【干货】5G固定无线技术

美国运营商Verizon宣称2017年实现5G固定无线接入(FWA，fixed wireless access)商用，用于替代光纤接入最后一公里，这个FWA到底是个啥?如何组网?效果如何?

1 为什么需要FWA?

众所周知，在FTTH建设中，最后一公里接入是复杂的环节之一，也是最难啃的硬骨头，有物业阻挠，二次施工难度大，室内布线业主担心损坏装修等等问题，且后期维护成本也高。比如，Google Fiber早期由于经验不足，在敷设光纤时，破坏了人家的花园，经常被投诉。

FWA由于采用无线接入，建设成本和维护成本低、部署敏捷，尤其适用于光纤还未到户的家庭和中小型企业。同时，由于5G速率是4G的10倍到100倍，这也能满足了家庭宽带的需求。

另外，FWA并非只是替代光纤最后一公里接入，它实际上同时满足了两种5G用例：固定无线接入和增强型移动宽带。白天，它可以为附近的移动用户提供高速无线宽带;夜里，当人们下班回家，它可以通过改变波束方向，指向家庭中的FWA终端，为家庭提供高速上网。这使得这一技术具备扩展性和持续性。

事实上，在很多场景，FWA是唯一选项，比如农村地区和光纤无法到户的区域。在发展中国家，只有20%的家庭安装了固定宽带，FWA，尤其是工作于低频段(如3.5GHz)的FWA，是剩下的80%的家庭宽带连接的更好选择。

2 FWA无线组网

FWA工作频段也是目前主要考虑的5G频段，包括3.5GHz，28GHz，37GHz和39GHz，以及传统的蜂窝移动网络频段，并采用大规模波束赋形和MU-MIMO技术，提升覆盖能力，在终端侧(包括室内和室外)采用高增益天线。

无线侧网络结构如下...

室外部分用绿色表示，室内部分用橘色表示。FWA基站(RRU+天线)连接部署于客户屋顶、挂墙或室内的固定无线终端(FWT)，FWT再连接客户终端设备CPE，FWT就相当于为CPE提供回传。

3 基于5G的FWA应用场景试验

这是爱立信在一个郊区场景下的试验结果。该郊区的人口密度为每平方公里1000户家庭左右，25%的家庭使用4K超高清视频服务，网速要求至少在15Mbps以上。

本次试验FWA基站(RRU+天线)固定在6米高的电杆上，FWT终端天线部署于屋顶或墙外，周围的建筑物约4-10米高，同时，周围有一些5-15米树子(易导致信号衰减)。

主要设备参数如下：

试验采用的5G NR技术，工作频段为28GHz，信道带宽200MHz，采用波束赋形和MU-MIMO技术，天线阵列为8x12交叉极化天线单元。

试验结果表明，在网络低负荷的情况下，区域内大部分用户的数据速率超过800Mbps，只有11%的用户数据速率低于400Mbps，应对需要15Mbps速率的4K超高清视频绰绰有余。

不过，随着网络负荷上升，由于干扰和排队等原因，用户数据速率会随之下降。

下图描述了随着网络负荷上升，用户速率分别为大于15Mbps和100Mbps的用户比例呈下降趋势。

在这一场景下，每月每用户的最大流量为5200GB。由上图可知，在网络高负荷情况下，可满足95%的用户数据速率大于15Mbps，69%的用户速率大于100Mbps。

进一步试验表明，FWT终端天线可以安装在屋顶，挂墙，也可以安装于室内。考虑无线信号穿墙损耗，离基站较近的地方可将FWT终端天线安装在室内或挂墙，离基站较远的地方安装在屋顶。

如上图所示，在站间距为350米区域内，78%的FWT终端天线可安装在室内(通常和CPE集成于一体)，13%的家庭采用挂墙式安装，而仅有5%的家庭需要将天线安装在屋顶。

5G固定无线接入还可采用高低频段混合组网的方式，比如3.5GHz和28GHz频段。3.5GHz提供更好的无线覆盖，尽管3.5GHz带宽较小，但大规模波束赋形和MU-MIMO技术可提升频谱效率，可保证3.5GHz提供基本的家庭宽带连接。

对于28GHz，由于受限于高频段传播特性，覆盖范围较小，影响其覆盖的因素主要包括：

• FWT终端天线的位置
• 周围建筑和树的高度和密度
• 基站天线的高度

通常，将FWT终端天线安装在屋顶，终端与基站之间具有更好的视距，效果较好。而如果FWT终端天线安装在室内或挂墙，其覆盖范围会大打折扣。基站天线的高度高于覆盖范围内的最高的树子，也将提升小区覆盖范围。

4 FWA前传架构

FWA的组网结构采用C-RAN构架，BBU池安装在中心机房(CO)，RRU拉远和FWA天线集成。

FWA网络构架图

参考：C-RAN构架图

由于与传统宏基站规划相比，FWA要求基站更密集，其密集度是传统宏站的10倍以上。这样，网络前传面临容量的挑战。所以，需要重新定义BBU和RRU，将PHY、MAC、RLC层从BBU分离下层到RRU，以减小前传容量。

比如，一个站点服务25户家庭，每户家庭宽带的最低速率为