5G低频网络建设与关键技术分析

通信世界网消息（CWW）随着移动互联网的快速发展，人们对网络速度和覆盖范围的要求越来越高，5G技术为满足此类需求提供了有力的保障。在5G网络建设中，低频段以其覆盖范围广、穿透能力强等优势，可以有效提升网络覆盖范围和容量。

目前，三大运营商积极布局低频网络建设，中国移动在2021年建设了20万个700MHz基站，用于和中国广电共建共享；2022年，中国移动建设了28万个700MHz基站，以实现700MHz网络覆盖全国，扩大了覆盖范围、提升了网络性能和服务质量。中国电信在2024年1月启动了800MHz 5G基站集采，集采规模达到25万个，用以覆盖全国多个城市和部分农村地区，扩大网络覆盖范围和提升网络信号质量。中国联通于2022年全面开启900MHz低频打底网建设，900MHz基站累计超69万个，实现了全国乡镇及以上区域的5G连续覆盖、行政村有效覆盖。

虽然低频段网络具有传播损耗低、覆盖广、穿透力强等特性，但是在网络建设中存在许多问题。一是低频段承载制式多，需研究ULN（U M T S、LT E、N R三种制式的多模网络）三模共存时的方案，提高频率利用率；二是低频段带宽窄，需要结合运营商已有的NR频段，进行高低频协同发挥各自优势；三是低频段由来已久的干扰严重问题，目前缺乏系统、高效的解决方案，需要研发智能化的干扰识别和定位方法，提升干扰排查效率。针对以上难题，本文对低频网络多制式共存、高中低频协同组网、干扰解决等技术进行了研究，并针对快速推进乡镇、农村区域5G网络部署提出建议。

关键技术方案

ULN三模部署技术

以9 0 0 M H z为例，目前三模部署方案分为“U3.8MHz+L3MHz+NR4.2MHz”和“N5MHz+UL动态共享6MHz”两种，下面介绍方案原理和技术效果。

●U3.8MHz+L3MHz+NR4.2MHz

900MHz频段的11MHz频谱频率范围为949MHz—960MHz。为了最大限度地提升11MHz频谱利用率，可以将UMTS放置在频谱的低频段位置（根据3GPP协议UMTS中心频率最大配置为957.6MHz)，如图1所示；NR 5MHz标准带宽范围为955MHz—9 60 MHz，共计25RB，与LTE 3MHz存在部分交叠（955.0MHz—955.9MHz)，因此NR需要压缩4个RB（图1中深绿色部分），根据3GPP协议，5MHz带宽955MHz—960MHz之间的25RB，SSB只有一个频域位置，SSB的中心频点也只有一个位置，中心频点为957.65MHz，最低频为955.85MHz，最高频为959.63MHz。

当NR压缩4RB后，在下行方面，coreset0资源有4RB与LTE系统重叠，会损失一定的PDCCH候选位置。在上行方面，如图2所示，公共PUCCH内移到RB4起始，对称部署；专用PUCCH在禁用RB另一侧，配置单边4个RB；PRACH配置在禁用RB另一侧，紧挨公共PUCCH占用6个RB；剩余RB为PUSCH使用。因此，在上行方面，除可用RB相较25RB系统减少4RB外，没有其他部署问题。

为了验证ULN三模网络性能，分别统计三模开通前后900MHz测试区域内UMTS/LTE/NR KPI一周数据，结果显示，总体上LTE系统虽然单用户速率有所下降，但接入性和保持性仍然良好，UMTS系统在不同配置下性能变化不大。综上所述，“U3.8MHz+L3MHz+NR4.2MHz”方案可行。

●N5MHz+UL动态共享6MHz

“N5MHz+UL动态共享6MHz”方案如图3所示，在900MHz重耕前，LTE使用949MHz—954MHz，共5MHz带宽；WCDMA使用954.5MHz—959.5MHz，共5MHz带宽，未开通NR。而在“N5MHz+UL动态共享6MHz”方案中，NR使用5MHz（949MHz—954MHz），剩余6MHz依次为LTE专用0.8MHz、UL共享2.2MHz、U独享2.8MHz。

中国联通为了验证UL动态共享网络性能，统计重耕前后测试区内五天KPI数据，结果显示开通UL动态共享后，相较静态配置，LTE小区的接入和保持类指标变化不大，均表现良好；UMTS小区的接入和保持类指标变化不大，均表现良好。综上所述，“N5MHz+UL动态共享6MHz”方案可行。

