2.1和3.5 GHz頻段在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用建議

曹廣山，馬 丹，李鳳花，馬廣輝，王森林（.中國聯(lián)通山東分公司，山東 濟(jì)南 5000；.山東省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山東濟(jì)南 5000；.中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 50007；.愛立信（中國）通信有限公司，山東濟(jì)南 500）

1 概述

隨著5G 牌照的頒布，中國5G 網(wǎng)絡(luò)商用拉開了序幕。工信部授權(quán)中國聯(lián)通使用3.5 GHz 作為5G 頻段。3.5 GHz 頻段在全球產(chǎn)業(yè)支撐最好，然而3.5 GHz 頻段頻率高，信號(hào)衰減更快?；?.5 GHz 頻段部署5G 網(wǎng)絡(luò)將需要新增更多基站，且相應(yīng)的基站設(shè)備投資和配套投資也將會(huì)大大提高。如何低成本建設(shè)一張高品質(zhì)、具有競爭力的5G網(wǎng)絡(luò)成為擺在中國聯(lián)通面前的一個(gè)重要問題。

中國聯(lián)通和中國電信啟動(dòng)共建共享5G 網(wǎng)絡(luò)，為5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)帶來了機(jī)遇。目前中國聯(lián)通3G 網(wǎng)絡(luò)擁有2.1 GHz 頻段15 MHz 帶寬，4G 網(wǎng)絡(luò)擁有2.1 GHz 頻段10 MHz 帶寬，中國電信4G 網(wǎng)絡(luò)擁有2.1 GHz 頻段20 MHz 帶寬。中國聯(lián)通和中國電信2 家在2.1 GHz 頻段擁有45 MHz 帶寬，另外國內(nèi)2.1 GHz 頻段還剩余10 MHz帶寬未分配，如獲得批準(zhǔn)使用，中國聯(lián)通和中國電信在2.1 GHz頻段將擁有55 MHz帶寬。無線電頻段資源是寶貴的戰(zhàn)略資源，在5G網(wǎng)絡(luò)中如何合理高效地利用2.1 GHz 頻段和3.5 GHz 頻段是目前運(yùn)營商考慮的首要問題。本文結(jié)合鏈路預(yù)算和實(shí)地測試對(duì)2.1 GHz和3.5 GHz頻段的覆蓋性能、業(yè)務(wù)承載等方面進(jìn)行了對(duì)比分析，詳細(xì)分析了它們在覆蓋性能、業(yè)務(wù)承載上的差異，論證了3.5 GHz 頻段獨(dú)立組網(wǎng)的缺陷及2.1 GHz 頻段重耕對(duì)后續(xù)組網(wǎng)效率的提升，并結(jié)合山東聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)情況提出了對(duì)應(yīng)的建設(shè)策略，為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供重要依據(jù)。

2 2.1 GHz和3.5 GHz頻段覆蓋能力理論分析

3GPP 協(xié)議中規(guī)定B42 頻段為3.5 GHz 頻段，B1 頻段為2.1 GHz 頻段，B3 頻段為1.8 GHz 頻段，B41 頻段為2.6 GHz頻段。3.5 GHz頻段波長比2.1 GHz頻段短，3.5 GHz頻段天然穿透能力、繞射能力以及衍射能力較2.1 GHz頻段差，從而導(dǎo)致終端側(cè)的上行覆蓋不足。

以現(xiàn)網(wǎng)B3 頻段（1.8 GHz 頻段）為基準(zhǔn)點(diǎn)，分別計(jì)算1.8 GHz、3.5 GHz、2.1 GHz、2.6 GHz頻段的鏈路預(yù)算理論值。通過上行鏈路預(yù)算結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，3.5 GHz 頻段上行能力比2.1 GHz 頻段（4T4R）上行能力差7.7 dB，比2.6 GHz頻段上行能力差4.2 dB。

表1示出的是上行鏈路預(yù)算結(jié)果。

表1 上行鏈路預(yù)算結(jié)果

由此可見，與2.1 GHz頻段比，3.5 GHz頻段獨(dú)立部署5G網(wǎng)絡(luò)，上行覆蓋較差。

3 2.1 GHz和3.5 GHz頻段上行覆蓋能力實(shí)測

選取濰坊市開發(fā)區(qū)谷德廣場基站進(jìn)行測試，由于目前尚未有支持2.1 GHz 的NR 終端，因此實(shí)地測試時(shí)，同站部署2.1 GHz 4T4R LTE 設(shè)備與3.5 GHz 64TR NR 設(shè)備，對(duì)3.5 GHz 與2.1 GHz 頻段上行覆蓋能力進(jìn)行實(shí)地對(duì)比測試。

3.1 測試參數(shù)設(shè)置

a）同站部署2.1 GHz 4T4R LTE 設(shè)備與3.5 GHz 64TR NR 設(shè)備，設(shè)置相同的掛高、方向角、下傾角等參數(shù)。測試時(shí)通過臨時(shí)關(guān)閉周圍基站、調(diào)整發(fā)射功率等手段使主測小區(qū)覆蓋范圍擴(kuò)大至500 m以上。

