不同場(chǎng)景下的5G設(shè)備選型淺析

王鎮(zhèn)鑫 王鑫炎 石賢富 李曉東 許舒建

中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司紹興分公司

0 引言

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，首先要考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能及質(zhì)量，同時(shí)需要考慮基站抱桿空間，那么重量與體積就會(huì)受到限制，而不同設(shè)備選型會(huì)影響最終的建設(shè)效果，因此在規(guī)劃階段針對(duì)不同場(chǎng)景科學(xué)選擇5G設(shè)備類(lèi)型非常重要。當(dāng)前中國(guó)聯(lián)通總部針對(duì)密集城區(qū)、一般城區(qū)、縣城等作了大致要求，但是具體到各站點(diǎn)的設(shè)備選型需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線環(huán)境來(lái)確定。

1 多維度對(duì)比分析大規(guī)模天線

以華為設(shè)備為例，不同類(lèi)型的設(shè)備覆蓋性能、體積、重量均存在明顯差異，這些與天線陣子排列相關(guān)，目前華為32TRx與64TRx的AAU主流存在以下三種陣子分布，如圖1所示。

圖1 32TRx對(duì)比64TRx陣子分布

1.1 陣子分布維度分析8TRx與32TRx

在對(duì)比32TRx與64TRx之前，先確認(rèn)一個(gè)參考點(diǎn)，拿8TRx的RRU5258建立參考，如圖2所示。32TRx 16H2V垂直覆蓋維度增加為2層波束覆蓋，而8TRx只有一層波束，在底層覆蓋場(chǎng)景，要同時(shí)照顧到近點(diǎn)覆蓋和中遠(yuǎn)點(diǎn)覆蓋的平衡，8TRx覆蓋下傾角會(huì)相對(duì)于32TRx壓得更低，從而照顧近點(diǎn)覆蓋，這樣32TRx的上層波束邊緣EIRP會(huì)更高，其邊緣RSRP能得到提升。

圖2 對(duì)比32TRx與8TRx覆蓋差異

1.2 多維度分析32TRx與64TRx

如果采用192陣子32TRx的AAU5313對(duì)比同樣192陣子64TRx的AAU5613，功率都是最大輸出功率200W，從天線陣子排列和TRx通道數(shù)兩個(gè)維度來(lái)進(jìn)行對(duì)比，分析其差異。首先從陣子分布維度來(lái)進(jìn)行分析，按照8TRx與32TRx對(duì)比思路來(lái)分析16TRx、32TRx和64TRx，如圖3所示，16TRx只有單層波束覆蓋，64TRx支持4層波束覆蓋，極致覆蓋效果對(duì)比中會(huì)首選64TRx，只是受限于重量和體積的需求差異。

圖3 對(duì)比16TRx、32TRx與64TRx覆蓋差異

面朝AAU天線的波束方向圖上對(duì)比64TRx與32TRx如圖4、圖5所示，64TRx垂直面支持4層波束，32TRx垂直面支持2層波束。

圖4 64TRx波束方向圖

圖5 32TRx波束方向圖

同時(shí)64TRx垂直面同極化方向采用1驅(qū)3，而32TRx垂直面同極化方向采用1驅(qū)6，理論上垂直面達(dá)到2T及以上可以實(shí)現(xiàn)3D MIMO，以更大范圍實(shí)現(xiàn)垂直覆蓋。而垂直面1驅(qū)N，N越大，兩T之間的距離就越大，可轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整角度就越小，所以相同下傾角的前提下，32TRx比64TRx可調(diào)角度小50%，因此高層覆蓋4V要更好，窄波束，EIRP更優(yōu)，深度覆蓋效果更好。同理，32TRx的8H4V對(duì)比16H2V更適合密集城區(qū)的高層深度覆蓋，但是8H4V的水平覆蓋角度會(huì)比16H2V的水平覆蓋角度小。

總結(jié)天線陣子數(shù)量的影響，EIRP的影響決定覆蓋場(chǎng)景應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)SSB覆蓋場(chǎng)景定義的Scenario_1～Scenario_16中，AAU5313（16H2V）支持的場(chǎng)景化波束雖然要少一些，但是也可以支持Scenario12-15這四種垂直3dB波寬寬度25°的場(chǎng)景。這里AAU5313的垂直面最大還是只能形成2個(gè)波束，只是每個(gè)波束寬度能做到12°，或者形成一個(gè)25°的垂直波束，而64TRx的AAU5613場(chǎng)景化波束支持能力更強(qiáng)，且垂直面能做到4層窄波束覆蓋，垂直面增益更強(qiáng)。如表1所示。

