5G多頻組網(wǎng)探討

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司廣東省分公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷深入，5G 高清視頻直播業(yè)務(wù)、AR/VR 逐步發(fā)展，5G 網(wǎng)絡(luò)對(duì)上行速率需求及深度廣度覆蓋要求越來(lái)越高。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)前期3G/4G 網(wǎng)絡(luò)多年的建設(shè)運(yùn)營(yíng)，已具備豐富的站址資源，在1.8 GHz/2.1 GHz 頻段已具備良好的廣度深度覆蓋能力。然而5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋以3.5 GHz 頻段為主，即使共享現(xiàn)有1.8 GHz/2.1 GHz 站址資源，也會(huì)因其覆蓋能力明顯弱于1.8 GHz 和2.1 GHz[1]，而難以滿足業(yè)務(wù)速率需求，特別是上行速率需求。如何快速部署一張低成本的5G 網(wǎng)絡(luò)，以滿足上述業(yè)務(wù)的需求，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商提升自身競(jìng)爭(zhēng)能力是非常重要的。

1 不同頻率的覆蓋能力分析

1.1 3.5 GHz與2.1 GHz覆蓋能力對(duì)比分析

在滿足業(yè)務(wù)對(duì)邊緣速率要求的基礎(chǔ)上（下行邊緣速率≥100 Mbit/s、上行邊緣速率≥5 Mbit/s），對(duì)比3.5 GHz 和 2.1 GHz頻率在覆蓋能力上（特別是上行）的差異情況。設(shè)定3.5 GHz基站天線64T64R、2.1 GHz 天線4T4R 和手機(jī)天線2T4R 情況下[2]，運(yùn)用傳播模型工具[3]，分別對(duì)3.5 GHz 和 2.1 GHz 頻率下的小區(qū)邊緣速率情況進(jìn)行仿真計(jì)算驗(yàn)證，可得出下述結(jié)果：（1）處于 3.5 GHz 下行100 Mbit/s 邊緣速率時(shí)，邊緣信號(hào)強(qiáng)度-118.5 dBm，站間距868.4 m；（2）處于 3.5 GHz 下行大于100 Mbit/s 且上行 5 Mbit/s 邊緣速率時(shí)，邊緣信號(hào)強(qiáng)度-109.89 dBm，站間距382 m；（3）處于2.1 GHz 上行5 Mbit/s 邊緣速率時(shí)，邊緣信號(hào)強(qiáng)度-111.3 dBm，站間距643.4 m。在同為滿足上行邊緣速率≥5 Mbit/s 的要求下，2.1 GHz（頻寬20 MHz）基站間距為3.5 GHz（頻寬100 MHz）的1.7 倍以上，在上行覆蓋能力對(duì)比上，2.1 GHz 頻段明顯優(yōu)于3.5 GHz 頻段。具體如表1 所示。

1.2 3.5 GHz滿足上行和下行業(yè)務(wù)需求時(shí)對(duì)覆蓋能力的電平值要求

為研究下行速率與下行覆蓋能力在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的映射關(guān)系[4]，對(duì)城區(qū)與周邊區(qū)域相當(dāng)隔絕的3.5 GHz 連片區(qū)域進(jìn)行了近50 km 的路測(cè)。下行測(cè)試總采樣點(diǎn)27.8 萬(wàn)個(gè)，DL RSRP ≥-120 dBm 采樣點(diǎn)27.6 萬(wàn)個(gè)，其中DL RSRP ≥-120 dBm 且下行速率≥100 Mbit/s 的采樣點(diǎn)19.24 萬(wàn)個(gè)，占DL RSRP ≥-120 dBm 采樣點(diǎn)比例為69.7%。對(duì)上述采樣點(diǎn)進(jìn)行擬合后，得出下行覆蓋電平DL RSRP 在-120 dBm 以上時(shí)，可基本滿足下行速率≥100 Mbit/s 要求（見圖1）。

