電信和聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)2.1 GHz頻段協(xié)同應(yīng)用技術(shù)探討

蒙 波，王豐勇，覃 剛

（1.中國電信股份有限公司廣西分公司，廣西 南寧 530029；2.廣西通信規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，廣西 南寧530007）

0 引 言

建設(shè)一張全覆蓋的3.5 GHz頻段的5G網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)成本和運維成本巨大。2.1 GHz NR憑借頻率特性，將在低話務(wù)和5G廣覆蓋需求為主的區(qū)域發(fā)揮重要作用，實現(xiàn)超大覆蓋、上下行超高速以及超低時延等多重價值。3.5 GHz NR憑借其超大帶寬，在高流量和高價值區(qū)域打造5G容量層。通過3.5 GHz+2.1 GHz高低頻協(xié)同建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，可打造差異化競爭優(yōu)勢，降低5G建設(shè)投資，構(gòu)建競爭力領(lǐng)先的5G精品網(wǎng)。因此，電聯(lián)深度共建共享，重耕2.1 GHz頻段，協(xié)同部署4G/5G網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮2.1 GHz頻段的作用，是電聯(lián)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點[1]。

1 2.1 GHz NR建設(shè)難點

1.1 頻率資源不足

目前，電信和聯(lián)通有2.1 GHz頻段共2×45 MHz，其中電信有2×20 MHz，聯(lián)通有2×25 MHz，主要用于LTE網(wǎng)絡(luò)和WCDMA網(wǎng)絡(luò)。由于4G用戶多且流量大，LTE網(wǎng)絡(luò)使用2.1 GHz頻段作為容量層來緩解1.8 GHz頻段基站的容量壓力。LTE現(xiàn)網(wǎng)使用2.1 GHz頻段的基站比例較高。因此，在不影響4G用戶使用感知的情況下，無法直接拿出一個純凈的2.1 GHz頻段用于2.1 GHz NR建設(shè)。

1.2 頻率干擾

2.1 GHz頻段帶寬小，在用的系統(tǒng)多，同時涉及兩家運營商。2.1 GHz頻段作為NR使用時，若不做好規(guī)劃，2.1 GHz NR和2.1 GHz LTE將有重疊覆蓋區(qū)，會產(chǎn)生同頻異系統(tǒng)干擾，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的使用質(zhì)量。因此，需加大電聯(lián)的共享力度，重新規(guī)劃好2.1 GHz頻段的使用方式，充分發(fā)揮2.1 GHz頻段低頻廣覆蓋的作用。

2 2.1 GHz重耕使用方案的頻段資源分析

目前，在2.1 GHz頻點上，電信可用2×20 MHz帶寬，聯(lián)通實際已用2×25 MHz，剩余2×10 MHz未分配。2.1 GHz頻段的分配如圖1所示。

圖1 現(xiàn)網(wǎng)2.1 GHz頻段使用情況圖

在4G網(wǎng)絡(luò)中，電信和聯(lián)通2.1 GHz頻段主要用在高校、交通樞紐、商圈以及密集市區(qū)等高流量高價值區(qū)域，用于容量擴(kuò)容。由于4G數(shù)據(jù)流量保持上升趨勢，現(xiàn)網(wǎng)2.1 GHz LTE小區(qū)占比較多。此外，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)還處于建網(wǎng)初期，預(yù)計4G網(wǎng)絡(luò)將在較長一段時間繼續(xù)發(fā)揮重要作用，因此需保障4G用戶感知。預(yù)計2.1 GHz LTE和2.1 GHz NR在相當(dāng)長時間內(nèi)共存，短期內(nèi)2.1 GHz LTE全網(wǎng)重耕至5G不現(xiàn)實，需根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況，按照區(qū)域做好5G頻率資源規(guī)劃，在高流量高價值區(qū)域采用3.5 GHz部署NR網(wǎng)絡(luò)，在低流量廣覆蓋區(qū)域采用2.1 GHz部署NR網(wǎng)絡(luò)，通過高低頻協(xié)同，打造一張全覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)[2]。

3 協(xié)同重耕2.1 GHz頻段

當(dāng)前，2.1 GHz頻段可用于NR建設(shè)最多有20 MHz，電信和聯(lián)通2.1 GHz重耕到5G有兩種方式：一是騰退出20 MHz帶寬用于純5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；二是通過動態(tài)頻譜共享方式開通2.1 GHz NR。兩種方式的對比如表1所示。

由于4G/5G動態(tài)頻譜共享方式并不能很好地發(fā)揮5G性能，4G/5G動態(tài)頻譜共享要求4G/5G同廠家。因為目前動態(tài)頻譜共享技術(shù)未成熟，所以建議通過按區(qū)域規(guī)劃重耕2.1 GHz頻段，采用全頻段NR方式建設(shè)2.1 GHz NR。電信和聯(lián)通可以通過4G/5G深度共建共享，在2.1 GHz頻段騰挪出20 MHz頻率帶寬資源用于2.1 GHz NR網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

