室内5G网络白皮书.pdf

0110021003121316171718202224252728293014151103040505070808093. 室内5G业务需求4. 室内5G目标网建设面临的挑战5. 室内5G目标网建设策略6. 总结4.1 高频组网带来室内深度覆盖难1. 引言2. 概述3.3.1 100Mbps 以上的边缘速率3.3.2 99.999% 高可靠性和 1ms 的超低时延3.3.3 1 个连接 / 平方米3.3.4 其他3.3.5 小结4.1.1 高频组网传播损耗与穿透损耗大，室外覆盖室内难4.1.2 无源分布式天线系统演进难、综合损耗大、互调干扰大3.1 5G 三大业务类型3.2 室内 5G 业务及特征3.3 室内 5G 业务对网络的需求4.2 多样化的业务要求网络具备更大的弹性容量4.3 行业应用要求网络具备极高可靠性4.4 四代共存网络及新业务发展要求网络具有高效运维、智能运营能力4.5 小结5.1 组网策略： 高中低频分层组网，提供更大容量5.2 MIMO 选择策略：标配 4T4R，提供更好的用户体验5.3 方案选择策略：大容量数字化方案是必然选择5.4 容量策略：弹性容量，灵活按需满足业务需求5.5 可靠性策略：面向 5G 业务的可靠性设计5.6 部署策略：端到端数字化部署，奠定网络运维和运营的基础5.7 网络运维策略：可视化运维，实现室内 5G 网络可管可控5.8 网络运营策略：基于网络运营平台，支撑室内 5G 网络智能运营5.9 小结目录室内5G网络白皮书011. 引言第五代移动通信（5G）代表未来网络发展的主要方向，将驱动社会从人与人之间的宽带互联逐步扩展到万物互联，从而更加深刻地影响未来人类社会的生活和工作方式。2017年12月20日，葡萄牙里斯本3GPP RAN第78次全会正式发布了第一个5G NR（New Radio，新空口）标准，并于 2018 年 6 月 14 日 3GPP 全会批准了第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网功能。该标准的发布，加速了5G商用进程。目前，全球已经有 20 多家运营商开始建设 5G 实验局或预商用局。万物互联的智能世界中将涌现出如虚拟现实（VR）、远程医疗等丰富多彩的业务应用。室内是人类社会工作、生活的主要场所。因此，深入研究室内5G业务对网络的需求、建网策略，是一件非常重要且紧迫的工作。室内5G网络白皮书022. 概述5G 网络提供人与人、人与机器、机器与机器之间的通信能力，支持移动互联网和物联网的多种业务应用。5G 网络采用全新的网络架构和技术，适应不同场景下灵活多样的业务需求，如超宽带、超低时延、海量连接、超高可靠性。以业务需求为基础，灵活高效地提供最佳的用户体验，是 5G 网络设计的目标。统计表明，4G移动网络中有超过80%的业务发生在室内。伴随着5G业务种类的持续增加、行业边界的不断扩展，业界预测未来更多的移动业务将发生在室内。因此，5G 时代的室内移动网络至关重要，将成为运营商的核心竞争力之一。与4G相比，5G主流业务将承载在更高的频段（C-Band及毫米波频段）上。频段越高，空中传播与建筑物穿透损耗越大，室外网络覆盖室内越困难，室内业务将需要由独立的室内网络来承载。为了满足最佳用户体验、高效运维、智能运营的要求，5G 时代必须建设一张数字化的室内网络，并具备灵活扩展、可视可管、可运营的能力，才能支撑超宽带、大连接、超低时延、室内定位等丰富的室内 5G 业务。本白皮书在室内数字化面向5G演进白皮书（1.0 版本，2017年发布）的基础上，结合近期的实践和思考，进一步从室内5G业务对网络的需求、目标网建设面临的挑战、建网策略等方面详细阐述室内 5G 建网思路。室内5G网络白皮书033.1 5G三大业务类型随着人们对5G研究的不断深入，全球移动通信行业逐步就5G应用的场景达成了共识。ITU-R（国际电信联盟无线电通信组）定义了 5G 应用的三大业务类型，如图 1 所示：增强型移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，简称 eMBB）；超高可靠低时延通信（Ultra-Reliable and Low-Latency Communications，简称URLLC）；大规模机器类通信（Massive Machine Type Communications，简称 mMTC）。自动驾驶智慧城市智能家居增强移动宽带大规模机器类通信 超高可靠低时延通信高可靠应用，如移动医疗语音增强现实工业自动化GB / 秒通信3D、超高清视频云办公和游戏图 1 5G 应用的三大业务类型3. 室内5G业务需求室内5G网络白皮书043.2室内5G业务及特征全球移动通讯系统协会（Global System for Mobile Communications Association，简称GSMA）认为5G网络将是移动互联网和物联网的重要载体，5G将为人们带来更智能、更丰富的业务应用。5G技术将广泛用于智慧家庭、远程医疗、远程教育、工业制造和物联网领域，具体包括千兆级移动宽带数据接入、3D视频、高清视频、云服务、增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、工业制造自动化、紧急救援、自动驾驶、现代物流等典型业务应用。