NR 900 MHz 和NR 2.1 GHz 網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能對比

NR900MHz和NR2.1GHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能對比本期專題MonthlyTopicNR900MHz和NR2.1GHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能對比CoveragePerformanceComparisonBetweenNR900MHzandNR2.1GHzLiuYang1，MiaoShouye2，WangWei1，LiFuchang1(1.ChinaUnicomResearchInstitute，Beijing100048，China；2.ChinaUnitedNet?workCommunicationsGroupCo.，Ltd.，Beijing100033，China)摘要：當前國內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)主要部署在中頻段，然而中頻相較低頻段傳輸損耗和穿透損耗大，建維成本高，不適宜室外站覆蓋室內(nèi)和農(nóng)村場景廣覆蓋，使用中低頻混合組網(wǎng)實現(xiàn)室外站覆蓋室內(nèi)和農(nóng)村廣覆蓋成為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最佳選擇。對5G網(wǎng)絡(luò)的低頻(900MHz)與中頻(2.1GHz)的覆蓋性能進行理論分析對比，并進的覆蓋性能優(yōu)勢。Abstract：關(guān)鍵詞：sn文章編號：1007-3043(2022)08-0035-05開放科學(xué)(資源服務(wù))標識碼(OSID)： tenancetionstocoverindoorandruralscenesUsingthemediumandlowfrequencyhy tion.Ittheoreticallyanalyzesandcomparesthecoverageperformanceoflowfrequency(900MHz)andmediumfrequency emonstratesthecoverageperformanceadvantageofNRKeywords：1概述5G連接能力不斷拓展，應(yīng)用邊界繼續(xù)擴展，逐漸實現(xiàn)賦能千行百業(yè)，推動數(shù)字經(jīng)濟與實體經(jīng)濟融合。頻率和帶寬分配是影響5G建設(shè)和運營策略最直接和最重要的因素之一，5G頻譜一般分為低頻(小于1GHz頻段)、中頻(1~6GHz頻段)和高頻(毫米波頻段)，目前國內(nèi)大部分5G網(wǎng)絡(luò)部署在中頻。中頻相較收稿日期：2022-06-01低頻(700~900MHz)傳輸損耗大，穿透能力弱，對于深度覆蓋場景，中頻宏站覆蓋穿透多面墻體的室內(nèi)場景效果不好，沒有5G室分覆蓋的情況下部分流量仍需G率低，中頻覆蓋建站密度大，使用中頻段建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)很難實現(xiàn)收支平衡。因此，利用低頻段建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，與中頻5G網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)，滿足深度覆蓋和農(nóng)村廣覆蓋需求成為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最佳選擇。本文對低頻5G網(wǎng)絡(luò)(900MHz)與中頻5G網(wǎng)絡(luò)(2.1GHz)進行理論分析郵電設(shè)計技術(shù)/2022/0835本期專題MonthlyTopicNR900MHz和NR2.1GHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能對比網(wǎng)絡(luò)的覆蓋優(yōu)勢。2理論分析本文通過鏈路預(yù)算的方法對低頻5G網(wǎng)絡(luò)(900MHz)與中頻5G網(wǎng)絡(luò)(2.1GHz)進行理論分析對比。鏈路預(yù)算是通過對發(fā)射端到接收端之間的各種增益、衰減進行預(yù)算，從而估算信號能成功從發(fā)射端傳送到接收端之間的最大距離。