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2.1GHz和3.5GHz频段在5G网络中的应用建议 [复制链接]

摘要:

随着移动通信网络的不断发展,运营商拥有高中低不同的频段资源,无线电频段资源是宝贵的战略资源,如何合理高效的利用频谱资源是目前运营商考虑的首要问题。

目前2.1G和3.5G频段是5G网络部署的主流频段,本文从链路预算和实地测试两个方面对2.1G和3.5G的覆盖性能进行了对比,详细分析了他们在覆盖性能、业务承载上的差异,论证了3.5G频段独立组网的缺陷及2.1G频段重耕对后续组网效率的提升。并结合山东联通现网情况提出了对应的建设策略。为后续5G网络建设提供重要依据。

 

01

概述

 

随着5G牌照的颁布,中国5G网络商用拉开了序幕。工信部授权中国联通使用3.5 GHz作为5G频段。3.5G频段在全球产业支撑最好,然而3.5G频段频率高,信号衰减更快。基于3.5G频段部署5G网络将需要新增更多基站,且相应的基站设备投资和配套投资也将会大大提高。如何低成本建设一张高品质、具有竞争力的5G网络成为摆在中国联通面前的一个重要问题。

随着中国联通和中国电信启动共建共享5G网络,这一契机为5G网络的建设带来了机遇。目前中国联通3G网络拥有2.1G频段15 MHz带宽,4G网络拥有2.1G频段10 MHz带宽,中国电信4G网络拥有2.1G频段20 MHz带宽。中国联通和中国电信两家在2.1G频段拥有45 MHz带宽,另外国内2.1G频段还剩余10 MHz带宽未分配,如获得批准使用,中国联通和中国电信在2.1G频段将拥有55 MHz带宽。无线电频段资源是宝贵的战略资源,2.1G频段和3.5G频段在5G网络中如何合理高效地利用是目前运营商考虑的首要问题。本文结合链路预算和实地测试2个方面对2.1G和3.5G频段的覆盖性能、业务承载等方面进行了对比分析,详细分析了它们在覆盖性能、业务承载上的差异,论证了3.5G频段独立组网的缺陷及2.1G频段重耕对后续组网效率的提升,并结合山东联通现网情况提出了对应的建设策略,为后续5G网络建设提供重要依据。

 

02

2.1G和3.5G频段覆盖能力理论分析

 

3GPP协议中规定B42频段为3.5G频段,B1频段为2.1G频段,B3 频段为1.8G频段,B41频段为2.6G频段。3.5G频段波长比2.1G频段短,3.5G频段天然穿透能力、绕射能力以及衍射能力较2.1G频段差,从而导致终端侧的上行覆盖不足。

以现网B3 频段(1.8G频段)为基准点,分别计算1.8G、3.5G、2.1G、2.6G频段的链路预算理论值。通过上行链路预算结果对比可以发现,3.5G频段上行能力比2.1G频段(4T4R)上行能力差7.7 dB,比2.6G频段上行能力差4.2 dB。

 

表1示出的是上行链路预算结果。

image.png

由此可见,3.5G频段相比较2.1G频段独立部署5G网络上行覆盖较差。

03

2.1G和3.5G频段上行覆盖能力实测

选取潍坊市开发区谷德广场基站进行测试,由于目前尚未有支持2.1G的NR终端,因此实地测试时,同站部署2.1G 4T4R LTE设备与3.5G 64TR NR设备,对 3.5G与2.1G频段上行覆盖能力进行实地对比测试。

 

3.1 测试参数设置

a)同站部署2.1G 4T4R LTE设备与3.5G 64TR NR设备,设置相同的挂高、方向角、下倾角等参数。测试时通过临时关闭周围基站、调整发射功率等手段使主测小区覆盖范围扩大至500 m以上。

表2测试基站物理工参

image.png

b)3.5G基站配置情况为:功率配置为200 W,SSB-RS参数为17.8 dBm,NR下行中心载频3 550 MHz,带宽100 MHz;下上行时隙配比7∶3。SA终端天线配置要求2T4R,最大发射功率为26 dBm。2.1G基站配置为:功率配置为4×40 W;CRS RS参数设置为21.2 dBm;SA终端天线配置要求1T4R,最大发射功率为23 dBm。

 

3.2 测试情况说明

对2.1G和3.5G频段的覆盖情况进行测试,选择2.1G与3.5G频段主瓣法线方向、挂高、方向角、下倾角(包含电子下倾)和功率谱密度相同的扇区进行测试,相关的CQT及DT测试路线示意图如下所示:

image.png

图1测试路线示意图

连续覆盖区域室外拉网路测(DT测试)要求如下:

a)2部终端并排放置与车内桌面或座位上,分别锁频3.5和2.1 GHz,各自发起满 buffer FTP上行业务并保持。

b)网管侧实时记录测试时间内主测小区的上行底噪等信息。

c)测试车携带测试终端及路测工具沿预定路线慢速移动(不高于5 km/h),遍历主测小区内道路,且测试时间不小于1 h。

d)如果业务掉线,记录掉线信息,在附近重新发起数据业务,继续路测。

e)路测软件按要求实时记录整个测试过程中的LOG数据。

在进行深度覆盖CQT测试时,按照图2在3.5G和2.1G小区主瓣法线方向由近及远选取不少于7栋楼宇作为CQT测试楼宇,直至楼宇距离基站500 m以外或无法接入为止。

image.png

图2 CQT测试点位选取

a)每栋待测楼宇选择高、中、低层分别进行测试,优选1层、3层、5层进行测试。

b)2部终端并排放置,分别锁频3.5 GHz和2.1 GHz后,在各楼宇内测试点发起满 buffer FTP上行业务,遍历楼内道路并至少保持业务1 min;若测试楼宇内无法完成接入,详细记录测试现象。

c)保持站高、下倾角不变,将两主测小区顺时针旋转30°(邻近小区按需调整),在原测试位置,按照相同的测试路线,重复步骤(b)。

 

