAP分析、规划仿真等。根据业务类型的体验需求特征，不同的5G业务要求不同；null uRLLC：对时延（1ms）和可靠性（99.999%）的要求很高null mMTC：对连接数量和耗电/待机的要求较高null eMBB：要求移动网络为AR/VR等新业务提供良好的用户体验针对5G新业务在待机、时延、可靠性等方面的体验需求，当前在评估方法、仿真预测、以及规划方案等领域均处于空白或刚起步的阶段，面临非常大的挑战。1.2.4 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：null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null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null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对于这些应用场景，无论是相关的传播特性、还是组网规划方案，目前基本是空白，需要开展相关的课题研究。图1-4 5G的业务多样化带来的技术要求差异uRLLC mMTC 峰值速率 用户体验速率频谱效率可靠性 时 延 联接密度单位面积数据容量 网络能源效率eMBB不同业务场景对5G网络能力要求差异大10Gbit/秒增强型移动宽带(eMBB)大规模机器通信(mMTC)1百万/平方公里 高可靠低时延通信(uRLLC)1毫秒05 | 华为5G无线网络规划解决方案白皮书1.2.5 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。图1-5 以用户为中心的动态组网设计与规划null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null以用户为中心的动态网络拓扑的组网设计与规划仿真null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华为5G无线网络规划解决方案白皮书 | 062.1 5G无线网络规划解决方案为支撑高效率、低成本的5G无线网络建设，华为展开了对5G网络新技术、新业务和新场景的研究，并构建了对应的5G无线网络规划解决方案和关键技术能力。5G无线网络规划4 大解决方案 5G无线网络规划 平台U -Net 分布式运算（高性能、大规格） WEB GIS交互式操作（可见即可得） 多用户共享（多用户协作） 2D/3D覆盖预测能力 5G基础仿真模型 5G产品特性规划 精准RF 参数规划ACP 精准站址规划ASP 2D/3D仿真 2D地面仿真 2D建筑物屋顶仿真 3D多楼层仿真 室内外仿真 纯室外仿真 室外覆盖室内仿真 植被和建筑物穿透损耗 上下行仿真 上行：SRS ，PUSCH信道 下行：SS Block, CSI -RS, PDSCH信道 覆盖性能仿真 RSRP仿真 SINR仿真 峰值速率仿真 华为自研射线追踪传播模型 Sub6G&mmWave 3D射线追踪算法 建筑/ 植被遮挡建模 灵活的 5G NR模块 自定义频段 自定义帧配比 集成产品性能 Massive MIMO 8T/32T/64T静态和动态波束 赋形 上下行解耦 小区级解耦门限规划 上下行解耦增益评估 覆盖区域场景自动识别 波束波宽设计 MM RF和BF 参数规划 价值区域识别 扇区级/ 站点级选站 扇区级/ 站点级加站 eMBB速率体验规划 智慧城市大连接网络规划 低时延高可靠性网络规划 （智能制造、车联网) 5G目标网规划解决方案 图2-1 华为5G无线网络规划解决方案02华为5G无线网络规划解决方案07 | 华为5G无线网络规划解决方案白皮书2.2 关键能力2.2.1 高精度5G传播模型1) 射线追踪传播模型5G相比传统3G/4G而言，网络将更加复杂和立体。同时随着Massive MIMO天线、复杂天线赋形技术的出现，多径建模的重要性凸显，缺乏多径小尺度信息，将很难保证网络规划准确性。因此，基于高精度电子地图和具备多径建模的射线追踪传播模型在5G无线网络规划中具有不可替代的作用和地位。华为自主研发的基于波束的射线追踪模型对于射线的建模包括以下几类：1. 直视：发射机与接收机在第一菲尼尔区内没有建筑物或植被遮挡影响，直视径能量将成为接收信号主要能量来源，地面反射/墙面反射信号能量几乎可忽略。2. 反射：发生反射时，入射射线、反射射线以及反射点都在同一个平面内，入射射线与反射点法线夹角等于反射射线与反射点法线的夹角，基于此建立射线追踪反射模型。3. 衍射：衍射产生条件与电磁波波长以及障碍物棱边的大小相关。在Sub6G时衍射可以带来较大传播能量，但当频率上升至10GHz以上，能够产生衍射的棱边数变少，衍射带来的能量将变低。4. 信号透射：电磁波的透射与反射一样都是发生在两种介质的交界处，透射能量与被穿透材质介电常数，磁导率相关。5. 组合径：反射之后绕射，绕射之后反射，组合径能量传播方式不可忽视，射线模型需考虑组合径能量传播方式。华为射线追踪模型，可根据输入的高精度电子地图，以及接收机的位置，自动识别上述多种电磁波传播路径，从而使网络规划更加精准。图2-2 射线追踪模型棱边衍射示意图图2-3 华为自研射线追踪模型仿真效果图2) 高低频经验传播模型3GPP高频经验传播模型未包含发射机高度项、建筑物高度和路宽等环境特征项，以及树损、氧衰、雨衰等因素，同时接收机高度范围也较小。华为根据对不同频段不同场景的无线传播特性进行测量和研究，在3GPP高频经验传播模型基础上，增加收/发信机高度系数、接收机所在位置环境特征以及O2I的穿透损耗，研发出兼顾仿真效率和准确性的高频经验传播模型，从而提升网络规划准确度。入射射线绕射射线