高中低频协同技术

中高频段系统峰值速率明显优于低频段，但覆盖距离较近，要想5G上行覆盖能匹配4G，需要依靠低频段的良好传播特性构建一个连续覆盖的底层网络。频谱理想状态如图4所示。

以中国联通3.5GHz为例，“3.5GHz TDD+低频段FDD”混合组网，既可以利用3.5GHz的大带宽为用户提供高速率，又可以利用低频段的较强传播特性扩大网络覆盖范围，实现容量和覆盖双重增强。具体方案为语音承载在低频段连续打底网上，可以减少异频切换，提升语音业务的连续性和可靠性；数据业务通过“中高频段+低频段载波聚合”，扩展中高频段的下行覆盖，获得更高的数据速率；当语音业务与数据业务并发时，采用下行载波聚合方案，可以继续将语音业务承载在低频段、数据业务承载在中高频段。

中国联通为验证高低频协同组网性能，在外场进行试点验证。下行载波聚合室外拉网结果如表1所示，可以看出，在空载情况下，下行CA平均速率750.59Mbit/s，3.5GHz单载波速率695.74Mbit/s，900MHz（10MHz）单载波速率为66.85Mbit/s，下行CA较3.5GHz单载波提升7.7%。

下行载波聚合室外覆盖室内测试结果如表2所示，表明高低频的下行载波聚合可以利用900MHz的上行能力提升3.5GHz的下行覆盖，同时提升同点位速率。

干扰解决方案

现网中存在大量干扰器、私装直放站等外部因素导致的干扰和系统内干扰，干扰源复杂多样，网络干扰日益严重，在低频网络部署中尤为严重，会影响网络和用户体验。目前排查干扰多是依靠工程师的经验，利用人工路测和扫频测试等传统手段在较大的区域内逐一搜索干扰源，排查和解决干扰问题的效率低、成本高。因此，需要进行更加高效、一体化的干扰识别和定位，大幅提升干扰问题解决的效率。

在干扰识别方面，首先要建立干扰的时域特征模板和频域特征模板，可根据现网中的干扰排查情况随时扩充特征库。对于待识别的小区，利用人工智能算法识别干扰类型，将小区的时频特性与特征库中的样本进行对比，根据相关度大小判断小区干扰属于哪一类型。图5是直放站干扰频域波形。

在干扰定位方面，算法主要源于三角定位的方法，在网管数据中提取小区的经度、纬度、站高、平均底噪信息。干扰定位示意如图6所示。

首先，读取定位计算相关数据，如干扰类型、小区经纬度、平均底噪等；其次，剔除不做定位的基站，如剔除相关度小于0.4的弱相关和无相关基站，剔除平均底噪小于-110dBm的基站；再次，采用DBSCAN聚类算法对距离相近的干扰小区进行分类聚合，认为受相同干扰源影响；从次，将同聚类、同干扰源影响的干扰小区底噪强度进行排序，底噪最大的小区为主小区；最后，根据排序结果，分别与主站进行定位计算，通过求解方程或遍历计算的方法得到干扰源的经纬度。

经过在试点测试，干扰定位精度可达200米，测试结果将作为现场干扰排查的依据，大大缩小了排查的范围，提升了排查效率。

低频网络发展趋势

当前，5G低频网络持续扩大覆盖范围，特别是在偏远地区、农村等广覆盖的区域，以消除“数字鸿沟”，实现更广泛的网络接入。低频基站将与中高频基站实现更加紧密的协同，使得5G网络在覆盖、容量和性能上达到一个全新的高度。

此外，随着人工智能、大数据等技术的不断发展，低频基站将实现更加智能的管理和优化。通过预测网络需求，低频基站将能够自动调整发射功率、信道分配等参数，确保网络资源的合理分配和高效利用。同时，通过收集和分析大量的用户行为数据、网络流量数据等，网络将可以更深入地了解用户的需求和习惯，确保用户在任何位置都能获得稳定的网络连接。

展望未来，随着5G技术的不断成熟和应用场景的持续拓展，低频网络将发挥更加重要的作用，进一步扩大网络覆盖范围、提升容量，实现智能化的管理和优化，朝着更高性能、更广覆盖、更优服务的方向不断发展。

*本文刊载于《通信世界》总第948期

2024年7月25日第14期