2.1 GHz重耕策略研究

韓緯禧，葉 蕭，林鐵力，董 冰（.中國聯(lián)通廣東分公司，廣東 廣州 5067；.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司廣東分公司，廣東 廣州 5067）

1 概述

2019 年，中國聯(lián)通與中國電信合建一張以3.5 GHz NR為主的5G接入網(wǎng)，但由于頻段原因，存在上行覆蓋不足、投資大的缺點(diǎn)。2020 年5 月，廣電獲取700 MHz 的5G 頻譜，并與中國移動(dòng)合作計(jì)劃共建一張700 MHz 低頻網(wǎng)。如何彌補(bǔ)3.5 GHz 上行的短板，和700 MHz 低頻網(wǎng)競爭是中國聯(lián)通和中國電信急需解決的難題。在不考慮國家新增低頻情況下，根據(jù)中國聯(lián)通、中國電信目前各頻段帶寬、部署規(guī)模和實(shí)施難度，2.1 GHz重耕至5G 是必然之舉。目前無線網(wǎng)頻段分配情況如表1所示。

2020 年7 月，3GPP 宣布凍結(jié)R16 標(biāo)準(zhǔn)版本，為2.1 GHz NR 提供了標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。華為、中興、愛立信等主設(shè)備廠家已推出商用的2.1 GHz NR 主設(shè)備，華為、OP?PO、VIVO 等主流終端廠家已全面支持2.1 GHz NR。日趨成熟的2.1 GHz 產(chǎn)業(yè)鏈為2.1 GHz 重耕鋪平了道路。

2 2.1 GHz重耕關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

2.1 GHz 相對(duì)3.5 GHz 的覆蓋優(yōu)勢是2.1 GHz 重耕的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。不同通道、不同功率、DSS、超級(jí)上行功能等對(duì)2.1 GHz NR 網(wǎng)絡(luò)性能的影響是2.1 GHz 頻率重耕的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

表1 目前無線網(wǎng)頻段分配情況

2.1 2.1 GHz NR覆蓋能力

通過鏈路預(yù)算分析，2.1 GHz 比3.5 GHz 具有2.3 dB 的上行損耗余量優(yōu)勢。2.1 GHz 和3.5 GHz 鏈路預(yù)算對(duì)比如表2所示。

表2 2.1 GHz和3.5 GHz鏈路預(yù)算對(duì)比

2.1.1 3.5 GHz和2.1 GHz的對(duì)比

通過對(duì)比2.1 GHz 和3.5 GHz 在現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下的覆蓋、吞吐率，為后續(xù)2.1 GHz建網(wǎng)策略提供依據(jù)。

2.1 GHz 和3.5 GHz 對(duì)比的測試配置如表3 所示。測試結(jié)果如表4所示。

當(dāng)3.5 GHz NR覆蓋低于-100 dBm時(shí)，4TR的2.1 GHz上行速率逐漸優(yōu)于3.5 GHz，當(dāng)3.5 GHz 覆蓋低于-110 dBm時(shí)，2TR的2.1 GHz上行速率逐漸優(yōu)于3.5 GHz。

當(dāng)3.5 GHz NR 上行脫網(wǎng)時(shí)，2TR 的2.1 GHz NR 仍保持3 Mbit/s 的上行速率，4TR 的2.1 GHz NR 保持18 Mbit/s的上行速率。

表3 2.1 GHz 和3.5 GHz測試配置

表4 2.1 GHz 和3.5 GHz測試結(jié)果

2.1.2 2TR和4TR的對(duì)比

雖然前期部署的2.1 GHz LTE FDD 設(shè)備具備向NR2.1 升級(jí)條件，但前期部署的L2100 主要是2TR 設(shè)備，通過該項(xiàng)測試，論證在同等功率條件下，2TR 與4TR在信號(hào)覆蓋強(qiáng)度、吞吐率方面的差異，為判斷現(xiàn)網(wǎng)L2100升級(jí)到NR2100是否可行提供依據(jù)。

2.1 GHz 2TR 和4TR 對(duì)比測試配置如表5 所示。測試結(jié)果如表6所示。

表5 2.1 GHz 2TR和4TR對(duì)比測試配置

從測試結(jié)果可以看出，2TR 和4TR 差異主要體現(xiàn)在覆蓋邊緣，在邊緣4TR 信號(hào)覆蓋強(qiáng)度比2TR 強(qiáng)5～8 dB，下行邊緣可提升30%以上，上行邊緣吞吐率翻倍，并且隨著覆蓋衰減，差異越明顯。但是L2100 2TRS111 站型升級(jí)到NR2100 的主設(shè)備價(jià)格為3.1 萬，而新建4TRS111的價(jià)格為8萬，從投資成本、邊緣覆蓋用戶占比、2.1 GHz 打底與3.5 GHz 共站部署等維度考慮，建議對(duì)已部署L2100的站點(diǎn)，優(yōu)先采用升級(jí)方式開通NR。

