4G/5G協同組網關鍵技術研究

張炎炎 李杏 劉娜 王寶聰 紀文娟 李欣

【摘? 要】隨著5G網絡部署，4G網絡與5G網絡將在未來一段時間內并存。在此情況下，二者需有效協同，優勢互補。為解決4G網絡與5G網絡協同問題，首先分析了基于4G/5G協同的2.6 GHz和4.9 GHz幀結構配置方案，研究了協同組網中半靜態和動態頻譜共享策略，分析了語音協同能力和上下行鏈路預算，最后在此基礎上主要對比分析了2.6 GHz和4.9 GHz頻段下的路徑損耗和覆蓋預算，通過研究，為5G網絡建設策略制定提供了技術指導。

【關鍵詞】4G/5G網絡協同;幀結構;覆蓋協同;語音協同;2.6 GHz;4.9 GHz

0? ?引言

2018年6月，3GPP工作組在技術規范組第80次會議上宣布已經完成5G第一階段全部功能標準化工作[1]。隨著5G標準化的逐漸成熟，2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放了5G商用牌照[2]。其中，中國電信獲得3 400 MHz—3 500 MHz，中國聯通獲得3 500 MHz—3 600 MHz，中國移動獲得2 515 MHz—2 675 MHz共計160 MHz帶寬及4 800 MHz—4 900MHz 100 MHz帶寬[3]。頻譜商用牌照的確定，加快了5G建設的進程。

2019年是5G商用計劃的關鍵一年，根據中國移動5G發展規劃，中國移動已經在2019年第二季度實現了2.6 GHz端到端NSA商用，在第三季度實現2.6 GHz端到端SA預商用能力[4]。4G仍舊是全球規模最大的網絡，中國移動現有的4G基站已經占據全國一半，而5G建站需要大規模的資本投入和技術攻關，這對4G/5G協同組網提出了高要求[5]。中國聯通和中國電信的商用頻段采用了國際上較普遍的3.5 GHz頻譜組網，除了產業鏈相對成熟，研發比較完善，最具有全球通用可行性之外[6]。相比來說，中國移動的2.6 GHz頻譜雖然覆蓋范圍廣、資本開支小，但產業鏈成熟度低，起步較晚，頻段也比較復雜，包含了早期的LTE頻段，5G組網需要對頻帶進行配置。4.9 GHz的100 M帶寬雖然可以支持的用戶數和流量較多，但所需基站的密度更大，資本開支大。

1? ?頻譜演進分析

由于中國移動5G頻譜分配到2.6 GHz和4.9 GHz兩個頻段，而2.6 GHz又是移動的主力4G頻段，因此2.6 GHz的4G/5G協同組網研究以及2.6 GHz和4.9 GHz協同使用，對于中國移動5G大規模連續組網及的研究具有重大意義[7]。

1.1? 2.6 GHz頻段幀結構

在5G新空口中，2.6 GHz頻段資源由于已經分配給了4G用戶，帶寬資源受限[8]。5G在2.6 GHz頻段的幀結構分為單周期和雙周期，如圖1所示，為了與2.6GHz LTE共存，保持上下行轉換點一致，當前配置為5 ms周期。其典型10個slot典型配置為：DDDDDDDSUU，其中特殊子幀內的符號配置為DDDDDDGGGGUUUU。

考慮到現有LTE 2.6 GHz的幀結構（DSUDD）配置方式，為避免交叉時隙干擾，2.6 GHz NR幀結構需要與現網2.6 GHz LTE幀結構保持同步，實現LTE-NR共模塊[9]。對5G幀配比進行調整時，需要在考慮與LTE保持同步的同時考慮當前話務比，因此建議2.6 GHz采用5 ms單周期幀結構，且幀偏置方式為8：2，如圖2所示：

1.2? 4.9 GHz頻段幀結構

4.9 GHz支持2.5 ms單周期和2.5 ms雙周期，如圖3所示，適配eMBB和垂直行業不同訴求。2.5 ms雙周期幀結構模式為DDDSUDDSUU，其配置更適配eMBB業務;2.5 ms單周期幀結構模式為DSUUU，其上行容量比較大且時延更短，更適配垂直行業。

4.9 GHz幀配置中，對2.5 ms雙周期，2.5 ms單周期和1 ms單周期的覆蓋和時延進行對比分析，如表1和表2所示。從表1中可以看出，在上行容量方面，2.5 ms單周期和1 ms單周期的幀配比均可帶來上行1.3倍容量收益，但是2.5 ms單周期的GAP開銷更小，下行容量可獲得額外8%收益。從上行覆蓋方面，2.5 ms單周期和1 ms單周期幀配比均可帶來上行1.15 dB覆蓋收益，但2.5 ms單周期下行傳輸機會更多，下行SSB覆蓋可獲得0.9 dB增益。

