5G移动通信基站专项规划

陈文

（福建省邮电规划设计院有限公司 福建省福州市 350003）

1 引言

近些年随着移动互联网技术的全面发展和无线应用空间的增加，无线通信技术已经与人们的日常生活有了紧密的联系，因此在5G 时代到来的环境下，移动通信基站的建设也必须要满足人们的日常需求。为了保证5G 网络信号覆盖质量，城乡规划中为基站配套建设预留的站址资源将大幅上升。如何科学的编制5G 基站专项规划，提高规划编制质量，实现5G 基站规划与国土空间规划等各类规划的有效衔接，已成为摆在面前的一个重要议题。

2 5G移动通信基站的类型及特点

通信基站是一种典型的无线电收发信电台，它是构成移动通信网络最基本的单元，能够实现移动通信网和移动通信用户之间的全方位管理，是一种综合性节点。通信基站按类型划分，可分为室外基站以及室内分布系统；按覆盖功能划分，可分为宏基站、微基站及室内分布系统。

5G 通信基站采用了一系列关键技术，例如多通道大功率的64T64R 200W AAU，提供低时延的CU/DU 分离能力，增强覆盖的上下行解耦（SUL）和波束赋形（Massive MIMO），从而能够有效满足增强移动宽带，超高可靠超低时延，海量机器通信这三种场景的实际应用需求。

但在5G 基站建设的过程中，还面临着诸多挑战，例如超密集组网对站址资源的获取存在困难，高功耗对基站选址和基础供电体系提出一定的要求，高频段以及多天线对室内深度覆盖也会产生一定的影响，诸如此类的挑战和困难需要通过技术创新逐一克服。

3 5G移动通信基站的组网策略

根据工信部颁发的5G 频率使用许可，我国的四家5G 基础电信运营企业分别获颁700MHz、2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz 频段，同时工信部也许可部分现有4G 频率资源重耕后用于5G。未来各运营商针对5G 的总体覆盖基本上采用高中低频协同的策略。以电信联通为例，未来5G2C 网络建设将在市区重点区域采用3.5G 覆盖，县乡重点采用2.1G 覆盖，农村广覆盖重点采用低频覆盖；5G 2B网络将由场景驱动，按需建设。

目前5G 网络主要采用中高频段，带宽大、容量高，但由于传播损耗大，穿透能力低，因此为了解决5G 容量覆盖和深度覆盖，必须要适当增加5G 基站的密度，从而打造宏微结合、频率协同以及室内外结合的立体式基站组网。这种组网的策略在实施时需要将宏基站作为快速搭建网络骨架的核心点，在中后期利用微站以及室内分布进行深度覆盖，进一步拓展组网的容量。

4 5G移动通信基站站址布局规划

在城市规划的背景下实现5G移动通信基站站址布局的优化，其主要内容涵盖了基站规模预测、链路预算、站址密度分区及站间距的预测、站址密度控制、站址规划、坐标系的转换与站址落图等。因此，我们着重从这些角度切入进行分析。

4.1 基站规模预测

根据工信部数据显示，目前我国5G 流量组成中约80%由2B端组成，20%由2C 端构成，和4G 网络情况差别较大。当前5G 在应用场景上仍处于探索阶段，使用容量估算的方式对整个城市进行室外站规模预测实际意义不大。因此，现阶段5G 基站规模预测，通常选择覆盖估算的方式。

采用覆盖估算的方法进行基站规模预测，首先应通过链路预算得到最大可允许路径损耗（MAPL），根据站址密度分区和传播模型，遵循远近结合、适度超前的原则，分析基站的覆盖半径、站间距以及单个基站的覆盖面积。然后将规划覆盖的总面积除以单站覆盖面积得到模型预测规模，同时结合各电信企业需求规模，输出综合的预测规模。最后统筹优化存量站址，得到规划期内需新增的站址。

4.2 链路预算

链路预算是覆盖估算中的核心部分，用于计算每个方向的最大路径损耗。在得到了路径损耗以后，选择适合的传播模型，便可得到小区的覆盖半径。5G 的链路预算涉及所有的上下行物理信道。通常需要保证上下行覆盖平衡即可。

5G 链路预算主要从系统参数（如：工作频段、边缘速率、时隙配比、子载波带宽、天线类型）、发射设备参数（如：最大发射功率、天线增益）、接收设备参数（如：接收机灵敏度、噪声系数）、场景参数（如：各场景的阴影衰落、穿透损耗）、附加损益（如：负荷因子）等方面入手测算最大可允许路径损耗（MAPL）。

传播模型是链路预算最为重要的几个参数之一。3GPP 组织给通信行业提供的标准协议38.901 中描述了5G移动通信应用环境下各种场景的适用传播模型，针对室外的使用场景包括城市宏蜂窝（Uma）、城市微蜂窝街道（UMi-StreetCanyon）、农村宏蜂窝（RMa）3 种场景，每类场景又分非视距（NLOS）和视距（LOS）场景共 6种传播模型。现阶段5G 通信基站专项规划以室外宏站为主，可参考Uma-NLOS 传播模型，路径损耗计算的经验公式为：