表6 2.1 GHz 2TR和4TR對(duì)比測試結(jié)果

2.1.3 功率譜密度對(duì)比

由于廠家2.1 GHz 設(shè)備設(shè)計(jì)及供貨能力問題，目前華為、中興可提供每通道80 W 設(shè)備，愛立信可提供每通道60 W的設(shè)備，該項(xiàng)測試主要論證1 W每MHz每通道和2 W 每MHz 每通道在覆蓋和吞吐率方面的性能，從而給出設(shè)備選型建議。

1 W每MHz每通道和2 W每MHz每通道測試配置如表7所示。測試結(jié)果如表8所示。

相對(duì)1 W 每MHz 每通道，2 W 每MHz 每通道的覆蓋強(qiáng)度平均提升2～5 dB，特別是邊緣的上、下行速率提升明顯，因此在設(shè)備選型上，建議優(yōu)先采用4×80 W的設(shè)備。

表7 1 W每MHz每通道和2 W每MHz每通道測試配置

2.2 動(dòng)態(tài)頻譜共享（DSS）

2.1 GHz 目前還承擔(dān)著4G 的容量層角色，無法將整段頻率用于5G，動(dòng)態(tài)頻譜共享為4G 向5G 的平滑過渡提供可能性，是推進(jìn)2.1 GHz 重耕落地的重要因素。在5G 發(fā)展初期，2.1 GHz DSS 載波以滿足4G 業(yè)務(wù)需求為主，中后期隨著5G 用戶占比的提升，平滑過渡至2.1 GHz NR。但是DSS小區(qū)內(nèi)、小區(qū)間、跨廠家之間的干擾問題，需要各廠家重點(diǎn)去解決。

表8 1 W每MHz每通道和2 W每MHz每通道測試結(jié)果

2.2.1 實(shí)現(xiàn)原理

DSS 主要通過Rate matching 技術(shù)實(shí)現(xiàn)LTE 和NR根據(jù)業(yè)務(wù)需求在同一段頻譜上進(jìn)行時(shí)頻資源的動(dòng)態(tài)共享。根據(jù)3GPP TS 38.104 標(biāo)準(zhǔn)的要求，在時(shí)域維度上達(dá)到每1 ms 進(jìn)行一次頻譜資源的協(xié)調(diào)調(diào)度，從頻域維度支持以1 RB 為粒度的動(dòng)態(tài)共享，根據(jù)LTE 側(cè)和NR 側(cè)的業(yè)務(wù)量需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)資源分配。動(dòng)態(tài)頻譜共享實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。

2.2.2 干擾分析

動(dòng)態(tài)頻譜共享的干擾類型主要有小區(qū)內(nèi)干擾、小區(qū)間干擾和廠家邊界干擾3 種。對(duì)于小區(qū)內(nèi)干擾，由于LTE 和NR 共享同一段頻譜資源，在共享過程中產(chǎn)生相互干擾，可通過打孔進(jìn)行避讓，規(guī)避同一小區(qū)LTE CRS對(duì)于NR的影響，但是會(huì)帶來容量性能方面的損失。對(duì)于廠家邊界之間干擾，由于動(dòng)態(tài)頻譜共享功能已納入3GPP 協(xié)議，因此主要是通過控制好切換關(guān)系來解決。除此之外，DSS小區(qū)的NR性能主要受鄰區(qū)影響，鄰區(qū)的CRS由于LTE的MOD3不對(duì)齊，仍會(huì)干擾DSS小區(qū)。干擾分析如圖2所示。

圖1 動(dòng)態(tài)頻譜共享實(shí)現(xiàn)原理

2.2.3 實(shí)測情況

開通DSS，NR側(cè)的下行性能損失較大，僅為純NR載波效能的35%。NR側(cè)的上行和LTE的上下行影響較小，性能保持率接近95%。DSS測試結(jié)果如表9所示。

2.2.4 實(shí)施建議

小區(qū)的干擾主要來源鄰區(qū)，目前解決方案主要有2種。

圖2 干擾分析

表9 DSS測試結(jié)果

2.2.4.1 TM9專屬載波

TM9專屬載波可以配置MBSFN 子幀，降低服務(wù)小區(qū)CRS 導(dǎo)頻的開銷，同時(shí)也降低CRS 對(duì)鄰區(qū)產(chǎn)生的干擾，提升TM9 用戶在FDD NR 的使用效率。TM9 專屬載波實(shí)現(xiàn)機(jī)制如圖3所示。