表1 AAU/RRU支持的覆蓋場(chǎng)景

圖6 32TRx對(duì)比64TRx垂直覆蓋差異

分析射頻通道的差異，通道數(shù)的變化對(duì)設(shè)備的成本影響較大，在實(shí)際場(chǎng)景中，通道數(shù)不能任意增加，同時(shí)信道條件也是受限的，支持的最大流數(shù)也是有限的，所以設(shè)備的通道數(shù)和通道的排列方式需要綜合考慮需求、性能、信道條件、可生產(chǎn)性、成本等因素，如圖7所示，TRx在有源部分，對(duì)應(yīng)增加TRx數(shù)量，AAU的重量、體積、功耗等問(wèn)題也會(huì)隨之而來(lái)。

圖7 32TRx AAU通道與陣子構(gòu)成圖

64TR和32TR AAU通道數(shù)不同以及天線設(shè)計(jì)的差異如圖8所示，這帶來(lái)系統(tǒng)容量和覆蓋的差異。

圖8 天線陣列排布

容量：由于空分復(fù)用能力的差異，相較于32通道，64通道小區(qū)平均吞吐量上下行均有30%以上的增益，同時(shí)邊緣速率上行有50%以上提升，下行有35%以上提升。

覆蓋：64通道AAU垂直面波束寬度為24度，32通道垂直面波束寬度為12度。相較于32通道，64通道在高樓層覆蓋更有優(yōu)勢(shì)，在中高層樓層有20～45%以上的容量增益。

2 32TRx與64TRx場(chǎng)景選擇

64TRx可以提供更大的容量和頻譜效率，32TRx會(huì)降低頻譜效率、降低成本，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的容量需求，選配不同類(lèi)型的產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)在滿(mǎn)足需求的前提下降低設(shè)備成本?？紤]到5G現(xiàn)有主流頻段在3400MHz-3600MHz，為保證與4G網(wǎng)絡(luò)同覆蓋，結(jié)合前述陣子數(shù)量的分析，設(shè)備的陣子數(shù)不能低于128陣子（8×8×2排列），目前有128和192（8×12×2）兩種主流的陣子數(shù)。同樣考慮到天面的迎風(fēng)面積，天面的尺寸不宜過(guò)大。在通道數(shù)和陣子數(shù)進(jìn)行組合選擇時(shí)，需要綜合考慮覆蓋性能和覆蓋范圍。

通道數(shù)量與數(shù)據(jù)流數(shù)有關(guān)，理論上，在信道條件需要的情況下，通道數(shù)越多，可以支持的傳輸流數(shù)越多。雖然目前受限于波束正交干擾影響，64TRx與32TRx對(duì)下行PDSCHMUMIMO特性中承諾都是支持16流，但從波束隔離度的達(dá)標(biāo)要求來(lái)看，后續(xù)64TRx如果采用24個(gè)準(zhǔn)正交的DMRS序列，那么64TRx也是可以將支持的16流數(shù)擴(kuò)展到24流，而32TRx本身波束個(gè)數(shù)受限，其最大流數(shù)也將受限。

綜上所述，從覆蓋和容量?jī)煞矫鎸?duì)比，64TRx具備更多優(yōu)勢(shì)。64TR設(shè)備相對(duì)于32TR設(shè)備，空分能力更強(qiáng)，上下行容量均有30%的提升，小區(qū)邊緣速率也有35%以上的提升。64TR在高樓層覆蓋方面更有優(yōu)勢(shì)，在中高層樓層的容量方面相對(duì)于32TR可提升20%以上，符合密集城區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。因此建議在密集城區(qū)以3.5G 64TR設(shè)備建設(shè)為主。

3 結(jié)束語(yǔ)

相較于32TR，64TR具有覆蓋和容量方面的優(yōu)勢(shì)，但建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本更高。在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，需綜合考慮建筑場(chǎng)景、用戶(hù)密集程度、業(yè)務(wù)需求，合理選取64TR和32TR設(shè)備，低成本建設(shè)高質(zhì)量的5G網(wǎng)絡(luò)，助推公司高質(zhì)量發(fā)展。