其中所求的d3D为基站天线与移动台天线直线距离；hUT为移动台天线有效高度，一般取1.5 米；fc为工作频段，现阶段5G 通信专项规划中建议采用3.5GHz；

通过链路预算中可以发现， 5G 基站覆盖受上行路径损耗限制[1]。因此在5G 通信专项规划中基站覆盖半径应以上行业务信道最大允许路径损耗为计算依据。

4.3 站址密度分区及站间距预测

基站分布密度与人口分布密度呈正相关的关系，人口分布密度在很大程度上决定了基站设置密度，而人口分布密度又与用地布局有很大的关系。因此通过研究用地布局，可以预测基站服务人口密度（含常住和流动人口）。

移动通信通常综合考虑建构筑物的高矮和密集程度、楼距的大小、道路的宽窄、人口密度、地形地貌、业务分布等因素将基站场景细分为密集市区、一般市区、郊区乡镇、农村。而城市用地分类与规划建设用地标准中，将城乡用地划分为三大类，一类区域包括居住用地（R）、公共管理与公共服务用地（A）、商业服务业设施用地（B）、道路与交通设施用地（S）、公用设施用地（U）；二类区域包括工业用地（M）、物流仓储用地（W）、三类区域包括绿地与广场用地（G）及除城市建设用地以外的其他区域[2]。

在进行站址密度计算前，宜根据城市的空间结构结合区域的具体需求，建立基站场景与各区域城乡规划用地属性之间的模型分区。再结合规划期的长短，根据链路预算得到的站间距，适当考虑弹性调整范围，得出各区域的站址密度分区及站间距，如表1所示。

表1：各区域站址密度分区及站间距示意（单位：m）

在5G移动通信基站专项规划中采用这种区位划分的方式能够快速准确的定位不同地理环境下5G 通信的实际需求，从而合理地调整通信基站的间距以及密度，不仅能满足基础的通信需求，也能实现资源节约和合理规划。

4.4 站址密度控制

5G 采用的频段较4G 高，这就直接导致5G 基站的覆盖范围远不如4G 基站，意味着要全面普及5G 所需的基站数量要比4G 基站多很多。根据预测想要实现全国5G 网络覆盖，至少要建设600 万个5G 基站。因此做好站址密度控制，尽量提高站址共享率，很有必要。

基站站址密度如图1所示，假设六边形的最长弦为R，两个基站间的站间距为D，基站的站址密度为P，通过计算可以得到：

图1：三扇区定向站站址密度模型

根据站址密度P 的定义可知：

假设每平方千米有2 个基站，即P0=2，代入公式，可以得到：

再用比例法推导出站址密度P 的最终公式：

式中P 为站址密度（座/平方公里），D 为平均站间距[3]。

通过链路预算得到的基站半径、平均站间距，结合站址密度公式模拟测算出各密度分区的站址密度，在5G 专项规划过程中用站址密度控制各个组团或区域的站点总数。

4.5 站址规划

5G 基站站址规划总体上应坚持合理布局，资源共享，既能满足需求，又能节约投资的原则。要加强基站规划与工程建设的衔接，与市政工程建设的同步，科学合理的进行用电需求测算，以解决后期用电问题。

规划选址应根据覆盖估算的初步成果，参考现网站址拓扑结构，结合现网塔桅和电源配套等资源进行分析，筛选出可利旧的站址，再根据站址偏离度分析结果对多家运营商的公共需求进行站址合并，确定独立新建或共址建设，最终得到规划站点的分布，详细规划流程见图2。

图2：站址规划流程图

4.6 坐标系的转换与站址落图

5G 基站专项规划的站址最终需要落实到城市总体规划和控制性规划中，形成整体布局。然而，目前通信运营商5G 基站的站址规划通常采用1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984 即WGS-84)的坐标表示，而城市规划成果图集中大多采用2000 平面坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000 即CGCS2000）。因此，在将站址批量准确的落实到总规、控规的图纸过程中，就涉及到两种不同坐标系之间的坐标转换。

WGS-84 大地坐标系转换成CGCS2000 平面坐标系，需要先确定三个重要的转换参数，分别是地球椭球的几何参数、分带方法和中央子午线经度。地球椭球的五个基本几何参数包括椭圆的长半轴、短半轴、扁率、第一偏心率、第二偏心率。WGS84 椭球与CGCS2000 椭球都来自1980 大地测量参考系统GRS80 椭球，两个椭球仅扁率有微小差异，引起同一点的坐标差异小于0.105mm。因此在各类坐标转换软件中如果没有CGCS2000 坐标系选项，完全可用WGS84 坐标系代替CGCS2000 坐标系。分带方法的选择要以城市规划图纸中使用投影分带的参数为准，一般多采用3 度分带或6 度分带进行投影。对于中央子午线的确定可以根据大地坐标经度，如：某个城市的经度是119.28 度，则对应的中央子午线经度=3×ROUND（119.28/3）=120 度，其他情况可以类推。

再根据确定的转换参数对预规划的5G 基站的经纬度进行批量转换，得到CGSC2000 的平面坐标。最后可以借助AutoCAD Map 3D 软件的GIS 和3D 映射行业专业化工具，将5G 站点批量导入城市规划地图中，进行进一步的校核和纠偏。

5 结束语

本文介绍了5G 网络的特点及组网策略，并从5G移动通信基站专项规划衔接运营商滚动规划、城市总体规划和控制性规划的角度出发，对规划过程中的关键技术的应用、关键参数的选择和规划流程展开论述，为编制5G移动通信基站专项规划提供参考。