表2示出的是測試基站物理工參。

b）3.5 GHz 基站配置情況：功率配置為200 W，SSB-RS 參數(shù)為17.8 dBm，NR 下行中心載頻為3 550MHz，帶寬為100 MHz；下上行時(shí)隙配比為7∶3。SA 終端天線配置要求2T4R，最大發(fā)射功率為26 dBm。2.1 GHz 基站配置：功率配置為4×40 W；CRS RS 參數(shù)設(shè)置為21.2 dBm；SA 終端天線配置要求1T4R，最大發(fā)射功率為23 dBm。

表2 測試基站物理工參

3.2 測試情況說明

對(duì)2.1 GHz 和3.5 GHz 頻段的覆蓋情況進(jìn)行測試，選擇2.1 GHz 與3.5 GHz 頻段主瓣法線方向、掛高、方向角、下傾角（包含電子下傾）和功率譜密度相同的扇區(qū)進(jìn)行測試，相關(guān)的CQT 及DT 測試路線示意圖如圖1所示。

連續(xù)覆蓋區(qū)域室外拉網(wǎng)路測（DT測試）要求如下：

圖1 測試路線示意圖

a）2 部終端并排放置于車內(nèi)桌面或座位上，分別鎖頻3.5 和2.1 GHz，各自發(fā)起滿buffer FTP 上行業(yè)務(wù)并保持。

b）網(wǎng)管側(cè)實(shí)時(shí)記錄測試時(shí)間內(nèi)主測小區(qū)的上行底噪等信息。

c）測試車攜帶測試終端及路測工具沿預(yù)定路線慢速移動(dòng)（不高于5 km/h），遍歷主測小區(qū)內(nèi)道路，且測試時(shí)間不小于1 h。

d）如果業(yè)務(wù)掉線，記錄掉線信息，在附近重新發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，繼續(xù)路測。

e）路測軟件按要求實(shí)時(shí)記錄整個(gè)測試過程中的LOG數(shù)據(jù)。

在進(jìn)行深度覆蓋CQT 測試時(shí)，按照?qǐng)D2 在3.5 GHz和2.1 GHz 小區(qū)主瓣法線方向由近及遠(yuǎn)選取不少于7棟樓宇作為CQT 測試樓宇，直至樓宇距離基站500 m以外或無法接入為止。

圖2 CQT測試點(diǎn)位選取

a）每棟待測樓宇選擇高、中、低層分別進(jìn)行測試，優(yōu)選1層、3層、5層進(jìn)行測試。

b）2部終端并排放置，分別鎖頻3.5和2.1 GHz后，在各樓宇內(nèi)測試點(diǎn)發(fā)起滿buffer FTP 上行業(yè)務(wù)，遍歷樓內(nèi)道路并至少保持業(yè)務(wù)1 min；若測試樓宇內(nèi)無法完成接入，詳細(xì)記錄測試現(xiàn)象。

c）保持站高、下傾角不變，將兩主測小區(qū)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°（鄰近小區(qū)按需調(diào)整），在原測試位置，按照相同的測試路線，重復(fù)步驟b）。

3.3 覆蓋能力CQT測試

2.1 GHz 與3.5 GHz 單小區(qū)上行覆蓋CQT 測試對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

由圖3 測試結(jié)果可知，在小區(qū)覆蓋邊緣（LTE RSRP＜-105 dBm）情況下，2.1 GHz 頻段近似覆蓋概率為94%，3.5 GHz頻段近似覆蓋概率為31%。在深度覆蓋情況下，CQT 測試3.5 GHz 頻段RSRP 值較2.1 GHz頻段少6～7 dB，說明在深度覆蓋方面3.5 GHz 頻段性能較2.1 GHz頻段差。

圖3 CQT測試結(jié)果

3.4 覆蓋能力DT測試

在進(jìn)行DT 測試數(shù)據(jù)分析中，LTE 2.1 GHz 手機(jī)與NR 3.5 GHz 手機(jī)同位置/同時(shí)在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行拉網(wǎng)測試，為便于對(duì)比分析，把相同位置NR 與LTE 速率按照LTE RSRP歸一化處理。

以現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際道路覆蓋測試2.1 GHz 與3.5 GHz 頻段，選擇2.1 GHz 與3.5 GHz 頻段主瓣法線方向、掛高、方向角、下傾角（包含電子下傾）和功率譜密度相同的扇區(qū)。DT測試軌跡結(jié)果如圖4所示。

圖4 DT測試覆蓋情況

通過路測數(shù)據(jù)RSRP 對(duì)比分析，2.1 GHz 頻段測試的平均電平值為-97 dBm；而3.5 GHz 頻段測試的平均電平值為-105 dBm，且部分測試區(qū)域脫網(wǎng)情況嚴(yán)重。

隨著覆蓋距離的增加，在非視距場景下3.5 GHz的信號(hào)衰落大于2.1 GHz，且兩者信號(hào)強(qiáng)度差異隨著覆蓋距離的增加而繼續(xù)增大，數(shù)據(jù)分析情況如圖5所示。

