基于Massive MIMO與載波聚合特性的5G網絡速率提升研究

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.020

摘? 要：5G作為新一代移動通信技術，具有大帶寬、廣連接、低時延三大特點，逐漸得到各行各業的廣泛應用，尤其在高清視頻直播、VR 等行業的應用更為普遍。5G網絡速率不僅是衡量網絡性能的一個重要指標，也影響著各行業的體驗感知。該文對5G網絡速率的提升進行研究，通過Massive MIMO特性和載波聚合特性提升重要場景的5G速率，多次驗證并總結了5G速率提升效果。

關鍵詞：5G速率;Massive MIMO;載波聚合

中圖分類號：TN919.3;TN929.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）08-0067-04

Research on Rate Improvement of 5G Network Based on Massive MIMO and Carrier Aggregation Characteristic

CAO Jun

（Shuozhou Branch of China Mobile Group Shanxi Co.，Ltd.，Shuozhou? 036002，China）

Abstract：As a new generation of mobile communication technology，5G has the characteristics of large bandwidth，wide connection and low delay，which has been widely used in all walks of life，especially in HD video live broadcast，VR and other industries. 5G network rate? is not only an important indicator to measure the performance of network，but also affects the experience perception of various industries. This paper studies the 5G network rate improvement，improves the 5G rate of important scenarios through the Massive MIMO characteristics and carrier aggregation characteristics，and verifies and summarizes the 5G rate improvement effect for many times.

Keywords：5G rate;Massive MIMO;carrier aggregation

0? 引? 言

2019年和2020年是5G飛速發展的兩年，當前全國5G基站數量已超70萬個，相較于4G，對5G的帶寬要求更高，為了能夠給用戶提供高品質的5G體驗，需要不斷地對5G網絡進行優化，以滿足5G垂直行業日新月異的需求。本人的工作所在地開通了363個5G基站，但是5G的平均速率僅為500 Mbps左右，5G速率提升對于感知提升意義重大，大多數城市都在優化提升5G速率，采用的方法大多以傳統手段為主，主要是提升信道質量，降低重疊覆蓋，優化MCS、誤碼率等空口指標。

本文主要研究通過Massive MIMO特性和載波聚合特性提升重要場景的5G速率，對于Massive MIMO特性，通過調節天線波束形態可對中高層樓宇等場景產生增益效果。載波聚合技術能夠增加無線帶寬，使上下行空口可用資源更多。對于Massive MIMO特性驗證，分別選取高中低樓宇，無線側設置對應的波束場景進行多輪測試，最終得出適合對應樓層高度的波束覆蓋場景，可進行全地市推廣。載波聚合技術是4.9G頻段和2.6G頻段的疊加聚合，在熱點區域部署不僅可以提升容量，還能夠滿足大帶寬相關業務，如VR演示、8K直播等，分別在體育館、美都匯、人民公園等場景部署2.6+4.9載波聚合，進行多次測試對比特性部署前后的速率值。

1? Massive MIMO波束場景優化提升5G體驗速率

Massive MIMO作為5G的關鍵特性之一，通過集成大規模天線陣列實現了更多的收發通道，能夠成倍提升系統容量，并支持通過調整天線權值來改變小區的水平和垂直面覆蓋。

Massive MIMO結合波束賦形技術可以針對不同場景，選擇不同的廣播波束場景應用方案，同時設置合理的電子方位角和電子傾角，可以有效地優化覆蓋以及提升用戶感知。不同波束場景對不同樓層覆蓋增益有所不同，水平及豎直不同波寬可影響信號RSRP的強度、SINR、RANK等空口信道指標，從而對上下行空口傳輸質量產生一定增益。目前Massive MIMO廣播波束場景化配置加默認模式共計17種模式，如表1所示。

我們對常見場景中波束配置進行測試驗證，測試儀器采用mate30pro手機和鼎力測試軟件，統計空口質量和上下行速率，以步測下行灌包的方式對被測樓宇進行測試。

1.1? 高層樓宇場景

高層樓宇由于太高，普通天線很難覆蓋到高層，且深度覆蓋不足，嚴重影響到用戶體驗，華為AAU產品具有可調天線功能，能夠設置不同模式的波束，對于高層樓宇，建議使用垂直面覆蓋最寬的波束，提升垂直覆蓋范圍，可以從波束模式12～16中選擇。選取多棟高層場景樓宇進行測試，以下行灌包的方式進行測試，采用鼎力軟件統計速率，進行多輪測試最終以平均值統計結果。根據覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，12，14，15，16，測試數據如表2所示。

對利用室外站點覆蓋高樓的場景來說，選擇波束模式12時，SS-RSRP、SS-SINR和上下行速率都達到了最優值，大多數高層樓宇場景可考慮借鑒本次測試結果。

1.2? 中層樓宇場景

對于高檔小區或商業圈，建議使用垂直面覆蓋比較寬的波束，保證垂直覆蓋范圍，可以從波束模式6～11中選擇。選擇有天線直接面對測試樓宇的場景進行測試，對被測樓宇采用步測下行灌包的方式進行測試，進行多輪測試最終以平均值統計結果。根據覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，6，7，8，9，10，11，不同波束場景模式下水平和豎直薄板寬度有一定差別，測試數據如表3所示。