3.3 覆盖能力CQT测试

2.1G与3.5G单小区上行覆盖CQT测试对比结果如图3所示。

image.png

图3 CQT测试结果

由图3测试结果可知,在小区覆盖边缘(LTE RSRP<-105 dBm)情况下,2.1G频段近似覆盖概率为94%,3.5G频段近似覆盖概率为31%。在深度覆盖情况下,CQT测试3.5G频段RSRP值较2.1G频段少6~7 dB,说明在深度覆盖方面3.5G频段性能较2.1G频段差。

 

3.4 覆盖能力DT测试

在进行DT测试数据分析中,LTE 2.1G手机与NR 3.5G手机同位置/同时在小区内进行拉网测试,为便于对比分析,把相同位置NR与LTE速率按照LTE RSRP归一化处理。

以现网实际道路覆盖测试2.1G与3.5G频段,选择2.1G与3.5G频段主瓣法线方向、挂高、方向角、下倾角(包含电子下倾)和功率谱密度相同的扇区。DT测试轨迹结果如图4所示。

image.png

 

图4DT测试覆盖情况图

通过路测数据RSRP对比分析,2.1G频段测试的平均电平值为-97 dBm;而3.5G频段测试的平均电平值为-105 dBm,且部分测试区域脱网情况严重。

随着覆盖距离的增加,在非视距场景下3.5G的信号衰落大于2.1G,且两者信号强度差异随着覆盖距离的增加而继续增大,数据分析情况如图5所示。

 

image.png

 

图5DT测试信号强度与覆盖距离的对比分析

由图5数据分析可知,在覆盖距离较近时,视距场景内 3.5G的信号接收强度与2.1G相差约为7 dB,在覆盖距离较远处,非视距场景内两者信号强度相差14dB。

另外,从小区边缘覆盖情况对3.5G和2.1G进行分析,如图6所示。

 

 

image.png 图6DT测试小区边缘覆盖情况分析

由图6分析可知,在小区边缘速度为1 Mbit/s时,2.1G的接收信号为-115 dBm,而3.5G的接收信号为-106 dBm, LTE2.1G与NR3.5在现网实际环境中上行覆盖差异为9 dB。

对上行速率进行了对比分析,信号强度在-98 dBm时,3.5GNR的上行速率明显高于2.1G频段。

 

 

image.png

 

图7DT测试小区上行速率对比分析

04

4T4R 2.1G NR语音支撑能力分析

在中国联通和中国电信共建共享大原则确定的前提下,语音承载方案逐渐向VoNR的方向演进。在NSA组网阶段时,通过VoLTE灵活分配至中国联通或中国电信的LTE网络来承载。在SA组网阶段时,初期可以通过EPS回落至LTE网络,后续在2.1G频段上平滑开启VoNR功能。

对VoLTE和WCDMA网络语音承载进行对比分析,通过分析MOS值和RSRP数据,可发现2.1G频段上VoNR的语音质量强于WCDMA网络的语音质量。

 

05

2.1G和3.5G应用建议

通过前面的分析可知,2.1G频段能够有效增强3.5G频段的容量和覆盖,但2.1G频段带宽不如3.5G频段带宽资源丰富,且3.5GNR设备产业链相对成熟。综合分析,对2.1G和3.5G频段的应用,总结分析如下。

a)由于2.1G NR设备产业链还不成熟,5G网络建设初期建议以3.5G网络为打底网,实现连续覆盖。后续加速推进2G、3G网络的减频退频,适时重耕2.1G频段,高低频协同打造差异化5G网络。

b)5G网络采用2.1G与3.5G频段混合组网,是建设优质5G网络的重要思路。2.1G频段可提供上行容量补充及深度覆盖延伸,根据建设需求灵活组网,提升用户感知,增强中国联通品牌影响力。

c)3G/4G/5G混模组网可利用现网设备软件升级开通5G业务,在降低5G网络建设成本的同时,深度挖掘现网设备能力,实现资源利用最大化。同时也为后续网络结构调整提供前提条件。

 

06

结束语

本文从链路预算和实地测试2个方面对2.1G和3.5G频段的覆盖性能进行了对比分析,3.5G频段信号衰减较大,在深度覆盖方面3.5G频段性能较2.1G频段差。在相同的边缘速率下3.5G频段上行覆盖比2.1G频段差9 dB。通过理论分析及实地测试,发现2.1G频段能够有效增强3.5G频段的容量和覆盖范围。5G网络可采用2.1G与3.5G频段混合组网,能够增强上行覆盖能力,进而满足5G行业应用的上行容量和时延的需求。现网2.1G频段及设备重耕至5G能够提升5G网络建设速度,并同时减少建设资源投入,降低建设难度,是提升5G网络建设效率的重要手段。

 

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射频【放大器】


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纯净的硅(中级)

讲的好清楚啊。


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