5G固定無(wú)線(xiàn)接入 如何替代光纖接入最后一公里？

　　美國運營(yíng)商Verizon宣稱(chēng)2017年實(shí)現5G固定無(wú)線(xiàn)接入(FWA，fixed wireless access)商用，用于替代光纖接入最后一公里，這個(gè)FWA到底是個(gè)啥?如何組網(wǎng)?效果如何?

　　1 為什么需要FWA?

　　眾所周知，在FTTH建設中，最后一公里接入是復雜的環(huán)節之一，也是最難啃的硬骨頭，有物業(yè)阻撓，二次施工難度大，室內布線(xiàn)業(yè)主擔心損壞裝修等等問(wèn)題，且后期維護成本也高。比如，Google Fiber早期由于經(jīng)驗不足，在敷設光纖時(shí)，破壞了人家的花園，經(jīng)常被投訴。

　　FWA由于采用無(wú)線(xiàn)接入，建設成本和維護成本低、部署敏捷，尤其適用于光纖還未到戶(hù)的家庭和中小型企業(yè)。同時(shí)，由于5G速率是4G的10倍到100倍，這也能滿(mǎn)足了家庭寬帶的需求。

　　另外，FWA并非只是替代光纖最后一公里接入，它實(shí)際上同時(shí)滿(mǎn)足了兩種5G用例：固定無(wú)線(xiàn)接入和增強型移動(dòng)寬帶。白天，它可以為附近的移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)寬帶;夜里，當人們下班回家，它可以通過(guò)改變波束方向，指向家庭中的FWA終端，為家庭提供高速上網(wǎng)。這使得這一技術(shù)具備擴展性和持續性。

　　事實(shí)上，在很多場(chǎng)景，FWA是唯一選項，比如農村地區和光纖無(wú)法到戶(hù)的區域。在發(fā)展中國家，只有20%的家庭安裝了固定寬帶，FWA，尤其是工作于低頻段(如3.5GHz)的FWA，是剩下的80%的家庭寬帶連接的更好選擇。

　　2 FWA無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)

　　FWA工作頻段也是目前主要考慮的5G頻段，包括3.5GHz，28GHz，37GHz和39GHz，以及傳統的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )頻段，并采用大規模波束賦形和MU-MIMO技術(shù)，提升覆蓋能力，在終端側(包括室內和室外)采用高增益天線(xiàn)。

　　無(wú)線(xiàn)側網(wǎng)絡(luò )結構如下...

　　室外部分用綠色表示，室內部分用橘色表示。FWA基站(RRU+天線(xiàn))連接部署于客戶(hù)屋頂、掛墻或室內的固定無(wú)線(xiàn)終端(FWT)，FWT再連接客戶(hù)終端設備CPE，FWT就相當于為CPE提供回傳。

　　3 基于5G的FWA應用場(chǎng)景試驗

　　這是愛(ài)立信在一個(gè)郊區場(chǎng)景下的試驗結果。該郊區的人口密度為每平方公里1000戶(hù)家庭左右，25%的家庭使用4K超高清視頻服務(wù)，網(wǎng)速要求至少在15Mbps以上。

　　本次試驗FWA基站(RRU+天線(xiàn))固定在6米高的電桿上，FWT終端天線(xiàn)部署于屋頂或墻外，周?chē)慕ㄖ锛s4-10米高，同時(shí)，周?chē)幸恍?-15米樹(shù)子(易導致信號衰減)。

　　主要設備參數如下：

　　參數值

　　基站發(fā)射功率35dBm

　　CPE發(fā)射功率30dBm

　　信道帶寬200MHz

　　工作頻段28GHz

　　雙工模式TDD(下行分配比例：57%)

　　試驗采用的5G NR技術(shù)，工作頻段為28GHz，信道帶寬200MHz，采用波束賦形和MU-MIMO技術(shù)，天線(xiàn)陣列為8x12交叉極化天線(xiàn)單元。

　　試驗結果表明，在網(wǎng)絡(luò )低負荷的情況下，區域內大部分用戶(hù)的數據速率超過(guò)800Mbps，只有11%的用戶(hù)數據速率低于400Mbps，應對需要15Mbps速率的4K超高清視頻綽綽有余。