對于中層樓宇場景，選擇波束模式6時，SS-RSRP和SS-SINR都達到了最優值，大多數中層樓宇場景可考慮借鑒本次測試結果。

1.3? 低層密集小區場景

普通居民小區或城中村，此場景對垂直覆蓋范圍要求不高，可以從波束模式0～5中選擇。選取樓宇較為密集的小區進行測試，在小區內進行DT測試以及對扇區正對的樓宇采用步測下行灌包的方式進行測試，進行多輪測試最終以平均值統計結果。根據覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，1，4，5。測試數據如表4所示。

本次測試中，選擇波束模式1時，SS-RSRP和SS-SINR都達到了最優值，低層密集小區場景可考慮借鑒本次測試結果。

1.4? 空曠場景

廣場、綠化帶或市內自然風景區這些地方無高層建筑物，對垂直覆蓋范圍沒有要求，但是場景內用戶流量大，需考慮平面覆蓋和容量。空曠地帶由于沒有高層建筑，5G信號很難產生多徑折射效應，下行流數不會太高，所以空曠場景下的優化難度也隨之提高。選擇多個空曠場景進行DT測試，進行多輪測試最終以平均值統計結果。根據覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，1，4，5。測試數據如表5所示。

本次測試中，選擇波束模式4時，SS-RSRP和SS-SINR都達到了最優值，空曠場景可考慮借鑒本次測試結果。

1.5? 聚類市場場景

集市、演唱會、大型體育、文藝盛典這些場景無高層建筑物，對垂直覆蓋范圍沒有要求;但是場景內用戶流量大且分布范圍廣，需考慮平面覆蓋和容量。選取用戶數量較為密集的市場場景進行測試，在大市場內進行DT測試，最終以平均值統計結果。根據覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，1，4，5。測試數據如表6所示。

本次測試中，選擇默認波束模式0時，SS-RSRP和SS-SINR都達到了最優值，聚類市場場景可考慮借鑒本次測試結果。

綜合這5種測試結果，不同應用場景下選擇的最優波束場景如表7所示。

2? 多頻段載波聚合提升5G體驗速率

載波聚合是將2個或更多個載波單元聚合在一起以支持更大的空口傳輸帶寬，這樣可以高效地利用不同的頻譜，中國移動當前有2.6G和4.9G頻段，目前已實現2.6G頻段和4.9G頻段載波聚合技術，利用5G頻段載波聚合技術，在本地市熱點區域進行部署，可以滿足大帶寬的需求。

利用載波聚合技術使速率得到明顯提升。本次測試為定點測試，采用市場上華為mateX終端，以及手機自帶的speedtest軟件測速，進行多輪測試后取平均值，測試結果如表8所示。

3? 結? 論

在5G大帶寬標準的要求下，就如何提升5G網絡速率，一線通信工作人員一直在不斷地探究和總結，本文也從實際需求出發，從5G網絡產品的特性方面總結速率提升經驗。研究Massive MIMO特性優化，使用不同波束匹配不同高度的樓宇場景測試驗證，選出最優波束場景。實施后提升效果明顯，能夠切實提升城區用戶感知體驗。此外，為提升下載速率，本文研究了載波聚合技術，在不同地點進行多輪測試，得出不同場景載波聚合效果，載波聚合技術能夠使單載波峰值下行1.3 Gbps提升至雙載波的3 Gbps，可以滿足8K高清實時直播需求。從總體來看，本文進行的5G速率提升研究具有一定的指導意義，可提升和優化一線人員的工作效率。但是本文所研究的內容還不夠深入，工作停留在測試、驗證、總結的環節，后期將持續學習5G理論知識及新技術新特性，進行深入的研究，以不斷提升5G網絡質量。

參考文獻：

[1] 3GPP. General Packet Radio Service（GPRS）enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network（E-UTRAN）access：TS 123 401-2019 [S].3GPP TS 23.401 v15.1.0，2018.

[2] 唐鈺茹.我國5G移動通信技術研究文獻研究綜述 [J].計算機產品與流通，2018（2）：52.

[3] ETSI. Deployment of Mobile Edge Computing in an NFV environment（V1.1.1）：GR MEC 017-2018 [S/OL].[2018-02-01].https：//www.etsi.org/deliver/etsi_gr/MEC/001_099/017/01.01.01_60/gr_MEC017v010101p.pdf.

[4] 韓喆.5G用戶體驗速率優化方法研究 [J].中國信息界，2020（4）：87-90.

[5] 何文燦，蘇鳳軒，吳文韻，等.5G NSA基站峰值速率優化方法研究 [J].郵電設計技術，2020（8）：47-52.

作者簡介：曹君（1976—），男，漢族，山西朔州人，中級通信工程師，碩士研究生，研究方向：網絡優化、規劃、維護，客戶感知提升。

收稿日期：2021-03-16