從表2可以看出，2.5 ms單周期和1 ms單周期幀結構相比2.5 ms雙周期可以帶來更短時延，但空口最大時延均小于8 ms。

2? ?頻譜共享

2.6 GHz頻段上因為存在LTE已占有的頻段，因此，在進行頻譜使用的過程中，需要考慮與LTE的共存和干擾問題[10]。如圖4所示，LTE和NR共占用160 M帶寬，在鄰頻部分建議根據系統容量和體驗需求，采用4G/5G載波動態調整機制。

在5G標準帶寬配置下，5G的頻譜范圍內共享部分頻率資源傳輸4G信號，可以有效提升頻譜利用效率。

頻譜共享可以分為半靜態共享和動態共享兩種策略，半靜態共享是通過系統間信息交互，基于各系統負載情況實現秒級載波級4G/5G共享頻率共享，如圖5所示。

動態共享是通過共調度，實現PRB級或TTI級4G/5G頻率共享，如圖6所示。

3? ?覆蓋能力協同

全面評估5G協同組網的覆蓋能力，分析了1.8 GHz，2.6 GHz以及4.9 GHz三種頻段的覆蓋能力。

3.1? 上下行信道鏈路預算

2.6 GHz時延、1.9 GHz TD-LTE、1 800 MHz LTE-FDD、2.6 GHz NR、4.8 GHz NR控制信道鏈路預算分別如表3和表4所示：

2.6 GHz時延、1.9 GHz TD-LTE、1 800 MHz LTE-FDD、2.6 GHz NR、4.8 GHz NR上下行業務信道鏈路預算分別如圖7和圖8所示。

從圖7中可以看出，MCL對比下行的小區邊緣閾值的最大路徑損耗為2.6 GHz NR，達到131 dB，其次為4.9 GHz NR、1 800 MHz LTE-FDD、1.9 GHz TD-LTE、2.6 GHz TD-LTE，都達到125 dB。

從圖8中可以看出，MCL對比上行小區邊緣閾值的最大路徑損耗為1 800 MHz LTE-FDD，達到130 dB，其次是：2.6 GHz NR約為126 dB，1.9 GHz TD-LTE約為124 dB，2.6 GHz TD-LTE約為122 dB，4.9 GHz NR約為120 dB。

3.2? 覆蓋能力分析

LTE單發場景和NSA模式場景如圖9所示，LTE和NR上行發送功率均采用20 dBm（100 mW），總功率為23 dBm（100 mW）。

在TDD下8T8R天線，FDD下采用4T4R天線，編碼速率采用23.85 kbit·s-1，數據包結構采用健壯性包頭壓縮（ROHC， Robust Header Compression）模式，優化方案采用TTI Bundling（1～2 dB）+Voice CoMP（1～2 dB）。

1.8 G和1.9 G頻段覆蓋能力如圖10所示，從圖10中可以看出，FDD 1800M覆蓋能力更強，可提升語音體驗，NSA終端上行功率減半，覆蓋損失3 dB，深度覆蓋挑戰更大。1.8 G相比1.9 G可累計提升覆蓋5 dB以上，可以補齊NSA損失滿足語音覆蓋要求。

1.8 G和1.9 G上下行速率錨點如圖11所示，從圖11中可以看出，FDD 1800M滿足邊緣速率需求，并保障4G/5G間體驗平滑，1.8 G錨點更高上行速率，有效延伸業務邊緣覆蓋。

5G中高速業務對邊緣速率有更高要求，相應的上行速率要求也更高，NR+1.8 G整體速率更高且上行更充足，可以有效延伸業務覆蓋。由于1.8 G容量更優，應充分利用，連續覆蓋建設延伸到非5G區域，結合多載波聚合、負載均衡，最大程度平滑4G/5G間體驗。

對2.6 GHz和4.9 GHz的鏈路預算進行損耗對比分析，典型場景下4.9 GHz相比2.6 GHz覆蓋能力差9 dB。4.9 GHz覆蓋能力較弱，建網成本貴，不推薦作為室內外同頻干擾的普遍解決方案。

4? ?結束語

本文討論了2.6 GHz和4.9 GHz兩種頻段下的4G/5G協同策略，首先分析了不同頻段的幀結構模式，通過對4G/5G的上下行信道鏈路的預算的分析，對比兩種頻段下的覆蓋能力以及在典型場景下的路徑損耗，通過分析得知，2.6 GHz頻段下的覆蓋能力比4.9 GHz高9 dB，因此2.6 GHz可以解決5G連續覆蓋問題，4.9 GHz不適用于作為室內外同頻干擾的普遍解決方案。本文可以為即將進行的大規模5G網絡建設提供網絡規劃的理論論證。

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