其中，高清视频、AR、VR、远程医疗、工业制造自动化、现代物流管理等主要发生在建筑物室内场景。室内5G网络白皮书053.3.1 100Mbps以上的边缘速率VR和高清视频是典型的5G高宽带业务。人们在室内通常处于静止或慢速移动状态，使用 VR、高清视频等超大带宽业务频次高、单次时间长，对无线网络带宽要求高。VR将在体育赛事、在线游戏、极致体验等方面得到广泛应用。如2018年韩国平昌冬奥会，主办方在赛场内不同的角落安装360度全景摄像机，将拍摄的高频视频信号通过5G网络实时传送到观众席的VR区域，让观众沉浸式“亲临”赛场每一个角落，享受极好的VR 直播体验。VR 对网络的需求如下表 1 所示：高清视频业务在远程医疗、远程旅游、远程教育、在线购物、演唱会等场景也将会得到广泛应用。高清视频对网络的需求如下表 2 所示：表1 VR 业务的网络需求下行 上行业务VR Cloud VR高清视频Pre-VR 入门级 VR 高级 VR 终极 VR 入门级 VR 终极 VR分辨率 4K/30 帧 8K/30 帧12K/60帧24K/120帧1080P/6090 帧6600*6600/120 帧2K/30 帧编码速率 16 Mbps 64 Mbps279 Mbps3.29 Gbps70130 Mbps5Gpbs6.7 Mbps 传输带宽 25 Mbps 100 Mbps419 Mbps4.93 Gbps100150Mbps6.5Gbps 10Mbps3.3室内5G业务对网络的需求下面将针对室内三类不同业务，详细分析室内 5G 业务对网络的需求。室内5G网络白皮书06表2 高清视频业务的网络需求业务 入门级4K 标准4K 超高清4K 8K视频分辨率 4K/30 帧 /8bit 4K/60 帧 /10bit 4K/120 帧 /12bit 8K/120 帧 /12bit编码速率 (Mbps) 2530 2535 2540 5080带宽需求 (Mbps) 30 50 50 100从表1和表2可以看出，为了满足入门级VR和8K高清视频的需求，需要具备100Mbps的业务速率。而Cloud VR的图像是在服务器端完成渲染后再传输到无线终端上，对移动网络带宽和时延的要求更高。比如，入门级的VR需要100Mbps带宽、10ms 时延，而终极 VR 则需要 6.5Gbps 带宽、2ms 时延。因此，只有 5G 网络才能满足 VR 的要求。在大型场馆（体育场和会展中心）、交通枢纽（机场和高铁站）、大学城（大学校园）、商业中心（大型购物中心和大型商贸交易中心）等场景，人群密度高，使用VR或高清视频等大带宽业务的人多。基于入门级VR业务估算，预计2022年单位面积忙时流量密度将高达 2.5Mbps/m2，相当于100平方米的区域产生250Mbps的流量；如果人们普遍使用的是 Cloud VR，单位面积流量密度会更高。室内5G网络白皮书073.3.2 99.999%高可靠性和1ms的超低时延远程医疗、智能制造及应急救援是5G重要的业务应用，该类业务对网络的可靠性、时延有较高的要求。在远程医疗场景，手术机器人感知到的病人身体状态及本地高清视频数据，需要通过网络传送给远程专家，支撑精准诊断。在远程手术场景，医生通过360度高清视频远程观察患者相关部位，远程精准操作仪器，要求端到端时延低于10ms，信号传送可靠性高于 99.999%。美国 InTouch Health 公司已经为美国 80 多家医院提供远程医疗服务，应用于远程中风医疗、远程加护病房以及外科手术协作等场景；浙江第二人民医院、华大基因与浙江移动正在联合创新 5G 远程医疗。在智能制造应用场景，智能机械装置（机器人或机械手）需要协同完成产品的加工与装配，机械装置位移速度高，要求端到端时延不超过 1ms，确保精密加工的质量和效率。在火灾应急救援等特殊场景，机器人实时回传高清视频到指挥中心，指挥人员遥控智能机械装置快速准确完成救援任务。因此，为了满足远程医疗、智能制造、应急救援等高可靠性及超低时延业务的需求，网络需要具备 99.999% 可靠性、1ms 时延的能力。高可靠性的5G网络图2 远程诊断与医疗示意图室内5G网络白皮书083.3.33.3.41个连接/平方米其他智慧工厂中，大量的机器人、机械手、AGV（Automated Guided Vehicle，自动化指引车）、生产设备等产生大量的运行数据，都需要通过网络实时可靠传送到管理平台。其连接对象种类多、数量大，每个对象都需要一个连接，据测算每平方米将达到一个连接。总体上，在室内某些特定场景，要求5G网络提供平均一平方米一个连接的能力，相当于每平方公里一百万个连接。5G时代，室内位置业务服务（LBS）将会越来越普遍。室内导航、室内客流分析、用户画像、精准营销等 LBS 业务要求网络具备 13 米甚至更高的室内定位精度能力。图3 物流枢纽海量连接示意图5G网络物联网是5G主要业务应用之一。物联网业务在智慧物流的仓库管理、智慧工厂的工业制造等场景应用广泛。智慧物流的物流枢纽，需要利用无线网络将大量带电子标签的物件连接起来，以实现物资的高效管理、调度、转运。在物流枢纽，需要对立体货架中的物件进行识别、定位和分拣，需要使用机器人自动输送到预定的位置。物流枢纽的立体仓库中物件种类多、密度高，甚至达到平均一平方米一个物件。