上行測(cè)試總采樣點(diǎn)24.5 萬(wàn)個(gè)，DL RSRP ≥-110 dBm 采樣點(diǎn)23.3 萬(wàn)個(gè)，其中DL RSRP ≥-110 dBm 且上行速率≥5 Mbit/s 的采樣點(diǎn)16.33 萬(wàn)個(gè)，占比DL RSRP ≥-110 dBm采樣點(diǎn)比例為70.1%。對(duì)上述采樣點(diǎn)進(jìn)行擬合后，得出下行覆蓋電平DL RSRP 在-110 dBm 以上時(shí)，可基本滿足上行邊緣速率≥5 Mbit/s 要求（見圖2）。

從上面分析可得出，對(duì)于無(wú)線空口速率要求達(dá)到下行邊緣速率100 Mbit/s 和上行邊緣速率5 Mbit/s 情況下，對(duì)應(yīng)下行覆蓋能力（DL RSRP）電平值最低要求-110 dBm及以上（見表2）。

表1 2.1 GHz與3.5 GHz覆蓋能力與速率對(duì)比分析表

圖1 下行速率與下行覆蓋能力擬合圖

圖2 上行速率與下行覆蓋能力擬合圖

表2 上下行邊緣速率對(duì)覆蓋能力（DL RSRP）電平值最低要求

2 多頻組網(wǎng)仿真分析

2.1 5G網(wǎng)絡(luò)單頻組網(wǎng)覆蓋和速率能力受限問(wèn)題

根據(jù)5G 典型業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上下行速率的基本要求（見表3），運(yùn)營(yíng)商如果需要快速部署一張滿足這些業(yè)務(wù)速率需求且覆蓋良好的網(wǎng)絡(luò)，基于3.5 GHz 和2.1 GHz 頻段進(jìn)行多頻組網(wǎng)是一種較好的選擇[5]。

2.2 仿真區(qū)域選取

為對(duì)5G 多頻組網(wǎng)技術(shù)方案進(jìn)行深入研究分析，在某城市城區(qū)選取一區(qū)域A，其面積18 km2，開通5G 宏站點(diǎn)85 個(gè)，道路測(cè)評(píng)平均速率為800 Mbit/s，峰值速率為2.7 Gbit/s。在區(qū)域A 內(nèi)，部分密集區(qū)域仍存在下行覆蓋深度不足和速率不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。根據(jù)柵格化MR 覆蓋評(píng)估，MR 覆蓋率為95.53%（RSRP 大于-110 dBm 的MR 采樣點(diǎn)占比），下行弱覆蓋柵格占比10.75%（RSRP＜-110 dBm 比例大于20%的柵格）。

為滿足5G 典型業(yè)務(wù)應(yīng)用的速率需求，下面對(duì)區(qū)域A在網(wǎng)絡(luò)下行覆蓋能力（DL RSRP）≥-110 dBm 的基礎(chǔ)上，以下行邊緣速率≥100 Mbit/s，上行邊緣速率≥5 Mbit/s 滿足度98%為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)，重點(diǎn)對(duì)基于3.5 GHz 和2.1 GHz的5G 組網(wǎng)進(jìn)行研究。

2.3 不同組網(wǎng)方案仿真

在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷70% 場(chǎng)景下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，通過(guò)對(duì)不同路徑的仿真結(jié)果進(jìn)行擇優(yōu)對(duì)比，最終獲得達(dá)成目標(biāo)且網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本最優(yōu)的技術(shù)方案。規(guī)劃仿真步驟及路徑如圖3 所示，仿真評(píng)估參數(shù)如表4 所示。

步驟一：以滿足下行邊緣速率≥100 Mbit/s 為目標(biāo)，結(jié)合區(qū)域A 現(xiàn)有已開通3.5 GHz 的 85 個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真測(cè)算，得出當(dāng)前下行邊緣速率≥100 Mbit/s 比例為96.62%，上行邊緣速率≥5 Mbit/s 比例為87.84%。