3.1 全頻段NR頻段使用方案

重耕區(qū)域的2.1 GHz頻段深度共建共享，5G和4G全面共享2×20 MHz帶寬，帶寬使用分配如圖2所示。

3.2 4G用戶體驗保障方案

為了避免對現(xiàn)網(wǎng)4G用戶使用的影響，保障4G用戶使用感知，需根據(jù)雙方的4G網(wǎng)絡(luò)流量對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分區(qū)域建設(shè)。流量區(qū)域5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)頻段建議如下。首先，LTE低流量區(qū)域（電信和聯(lián)通的流量都不高，雙方各自的1.8 GHz頻段可以滿足網(wǎng)絡(luò)容量需求）重耕2.1 GHz NR。其次，LTE中流量區(qū)域（電信或聯(lián)通的流量較高，一方的網(wǎng)絡(luò)容量需求需要用到2.1 GHz頻段）2.1 GHz頻段整合，開通1個2.1 GHz LTE共享載波，騰出20 MHz用于2.1 GHz NR建設(shè)。最后，LTE高流量區(qū)域（電信和聯(lián)通的流量都很高，雙方都要用到各自的2.1 GHz LTE才能滿足網(wǎng)絡(luò)容量需求）建設(shè)3.5 GHz NR。

由于無法在2.1 GHz頻段進(jìn)行全網(wǎng)重耕，因此為避免LTE頻段調(diào)整后所產(chǎn)生的相鄰小區(qū)LTE與NR的同頻干擾，需設(shè)置干擾緩沖帶。隔離帶可以通過物理隔離帶來實現(xiàn)，根據(jù)目前已分配頻段和現(xiàn)網(wǎng)實際情況，建議各區(qū)域頻段，設(shè)置如圖3所示。區(qū)域A為2.1 GHz重耕區(qū)域，部署的網(wǎng)絡(luò)為2.1 GHz NR+2.1 GHz LTE，一般為低話務(wù)區(qū)域；區(qū)域B為同頻保護(hù)帶，部署的網(wǎng)絡(luò)為3.5 GHz NR+2.1 GHz LTE，一般為城鄉(xiāng)結(jié)合部；區(qū)域C為同頻保護(hù)帶，部署的網(wǎng)絡(luò)為3.5 GHz NR+2×2.1 GHz LTE，一般為高話務(wù)區(qū)域。在A區(qū)和B區(qū)可以根據(jù)實際情況進(jìn)行翻頻或騰退，2.1 GHz LTE根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量情況考慮載波共享，保持4G網(wǎng)絡(luò)用戶的體驗；C區(qū)各自保持原有2.1 GHz LTE網(wǎng)絡(luò)不變。

表1 2.1 GHz NR重耕方式優(yōu)缺點對比

圖2 重耕區(qū)2.1 GHz頻段使用圖

圖3 各區(qū)域高低頻組網(wǎng)頻段設(shè)置示意圖

4 2.1 GHz隔離帶設(shè)置

為解決2.1 GHz頻段同頻異系統(tǒng)的干擾，需要通過物理方法設(shè)置隔離帶，避免信號交叉產(chǎn)生干擾。為確定隔離帶的大小，需要開展2.1 GHz NR試點工作，分別通過關(guān)閉周邊基站和調(diào)整基站發(fā)射功率兩種方式進(jìn)行驗證。

4.1 通過關(guān)閉周邊基站驗證

4.1.1 同頻同站測試

DT測試驗證2.1 GHz NR開通前后對LTE小區(qū)道路用戶下行速率的實際感知。隨著NR的開通和加載（NR加載50%），LTE整體信號質(zhì)量和速率呈現(xiàn)出明顯下降趨勢，干擾測試情況如表2所示。其中，信號與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）是指接收到的有用信號的強(qiáng)度與接收到的干擾信號（噪聲和干擾）的強(qiáng)度比值，可以簡單理解為“信噪比”；參考信號接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）是LTE網(wǎng)絡(luò)中可以代表無線信號強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)和物理層測量需求之一，是在某個符號內(nèi)承載參考信號的所有資源粒子（Resource Element，RE）上接收到的信號功率的平均值。

表2 2.1 GHz同頻同站DT干擾測試情況表

通過定點測試，驗證2.1 GHz NR開通前后LTE小區(qū)定點用戶下行速率實際感知，影響結(jié)果如表3所示。NR和LTE同頻同站開通后SINR下降11 dB，速率下降50%；NR加載后，對DT態(tài)LTE影響較大，對定點影響不大。

表3 2.1 GHz同頻同站CQT干擾測試情況表

4.1.2 下行隔離帶驗證

從2.1 GHz NR遠(yuǎn)點（RSRP在90 dBm左右）測試結(jié)果分析：在隔離范圍小于1 200 m時，隨隔離帶范圍擴(kuò)大，2.1 GHz LTE對2.1 GHz NR影響小；在隔離范圍大于1 200 m，測試指標(biāo)隨隔離距離的增加，已無明顯變化，下行峰值218.95 Mb/s，上行峰值98.6 Mb/s。從2.1 GHz NR近點（RSRP在70 dBm左右）測試結(jié)果分析：隨著隔離帶范圍的擴(kuò)大，除僅同站閉塞時，下行速率有所下降，其他指標(biāo)無明顯變化。此外，時延與間隔距離影響不大。具體測試數(shù)據(jù)如表4所示，其中近點隔離距離500 m，遠(yuǎn)點隔離距離1 200 m，綜合建議隔離帶1 200 m。