2.2.4.2 MOD3 對(duì)齊策略

MOD3 對(duì)齊使得本小區(qū)的LTE CRS 位置與鄰站LTE CRS 的時(shí)頻位置對(duì)齊，DSS NR 小區(qū)通過CRS Rate matching 避免共覆蓋的DSS LTE 小區(qū)的CRS 影響，同時(shí)也避免了鄰站LTE小區(qū)CRS的影響。

2.2.4.3 實(shí)施建議

雖然從理論上可通過TM9 專屬載波和MOD3 對(duì)齊策略調(diào)整來解決干擾問題，但是目前在實(shí)際操作中沒有可行性，TM9 專屬載波需要單獨(dú)一段頻率用于DSS，且只有最新的終端支持該功能，約90%的LTE 存量用戶無法接入，對(duì)2.1 GHz 頻率使用效率不高，對(duì)LTE 用戶影響較大。MOD3 對(duì)齊需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)LTE 站點(diǎn)的PCI 重新規(guī)劃調(diào)整，會(huì)加大對(duì)LTE 現(xiàn)網(wǎng)的干擾，對(duì)4G 用戶影響較大。因此這2 種解決方案在實(shí)際應(yīng)用中還需謹(jǐn)慎，仍需推動(dòng)主設(shè)備廠家持續(xù)優(yōu)化該功能。

圖3 TM9專屬載波實(shí)現(xiàn)機(jī)制

2.3 超級(jí)上行

3.5 GHz NR 網(wǎng)絡(luò)的短板在上行，隨著2B業(yè)務(wù)的發(fā)展，業(yè)務(wù)對(duì)上行吞吐率的要求越來越高，超級(jí)上行功能有效提升上行吞吐率，并適當(dāng)解決3.5 GHz 上行覆蓋差帶來的下行性能問題。

2.3.1 實(shí)現(xiàn)原理

超級(jí)上行是基于SUL 的時(shí)分復(fù)用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)。下行鏈路承載在C-Band 載波，上行鏈路承載在CBand 載 波和Sub-3G 載 波上。3GPP TS 38.214 規(guī) 范為基站和終端引入靈活的調(diào)度機(jī)制，保證Sub-3G 載波僅在C-Band 處于下行時(shí)隙或特殊時(shí)隙時(shí)傳輸上行數(shù)據(jù)，從而提升用戶上行體驗(yàn)速率。超級(jí)上行實(shí)現(xiàn)機(jī)制如圖4所示。

2.3.2 實(shí)測情況

圖4 超級(jí)上行實(shí)現(xiàn)機(jī)制

實(shí)測開通超級(jí)上行功能，上行峰值速率達(dá)到402 Mbit/s，較單獨(dú)的3.5 GHz NR 載波上行峰值速率提升44%。超級(jí)上行測試結(jié)果如圖5所示。

3 2.1 GHz重耕策略建議

3.1 部署策略

根據(jù)上述測試情況，對(duì)于2.1 GHz 重耕部署策略建議如下。

a）室外部署。以2.1 GHz NR 連續(xù)打底為目標(biāo)，提升5G網(wǎng)的深度覆蓋和上行覆蓋。

圖5 超級(jí)上行測試結(jié)果

b）結(jié)合終端與網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路標(biāo)，同時(shí)考慮部分廠家不支持2.1GHz 自錨點(diǎn)功能，要求2.1GHz NR 以SA 方式進(jìn)行開通，不考慮過渡NSA版本。

c）設(shè)備支持升級(jí)的L2100 2TR 站點(diǎn)，建議先通過升級(jí)方式開通NR，無L2100的新建站點(diǎn)建議直接開通2.1 NR 4TR站點(diǎn)。

d）實(shí)施節(jié)奏。室外2.1 GHz NR 升級(jí)站點(diǎn)優(yōu)先選取與3.5 GHz NR 共址的站點(diǎn)，提升上行覆蓋和快速滿足業(yè)務(wù)支撐需求；室外新建2.1 GHz NR 站點(diǎn)時(shí)，優(yōu)先選擇3.5 GHz NR 未覆蓋的外圍區(qū)域，拓展5G 網(wǎng)覆蓋廣度。

e）室內(nèi)部署。優(yōu)先選取流量較低的室分場景，避免同一個(gè)場景建設(shè)3.5 GHz 和2.1 GHz 2 套系統(tǒng)，造成資源浪費(fèi)。

f）現(xiàn)網(wǎng)2.1 GHz非標(biāo)準(zhǔn)的S1、S11 2TR 等站型。可先考慮升級(jí)，并補(bǔ)充4TR 扇區(qū)成標(biāo)準(zhǔn)站型。可允許升級(jí)和新建插花部署，但建議連片部署。

g）前期現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)站點(diǎn)。優(yōu)先選取IBW 為55M 帶寬的站點(diǎn)。因業(yè)務(wù)需求開通的40M 帶寬站點(diǎn)，電聯(lián)全面放開2.1 GHz 頻率共享后，再替換為支持55M 帶寬的設(shè)備。

h）現(xiàn)網(wǎng)的1T2R 設(shè)備。不建議進(jìn)行升級(jí)，采用替換方式開通3G/4G/5G。

i）未有L2100覆蓋站點(diǎn)。可根據(jù)4G 容量需求（優(yōu)先考慮必?cái)U(kuò)等級(jí)的擴(kuò)容需求）和投資能力優(yōu)先利舊現(xiàn)網(wǎng)板卡資源，考慮同步反向開通2.1 GHz LTE。

