基于eMBB場景下的5G無線網絡規劃研究

屈彬彬

（中國通信建設集團設計院有限公司，河南 鄭州 450000）

1 5G頻率規劃策略

1.1 高 頻

中國電信和中國聯通3.5 GHz共建共享（3 400～3 600 MHz）200 MHz，主要滿足城區及高流量區域的5G覆蓋，可對標移動2.6 GHz、160 MHz。從產業鏈發展和用戶體驗來看，電聯共建5 GHz、200 MHz共享網絡優于中國移動2.6 GHz、160 MHz。

1.2 中 頻

中國電信和中國聯通2.1 GHz為5G基礎覆蓋層，可共建共享2×45 MHz，主要滿足城區深度覆蓋和農村廣覆蓋，可對標中國移動700 MHz、2×30 MHz[1]。

1.3 低 頻

目前，700 MHz 5G頻段屬于中國移動，而廣電與中國移動共同建設700 MHz NR網絡。中國電信和中國聯通需重點關注5G低頻（800 MHz、900 MHz）終端滲透率情況，逐步騰出一方低頻作為5G低頻補充，與中國移動700 MHz NR進行對標。

2 5G網絡覆蓋估算

覆蓋估算過程是根據頻率的規劃結果，結合規劃場景、網絡設計容量以及設備性能等元素進行鏈路預算，得出允許的最大路徑損耗。根據規劃區域的無線傳播模型，可得到最大小區覆蓋半徑。

2.1 覆蓋估算參數配置

2.1.1 系統參數

5G需關注的系統參數主要包含工作頻段、工作帶寬以及覆蓋場景（背景噪聲）等。工作頻段為3.4～3.6 GHz和4.8～5.0 GHz，工作帶寬為100 MHz。背景噪聲主要為熱噪聲，即：

式中，K為波爾茲曼常數，有K=1.38×10-23J/K；T為絕對溫度；B為系統帶寬。

2.1.2 設備參數

根據3GPP 38.104，5G基站的發射功率如表1所示。根據3GPP 38.101，用戶設備（User Equipment，UE）的最大發射功率為單天線200 MW、23 dBm[2]。5G設備在64T64R的天線配置情況下，天線增益為18 dBi，基站側天線分集增益6.5 dB，終端側天線分集增益2.5 dB?；攫伨€及連接器損耗方面，5G采用AAU，饋線損耗為0 dB。信號通過接收機時，接收機將對信號增加噪聲。噪聲系數是設備的屬性，因此不同設備的噪聲系數不同。移動臺噪聲系數一般取7 dB，基站設備噪聲系數一般取2.3 dB。

表1 5G基站設備發射功率

2.1.3 環境參數

根據3GPP 38.901，2.6 GHz頻段下穿透損耗為21 dB，3.5 GHz頻段下穿透損耗為25 dB，4.9 GHz頻段下穿透損耗為28 dB[1]。在5G 3.5 GHz與4.9 GHz頻段下，所采納的干擾余量為3 dB[1]。為了保證一定的邊緣覆蓋概率，同時為鏈路預算預留一定余量即陰影衰落余量，在進行鏈路預算時，需要根據陰影衰落標準差和邊緣覆蓋概率要求（運營商確定）得到所需的陰影衰落余量[3-5]：

式中，ρ為陰影衰落余量；NORMSINV(x)函數為標準正態分布累計函數的逆函數；x為邊緣覆蓋概率；σ為陰影衰落標準差。一般從標準正態分布表中可以得到衰落余量與邊緣覆蓋概率的對應關系，其中ρ與σ的關系符合Q函數。在此鏈路預算中，陰影衰落方差取值為8，邊緣覆蓋概率取值75%，得到陰影衰落余量為6.4 dB。

2.2 傳播模型的選取

現有網絡的傳播模型主要Okumura、Okumura-Hata、COST231-Hata以及COST231-WI等，主要應用在2 GHz以下頻段，無法適用于5G頻段3.5 GHz以及毫米波，具體如表2所示。

表2 現網傳播模型

3GPP與2017年12月發布的36.873標準中的3D UMa模型，頻率支持2～6 GHz。2018年6月38.901標準中又進行了演變，頻率范圍擴展到0.5～100 GHz。該模型主要適用于宏蜂窩規劃中的密集城區、城區以及郊區等場景。

3D UMa模型主要分為視距場景（Line of Sight，LOS）和非視距場景（Not Line of Sight，NLOS）兩種場景。

LOS場景：

式中，PL為路徑損耗；d3D為基站發射天線到終端接收天線的距離；fc為頻段；其他相關參數為通過測試擬合出的相關函數值。

NLOS場景：

式中，PL3D-UMa-NLOS為路徑損耗；W為街道寬度；h為建筑物高度；hBS為基站天線掛高；hUT為終端高度；d3D為基站發射天線到終端接收天線的距離；fc為頻段；其他相關參數為通過測試擬合出的相關函數值。

路徑損耗模型可以應用于2～6 GHz的頻率范圍和不同天線高度，具體參數設置如圖1所示。其中，d2D為基站水平位置到終端接收天線水平位置的直線距離。

圖1 基站參數說明

從圖1可以看出，終端至天線的距離為：

式中，d3D-out為基站天線到室內終端接收天線直線距離的室外部分距離；d3D-in為基站天線到室內終端接收天線直線距離的室內部分距離；d2D-out為基站水平位置到室內終端接收天線水平位置的直線距離的室外部分距離；d2D-in為基站水平位置到室內終端接收天線水平位置的直線距離的室內部分距離。

2.3 覆蓋估算結果

根據覆蓋估算參數設置情況及傳播模型的選取，計算2.6 GHz、3.5 GHz以及4.9 GHz在16天線和64天線情況下的覆蓋能力[6,7]，如表3所示。

表3 不同頻段不同天線數對應的覆蓋能力和需要基站數量

2.4 仿真驗證

某市5G智慧島項目共計規劃基站26個，平均站間距300 m。通過Atoll仿真驗證，它基本達到了室外連續覆蓋的要求。智慧島RSRP仿真結果如圖2所示，95%的區域RSRP大于-105.4 dBm，整體室外覆蓋良好，個別室內深度覆蓋需要通過室內分布系統進行覆蓋加強。智慧島PDSCH SINR仿真結果如圖3所示，95%的區域PDSCH SINR大于11.38 dB，整體質量較好[8-10]。

圖2 智慧島RSRP仿真結果

圖3 智慧島PDSCH SINR仿真結果

3 結 論

針對5G網絡覆蓋能力，通過研究5G網絡的系統參數、設備參數、環境參數以及傳播模型，給出了eMBB場景下的規劃覆蓋能力的建議，并通過實例進行了仿真驗證。仿真結果表明，密集城區站間距300 m的情況下，室外可以達到連續覆蓋，能夠滿足eMBB場景下的業務體驗。