表4 2.1 GHz同頻異系統(tǒng)下行隔離帶測試

4.1.3 上行隔離帶驗證

同站LTE閉塞，周邊LTE在線，LTE用戶分距離進(jìn)行驗證。在2.1 GHz NR和2.1 GHz LTE同覆蓋方向做上行CQT測試。2.1 GHz LTE終端距離越遠(yuǎn)，2.1 GHz LTE對2.1 GHz NR影響越小。當(dāng)直線距離大于500 m時，2.1 GHz LTE對2.1 GHz NR基本無影響，具體測試數(shù)據(jù)如表5所示，其中兩個終端上行干擾影響距離為500 m。綜上所述，NR<E同頻部署，下行隔離帶建議1 200 m，上行隔離帶建議500 m，綜合評估隔離帶建議1 200 m。

表5 2.1 GHz同頻異系統(tǒng)上行隔離帶測試

4.2 通過調(diào)整基站發(fā)射功率驗證

測試環(huán)境：2.1 GHz LTE站點屬于現(xiàn)網(wǎng)站點，大概有30個用戶左右。通過調(diào)整2.1 GHz LTE小區(qū)發(fā)射功率，使NR服務(wù)小區(qū)RSRP與LTE鄰區(qū)RSRP之差逐漸變化，驗證2.1 GHz LTE基站對2.1 GHz NR的干擾情況。測試站點分布如圖4所示。

圖4 測試站點分布情況圖

4.2.1 2.1 GHz LTE對2.1 GHz NR同頻組網(wǎng)下行干擾測試

測試發(fā)現(xiàn)，閉塞LTE后，NR下行流量接近180 Mb/s，基本正常。LTE解閉后，隨著RSRP差值變大，NR流量隨之增加，干擾越來越小，符合趨勢。當(dāng)LTE參考信號功率降到3.7 dBm，NR比LTE的RSRP高約19 dB，此時干擾效果明顯小很多，調(diào)制與編碼策略MCS索引值到25左右，性能損失10%左右，具體測試數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 2.1 GHz同頻異系統(tǒng)下行干擾測試

4.2.2 2.1 GHz LTE對2.1 GHz NR同頻組網(wǎng)上行干擾測試

閉塞2.1 LTE后，NR小區(qū)上行接近峰值速率。解閉塞LTE小區(qū)，參考信號功率分別設(shè)定為15.2 dBm和10.2 dBm。由于背景用戶的干擾，NR小區(qū)上行速率會有18 MHz左右的降低，MCS減小3階左右。LTE對NR上行的干擾與UE位置與上行業(yè)務(wù)相關(guān)，基本與LTE下行功率的波動無關(guān)，具體測試數(shù)據(jù)見表7。

表7 2.1 GHz同頻異系統(tǒng)上行干擾測試

綜上所述，NR比LTE的RSRP高約19dB時，LTE對NR干擾較小，調(diào)制與編碼策略索引值在25左右，性能損失10%左右。LTE對NR上行的干擾與UE位置與上行業(yè)務(wù)相關(guān)，基本與LTE下行功率的波動無關(guān)。

根據(jù)以上試點測試，采用全頻段NR重耕方式，必須考慮4G/5G協(xié)同，做好5G頻段的區(qū)域規(guī)劃。2.1 GHz同頻異系統(tǒng)需要做好隔離帶設(shè)置，避免系統(tǒng)間干擾。當(dāng)兩個系統(tǒng)的接收電平RSRP相差20 dB左右、物理隔離帶為1 200 m左右時，干擾較小，在可接受范圍。因此，建議隔離帶設(shè)置如圖5所示。

圖5 3.5 GHz/2.1 GHz頻段組網(wǎng)圖

5 結(jié) 論

電信和聯(lián)通通過2.1 GHz頻段協(xié)同應(yīng)用，在低流量廣覆蓋區(qū)域部署2.1 GHz NR網(wǎng)絡(luò)，在高流量高價值區(qū)域部署3.5 GHz NR，通過高低頻協(xié)同組網(wǎng)建設(shè)一張全覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)，既滿足了用戶5G業(yè)務(wù)使用體驗，又降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運維的成本。因此，2.1 GHz NR的建設(shè)對5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有至關(guān)重要的作用。網(wǎng)絡(luò)初期，雙方通過翻頻或騰退空出20 MHz帶寬的區(qū)域用于2.1 GHz NR建設(shè)，并通過設(shè)置合理的物理隔離帶，減少對4G現(xiàn)網(wǎng)用戶的影響。后續(xù)根據(jù)4G/5G用戶及流量發(fā)展情況，逐步重耕至40 MHz/50 MHz 2.1 GHz NR，以滿足廣覆蓋中低速率的5G業(yè)務(wù)需求。