3.2 功率設(shè)置

綜合考慮設(shè)備功率、需開通的網(wǎng)絡(luò)制式情況，建議2.1 GHz NR 的基礎(chǔ)單通道功率譜密度為1 W/MHz，條件允許時(shí)，開至2 W/MHz。針對(duì)4×60 W 和4×80 W，功率配置建議如表10 所示，其他1 800～2 100 MHz 的寬頻設(shè)備可參考該建議進(jìn)行配置。

表10 功率配置建議

3.3 頻率設(shè)置

綜合考慮獲取未分配頻率和電聯(lián)共享節(jié)奏，對(duì)2.1 GHz頻率在近、中、遠(yuǎn)期各制式的使用建議如下。

近期：基于目前自有25 MHz 頻率，預(yù)留5 MHz 頻率給中國聯(lián)通WCDMA，剩下20 MHz 供4G/5G DSS 載波使用。

中期：DSS 大帶寬載波成熟，電聯(lián)的2.1 GHz 還未完全放開共享。如果未獲取未授權(quán)的10 MHz資源，預(yù)留5 MHz 頻率給中國聯(lián)通WCDMA，剩下20 MHz 供4G/5G DSS 載波使用。如果獲取未授權(quán)的10 MHz 資源，開通30 MHz的4G/5G DSS載波。

遠(yuǎn)期：DSS大帶寬載波成熟，電聯(lián)全面放開頻率共享，如果未獲取未授權(quán)的10 MHz 資源，預(yù)留5 MHz 頻率給中國聯(lián)通WCDMA 并遷移至頻率末端，剩下40 MHz 供4G/5G DSS 載波使用。如果獲取未授權(quán)的10 MHz 資源，預(yù)留5 MHz 頻率給中國聯(lián)通WCDMA 并遷移至頻率末端，剩下50 MHz 供4G/5G DSS 載波使用。2.1 GHz頻率使用建議如表11所示。

表11 2.1 GHz頻率使用建議

4 需重點(diǎn)關(guān)注問題

4.1 SS功能不成熟問題

a）S 狀態(tài)下的NR 側(cè)網(wǎng)絡(luò)能力僅為同等帶寬NR的35%，需推動(dòng)廠家優(yōu)化算法，提升性能。

b）異廠家對(duì)DSS 的功能實(shí)現(xiàn)算法存在差異，容易增加鄰區(qū)干擾而降低DSS 載波的性能，需推動(dòng)各廠家優(yōu)化算法，減少異廠家區(qū)域的干擾。

c）MOD3方式和TM9專屬載波可提升DSS網(wǎng)絡(luò)性能，但MOD3對(duì)齊需要對(duì)全網(wǎng)站點(diǎn)調(diào)整時(shí)頻同步，整改工作量大。TM9 專屬載波只允許TM9 終端接入，目前現(xiàn)網(wǎng)支持TM9 終端占比不到10%。需推動(dòng)廠家改進(jìn)優(yōu)化方法，提升DSS載波性能。

4.2 2.1 GHz升級(jí)站點(diǎn)實(shí)施問題

在2.1 GHz 升級(jí)過程中，需重點(diǎn)關(guān)注的一點(diǎn)是，如果現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)的2.1 GHz 站點(diǎn)存在4G 和5G 的BBU 不在同一機(jī)房，建議進(jìn)行BBU 遷移整改。2.1 GHz 頻率升級(jí)中4G/5G不共BBU場景下實(shí)施建議如表12所示。

表12 2.1 GHz頻率升級(jí)中4G/5G不共BBU場景下實(shí)施建議

5 結(jié)束語

2.1 GHz 重耕是電聯(lián)5G 發(fā)展前行必不可少的手段，產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈都已逐步成熟，本文結(jié)合理論和實(shí)測數(shù)據(jù)，分析關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，輸出可落地的策略建議。2.1 GHz 重耕仍存在較多的問題，需運(yùn)營商、設(shè)備廠家、終端廠家等共同推進(jìn)解決，融合各方力量，推進(jìn)5G新基建的發(fā)展。