由圖5數(shù)據(jù)分析可知，在覆蓋距離較近時(shí)，視距場景內(nèi)3.5 GHz 的信號(hào)接收強(qiáng)度與2.1 GHz 相差約為7 dB，在覆蓋距離較遠(yuǎn)處，非視距場景內(nèi)兩者信號(hào)強(qiáng)度相差14 dB。

另外，從小區(qū)邊緣覆蓋情況對(duì)3.5 GHz 和2.1 GHz進(jìn)行分析（見圖6）。

圖5 DT測試信號(hào)強(qiáng)度與覆蓋距離的對(duì)比分析

圖6 DT測試小區(qū)邊緣覆蓋情況分析

由圖6 分析可知，在小區(qū)邊緣速率為1 Mbit/s 時(shí)，2.1 GHz 的接收信號(hào)為-115 dBm，而3.5 GHz 的接收信號(hào)為-106 dBm，LTE 2.1 GHz與NR 3.5 GH在現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際環(huán)境中上行覆蓋差異為9 dB。

對(duì)上行速率進(jìn)行了對(duì)比分析，信號(hào)強(qiáng)度在-98 dBm時(shí)，3.5 GHz NR的上行速率明顯高于2.1 GHz頻段（見圖7）。

4 4T4R 2.1 GHz NR語音支撐能力分析

在中國聯(lián)通和中國電信共建共享大原則確定的前提下，語音承載方案逐漸向VoNR 的方向演進(jìn)。在NSA 組網(wǎng)階段時(shí)，通過VoLTE 靈活分配至中國聯(lián)通或中國電信的LTE網(wǎng)絡(luò)來承載。在SA組網(wǎng)階段時(shí)，初期可以通過EPS回落至LTE網(wǎng)絡(luò)，后續(xù)在2.1 GHz頻段上平滑開啟VoNR功能。

對(duì)VoLTE 和WCDMA 網(wǎng)絡(luò)語音承載進(jìn)行對(duì)比分析，通過分析MOS 值和RSRP 數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)2.1 GHz 頻段上VoNR 的語音質(zhì)量強(qiáng)于WCDMA 網(wǎng)絡(luò)的語音質(zhì)量。

5 2.1 GHz和3.5 GHz應(yīng)用建議

通過前面的分析可知，2.1 GHz頻段能夠有效增強(qiáng)3.5 GHz 頻段的容量和覆蓋，但2.1 GHz 頻段帶寬不如3.5 GHz 頻段帶寬資源豐富，且3.5 GHz NR 設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟。綜合分析，對(duì)2.1 GHz 和3.5 GHz 頻段的應(yīng)用，總結(jié)如下。

a）由于2.1 GHz NR 設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈還不成熟，5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期建議以3.5 GHz 網(wǎng)絡(luò)為打底網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋。后續(xù)加速推進(jìn)2G、3G 網(wǎng)絡(luò)的減頻退頻，適時(shí)重耕2.1 GHz頻段，高低頻協(xié)同打造差異化5G網(wǎng)絡(luò)。

圖7 DT測試小區(qū)上行速率對(duì)比分析

b）5G 網(wǎng)絡(luò)采用2.1 GHz 與3.5 GHz 頻段混合組網(wǎng)，是建設(shè)優(yōu)質(zhì)5G 網(wǎng)絡(luò)的重要思路。2.1 GHz 頻段可提供上行容量補(bǔ)充及深度覆蓋延伸，根據(jù)建設(shè)需求靈活組網(wǎng)，提升用戶感知，增強(qiáng)中國聯(lián)通品牌影響力。

c）3G/4G/5G 混模組網(wǎng)可利用現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備軟件升級(jí)開通5G業(yè)務(wù)，在降低5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的同時(shí)，深度挖掘現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備能力，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。同時(shí)也為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供前提條件。

6 結(jié)束語

本文從鏈路預(yù)算和實(shí)地測試2 個(gè)方面對(duì)2.1 GHz和3.5 GHz 頻段的覆蓋性能進(jìn)行了對(duì)比分析，3.5 GHz頻段信號(hào)衰減較大，在深度覆蓋方面3.5 GHz 頻段性能較2.1 GHz 頻段差。在相同的邊緣速率下3.5 GHz頻段上行覆蓋比2.1 GHz 頻段差9 dB。通過理論分析及實(shí)地測試，發(fā)現(xiàn)2.1 GHz 頻段能夠有效增強(qiáng)3.5 GHz頻段的容量和覆蓋范圍。5G 網(wǎng)絡(luò)可采用2.1 GHz 與3.5 GHz 頻段混合組網(wǎng)，能夠增強(qiáng)上行覆蓋能力，進(jìn)而滿足5G 行業(yè)應(yīng)用的上行容量和時(shí)延的需求?，F(xiàn)網(wǎng)2.1 GHz 頻段及設(shè)備重耕至5G 能夠提升5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度，并同時(shí)減少建設(shè)資源投入，降低建設(shè)難度，是提升5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率的重要手段。