步驟二：在完成步驟一現(xiàn)狀仿真后，為使下行和上行的速率滿足度均達(dá)到98%以上，按方案一（3.5 GHz 單頻）：在原85 個(gè)3.5 GHz 基礎(chǔ)上，繼續(xù)新增3.5 GHz 獨(dú)立站址基站；方案二（3.5 GHz 獨(dú)立站+2.1 GHz 獨(dú)立站，即獨(dú)立多頻）：在原85 個(gè)3.5 GHz 基礎(chǔ)上，繼續(xù)新增2.1 GHz 獨(dú)立站址基站；方案三（混合多頻）：在原85 個(gè)3.5 GHz 基礎(chǔ)上，繼續(xù)新增2.1 GHz 共部分現(xiàn)網(wǎng)站址的基站等三個(gè)方案分別仿真，結(jié)果如表5 所示，三個(gè)方案的仿真示意如圖4 所示。

2.4 仿真結(jié)果分析

在達(dá)成區(qū)域A 以下行邊緣速率≥100 Mbit/s，上行邊緣速率≥5 Mbit/s 滿足度98%為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)要求下，方案一需要建設(shè)3.5 GHz 站址172 個(gè)，其中含現(xiàn)網(wǎng)3.5 GHz 獨(dú)立站點(diǎn)站址85 個(gè)，共需要3.5 GHz 設(shè)備172 套（含現(xiàn)網(wǎng)85 套）。方案二需要建設(shè)站址共116 個(gè)，其中含現(xiàn)網(wǎng)3.5 GHz 獨(dú)立站點(diǎn)站址85 個(gè)及新增2.1 GHz 獨(dú)立站點(diǎn)站址31 個(gè)，需要設(shè)備共116 套，對(duì)比方案一節(jié)省站址56 個(gè)、設(shè)備56 套。方案三需要建設(shè)站址共85 個(gè)，其中3.5 GHz 獨(dú)立站址25 個(gè)，3.5 GHz 和2.1 GHz 共站址60 個(gè)，需要設(shè)備共145 套，其中3.5 GHz 設(shè)備85 套、2.1 GHz 設(shè)備60 套，對(duì)比方案一節(jié)省站址87 個(gè)、設(shè)備27 套。采用3.5 GHz 和2.1 GHz 多頻組網(wǎng)的方案二和方案三比3.5 GHz 單頻組網(wǎng)的方案所需站址和設(shè)備數(shù)量更少，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本更優(yōu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)基于3.5 GHz 和2.1 GHz 多頻組網(wǎng)下的技術(shù)方案進(jìn)行仿真分析及研究，提出了5G 網(wǎng)絡(luò)由傳統(tǒng)的單一頻段（3.5 GHz）組網(wǎng)演進(jìn)為3.5 GHz+2.1 GHz 多頻組網(wǎng)方式的思路。通過(guò)選擇某城市典型城區(qū)區(qū)域A 的5G 網(wǎng)絡(luò)為分析對(duì)象，在滿足達(dá)到網(wǎng)絡(luò)邊緣覆蓋和速率目標(biāo)要求，且加載負(fù)荷達(dá)70%的情況下，采用3.5 GHz+2.1 GHz 多頻組網(wǎng)方案比3.5 GHz 單頻組網(wǎng)方案所需站址和設(shè)備數(shù)量更少，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本更優(yōu)。因此，建議3.5 GHz+2.1 GHz 多頻組網(wǎng)方式為5G 網(wǎng)絡(luò)的快速低成本部署的主要方向。

表3 5G典型業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)速率要求

圖3 規(guī)劃仿真步驟及路徑示意圖

表4 仿真評(píng)估參數(shù)表

表5 三種實(shí)施方案需建站點(diǎn)總數(shù)及滿足度情況

圖4 三個(gè)方案的仿真示意圖