工程与应用
5G时代4G/5G共天馈面解决方案
余勇昌1，张典2，丁明玲1
（1. 中国电信股份有限公司研究院，广东广州 510630；
2. 中国电信集团有限公司广州艾特实验室，广东广州 510630）
摘 要：4G建设时期，存在站点天面资源紧缺、无法新增抱杆、物业协调困难等问题，因此，5G时代在现有站点上新增抱杆的需求较难实现，如何实现4G/5G天线共天馈面及快速部署异常紧迫。探讨了4G/5G共天馈面的解决方案，提出一种适合中国电信单抱杆场景网络建设的天馈面解决方案，可以解决5G网络建设中无法新增抱杆、物业协调困难的问题。由于不增加天面资源，可减少铁塔租金，降低网络运营成本，同时可实现5G网络部署简化、便捷、高效。 关键词：4G/5G共天馈面；单抱杆；无源一体化集成；无源+有源一体化集成
中图分类号：TN919
文献标识码：A
doi: 10.11959/j.issn.1000−0801.2021043
Solution of common antenna of 4G/5G in 5G Era
YU Yongchang1, ZHANG Dian2, DING Mingling1
1. Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China
2. Information Technology Lab of China Telecom Group Co., Ltd., Guangzhou 510630, China
Abstract: During the 4G construction period, there were problems such as lack of antenna coverage resources at the base station site, and difficulty in coordination with residential property management. In 5G era, it is difficult to add poles at existing sites. Therefore, it is urgent to propose a solution of common antenna of 4G/5G, and to deploy quickly. The solution of 4G/5G common antenna was discussed, and a suitable solution for China Telecom’s single pole network construction was proposed. It can reduce the cost of the tower renting and network operation. At the same time, it can prove the convenience and efficiency of 5G network deployment.
Key words: 4G/5G common antenna, single pole, passive All in One, passive + active All in One
1 引言
随着网络建设的不断推进，多系统、多制式的技术特征导致天面数量不断增加，中国电信现有CDMA800、FDD1800、FDD2100等制式的网络覆盖，未来4G/5G协同组网将成为5G发展的必然趋势。在未来的较长一段时间内，多系统将同时共存，多套系统的天线将会同时占用天面资源。多运营商共用、多系统共存等因素的存在将会进一步导致天面空间受限、站点承重受限以及
收稿日期：2020−06−23；修回日期：2021−02−25
翻转立方体·141·电信科学 2021年第4期
安装环境受限三大挑战。随着2020年5G的大规模部署，天面资源的紧张程度将会进一步加剧。
2 5G时代天馈面资源现状
本文对中国电信的省公司进行了调研，以中国电信股份有限公司苏州分公司（简称苏州电信）为例，分析天馈面资源的现状。苏州电信进行5G 试点前，其天馈面资源调查统计分析如下：共统计了50个站点，其中41.5%站点为楼面抱杆站，4.4%站点为普通楼面塔，36.0%站点为普通地面塔，15.3%站点为景观塔，如图1所示。其中城区塔站占比58.52%，塔站中单天面（一个方向单天面）占比34.01%，如图2所示。
图1 苏州电信天面资源分类调查情况
图2 苏州电信城区塔站天面情况
从以上站点分析结果可知，苏州电信城区站点34.01%站点为单天面部署站点，且天馈抱杆长度有限，一般只能装配长度在2.0 m以下的天线。如图3、图4所示。
图3 苏州电信的单管站
图4 苏州电信的楼顶塔站
图3、图4站点均为铁塔公司的站点，中国电信站点均布局在第二层，单天面情况多数集中安装在这类单管塔及楼顶塔站。
图5站点为电信单独部署站点，为单天面站点，由于抱杆高度受限，一个抱杆上还需要安装RRU（remote radio unit，RRU），只能放置2.0 m 长的天线，无法在现有抱杆上再增加天面。