　　不過(guò)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )負荷上升，由于干擾和排隊等原因，用戶(hù)數據速率會(huì )隨之下降。

　　下圖描述了隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )負荷上升，用戶(hù)速率分別為大于15Mbps和100Mbps的用戶(hù)比例呈下降趨勢。

　　在這一場(chǎng)景下，每月每用戶(hù)的最大流量為5200GB。由上圖可知，在網(wǎng)絡(luò )高負荷情況下，可滿(mǎn)足95%的用戶(hù)數據速率大于15Mbps，69%的用戶(hù)速率大于100Mbps。

　　進(jìn)一步試驗表明，FWT終端天線(xiàn)可以安裝在屋頂，掛墻，也可以安裝于室內?？紤]無(wú)線(xiàn)信號穿墻損耗，離基站較近的地方可將FWT終端天線(xiàn)安裝在室內或掛墻，離基站較遠的地方安裝在屋頂。

　　如上圖所示，在站間距為350米區域內，78%的FWT終端天線(xiàn)可安裝在室內(通常和CPE集成于一體)，13%的家庭采用掛墻式安裝，而僅有5%的家庭需要將天線(xiàn)安裝在屋頂。

　　5G固定無(wú)線(xiàn)接入還可采用高低頻段混合組網(wǎng)的方式，比如3.5GHz和28GHz頻段。3.5GHz提供更好的無(wú)線(xiàn)覆蓋，盡管3.5GHz帶寬較小，但大規模波束賦形和MU-MIMO技術(shù)可提升頻譜效率，可保證3.5GHz提供基本的家庭寬帶連接。

　　對于28GHz，由于受限于高頻段傳播特性，覆蓋范圍較小，影響其覆蓋的因素主要包括：

　　FWT終端天線(xiàn)的位置

　　周?chē)ㄖ蜆?shù)的高度和密度

　　基站天線(xiàn)的高度

　　通常，將FWT終端天線(xiàn)安裝在屋頂，終端與基站之間具有更好的視距，效果較好。而如果FWT終端天線(xiàn)安裝在室內或掛墻，其覆蓋范圍會(huì )大打折扣?；咎炀€(xiàn)的高度高于覆蓋范圍內的最高的樹(shù)子，也將提升小區覆蓋范圍。

　　4 FWA前傳架構

　　FWA的組網(wǎng)結構采用C-RAN構架，BBU池安裝在中心機房(CO)，RRU拉遠和FWA天線(xiàn)集成。

　　FWA網(wǎng)絡(luò )構架圖

　　參考：C-RAN構架圖

　　由于與傳統宏基站規劃相比，FWA要求基站更密集，其密集度是傳統宏站的10倍以上。這樣，網(wǎng)絡(luò )前傳面臨容量的挑戰。所以，需要重新定義BBU和RRU，將PHY、MAC、RLC層從BBU分離下層到RRU，以減小前傳容量。

　　比如，一個(gè)站點(diǎn)服務(wù)25戶(hù)家庭，每戶(hù)家庭寬帶的最低速率為1Gbps，峰值速率為5Gbps，那么采用4G CPRI接口，每站點(diǎn)需要的前傳容量為40-100Gbps;而如果將PHY層下沉至RRU，每站點(diǎn)需要的前傳容量為10-25Gbps;如果將MAC-PHY層下沉，每站點(diǎn)需要的前傳容量為5-10Gbps。

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )結構的演講，5G時(shí)代的移動(dòng)網(wǎng)和固網(wǎng)正在交匯。BBU集中于CO(中心機房)，為了減小時(shí)延，核心網(wǎng)用戶(hù)面下沉至CO，為了減小回傳負擔，CO將部署內容緩存服務(wù)器，組成一個(gè)個(gè)分布的小型數據中心，這為5G FWA應用提供了更多想象空間。同時(shí)，5G FWA也可滿(mǎn)足對時(shí)延和容量需求較高的未來(lái)家庭AR/VR應用。