排放因子
图5 苏州电信的楼顶站
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另外，苏州新增站点23个，其中2个站点（占比9%）因居民投诉被迫拆除。后期通过对广州、成都、无锡等地实地勘察，各地勘察情况均与苏州勘察情况类似，其中广州某试点区域规划部署42
个站点，其中13
个站点（占31%）因物业反对而无法新增抱杆，如图6所示。
图6 广州试点区域42个站天面勘察情况
从以上天面资源情况调查统计分析可知，多数站点为单天面情况，无法新增天面资源。另外，部分站点存在物业协调难、新增站点难的问题，未来5G 天线部署将面临较大挑战。
3 5G 时代单天面部署解决方案
对于双天面场景，可通过一副多端口天线收编现有频段，为5G 天线腾挪一个天面抱杆，部署难度不大。针对铁塔单管、楼顶站等单抱杆场景，在增加部署3.5 GHz MM （massive MIMO ，MM ）天线时，有下面几种可能的方案。
腾挪方案：将现有的天面腾挪给5G MM 天线，原有天线整合为一副集束天线，如图7所示。
图7 铁塔楼顶站-腾挪方案（集束替换原有天线）
加长抱杆：加长原有抱杆使其可进行双天面部署（垂直切分），如图8所示。
新增抱杆：直接将单抱杆站点改造成双抱杆站点（水平切分），如图9所示。
天面1:1
替换：用一副4G/5G 融合的天线替换原有的4G 天线，如图10所示。
图8 电信楼顶站-加长抱杆方案（垂直切分）
图9 电信的楼顶站-新增抱杆方向（水平切分）
图10 电信的楼顶站-天面1:1替换
由上面的分析可知，单天面情况下在增加3.5 GHz MM 天线部署时，共有4种可能的方案，
每种方案各有优缺点，现对每种方案根据不同的场景进行分析对比见表1。
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天面1:1替换方案实现了4G/5G共天馈面，简称此方案为“All in One”方案，即将4G、5G 全部集合到一个天线内部。
从表1可以看出，天面1:1替换的方案适用于单天面的各场景，其他方案无法完全适用每种单抱杆场景。下面对各应用场景适用方案、主要投资成本、时间成本进行对比分析，详见表2、表3。
通过对比可知，天面1:1替换适用各类场景，同时能减少铁塔租金等运营成本。同时，天面1:1替换，减少了物业协调时间及物业协调的费用，可快速建网抢占市场。因此，本文建议根据表4的不同场景选择相应的方案。
由于5G天线产品形态存在差异，因此All in One方案存在多种可能的类型及架构，不同的方案的架构存在各自优缺点，以下将详细介绍不同All in One方案的架构设计、阵列设计、端口设计及不同设计方案优缺点。
4 All in One共天面解决方案
4G时代天线为无源天线，5G时代天线的形态主要有天线与RRU合为一体的AAU（active antenna unit）方案和天线与RRU分离的无源天线
表1 各方案单抱杆场景适用性对比
方案
单抱杆场景适用性场景
铁塔单管站铁塔楼顶站电信楼顶站
腾挪方案不适用（顶部无法安装集束天线）适用（但将增加原有抱杆迎风
面积、承重）不适用（原有抱杆较细，无法安装法兰盘）
新增抱杆适用（现有布局仍有部分空间新增抱杆）不适用（天面紧密无法新增）适用（现有布局仍有位置新增抱杆）加长抱杆不适用（遮挡其他运营商）不适用（造成天面互相遮挡）适用（可靠性不足）
天面1:1替换适用（以新换旧，易于实现）适用（以新换旧，易于实现）适用（以新换旧，易于实现）
表2 各方案主要成本对比
方案
单抱杆场景改造成本（根据资料预估）
铁塔单管站铁塔楼顶站电信楼顶站腾挪方案/ 更换集束天线成本/
新增抱杆工程费用（约0.5万元）/ 工程费用（约0.5万元）；物业协调费加长抱杆/ /
工程费用（约0.3万元）；物业协调费天面1:1替换更换天线成本更换天线成本更换天线成本
表3 各方案租金、施工周期成本对比
方案
单抱杆场景改造运营租金、时间成本（根据资料预估）
铁塔单管站铁塔楼顶站电信楼顶站腾挪方案/ 铁塔租金：单站点约0.35万元/年/
新增抱杆铁塔租金：单站点约0.35万元/年；施工周期/ 物业租金，施工周期加长抱杆/ /
g蛋物业租金，施工周期天面1:1替换无租金及施工周期方面成本
工程与应用
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两种方案。因此，2G/3G/4G/5G All in One 共天面解决方案存在两种情况：2G/3G/4G/5G 全无源All in One 方案和2G/3G/4G 无源+5G 有源 All in One 方案。
4.1 2G/3G/4G/5G 全无源All in One 方案 4.1.1 架构设计
在郊区和农村中低容量场景及城区高容量广覆盖场景，可采用8TR/16TR MIMO 5G 天线与4G 天线整合为一副全无源All in One 的天线，其整体架构设计如下。
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