最大允許路徑損耗(MAPL)通過下式計算：Margininterference-SRx-LOSSpenetration式中：Pmax——發(fā)射機最大發(fā)射功率GTx——發(fā)射機天線增益GRx——接收機天線增益bodyMargininterference——干擾余量LOSSpenetration——建筑物穿透損耗SRx——接收機靈敏度，SRx=接收機底噪+SINR解調(diào)門限，其中SINR解調(diào)門限與邊緣速率、分配RB無線網(wǎng)常用的2類宏蜂窩傳播模型是Okumura-Hata和Cost231-Hata，其中Okumura-Hata模型適用頻MHzCostHata率1500~2600MHz。本文對NR900MHz的覆蓋分析采用Okumura-Hata模型，對于NR2.1GHz的覆蓋分析采用Cost231-Hata模型。且天線掛高均為20m，基站側(cè)MIMO配置為4T4R，單通道發(fā)射功率相同，即每10MHz帶寬發(fā)射功率為4×20W，子載波間隔為15kHz，終端側(cè)MIMO配置NR結(jié)果進行對比，假定基站方向角沿道路方向，陰影衰落取0dB。以一般城區(qū)場景為例，鏈路預(yù)算結(jié)果如表-100dBm，NR900MHz與基站直線距離為2.16km，NRGHz距離為1.42km；如果接收到的SSB-RSRP為-105dBm，NR900MHz與基站直線距離表2為距離基站相同位置，NR900MHz與NR2.1表1NR900MHz與2.1GHz鏈路預(yù)算對比(覆蓋距離)頻段NR900NR900目標SSB-RSRP/dBm-100-100-105-105最大發(fā)射功率/W03200320發(fā)射功率/子載波/dBm21212121發(fā)射天線類型4T4R4T4R4T4R4T4R終端天線類型發(fā)射天線增益/dB發(fā)射分集增益/dB2.5接收天線增益/dB2.552.55陰影衰落/dB0000基站天線高度/m20202020終端天線高度/m146.5151.5覆蓋半徑/km422.9695表2NR900MHz與2.1GHz鏈路預(yù)算對比(SSB-RSRP強度)覆蓋距離/m5001000200025003000NR900MHzSSB-RSRP/dBm-51.47-76.90-87.85-98.80-102.33-105.21SSB-RSRP/dBm-58.04-83.47-94.42-105.37-108.90-111.78GHz接收到的SSB-RSRP理論分析對比。結(jié)果顯示，相同位置NR2.1GHz接收的SSB-RSRP比NR900進一步地，基于3GPPTS38.901不同頻段不同材質(zhì)的穿透損耗計算方法，從深度覆蓋角度分析，表3為穿透不同材質(zhì)墻體，NR2.1GHz與NR900MHz終端接收到的SSB-RSRP差值。結(jié)果顯示，深度覆蓋場景表3900MHz和2.1GHz深度覆蓋對比材質(zhì)穿透損耗計算公式/dB900MHz穿透損耗/dB穿透損耗/dBSSB-RSRP差值 (NR900MHz-NR2.1GHz)/dB普通玻璃Lglass=2+0.2f2.426.81紅外隔熱玻璃LIIRglass=23+0.3f23.2723.636.93水泥墻Lconcrete=5+4f8.6013.4011.37木板Lwood=4.85+0.12f4.966.71綜上，理論分析結(jié)果顯示，無論是室外或深度覆3測試驗證3.1單站拉遠362022/08/DTPTNR900MHz和NR2.1GHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能對比本期專題MonthlyTopic選取某小型城市搭建測試環(huán)境，NR900MHz、2.1GHzmNR900MHz帶寬Hz側(cè)MIMO配置均為4T4R。NR900MHz發(fā)射功率為4×20W，NR2.1GHz發(fā)射功率為4×80W。測試終端在配置為1T4R。測試小區(qū)方向角沿道路方向，測試終端進行灌包業(yè)務(wù)，沿測試道路以30km/h車速進行拉遠測試，以對比900MHz頻段和2100MHz頻段的廣覆蓋性能。圖1為灌包測試過程中SSB-RSRP的測試結(jié)果，2255m時，SSB-RSRP開始低于-100dBm，與基站直線距離為2815m時，SSB-RSRP開始低于-105dBm；RSRP開始低于-100dBm，與基站直線距離為2165mdBmNRMHzSSBRSRPNR.1GHz，總體比NR2.1綜上，NR900MHz在室外場景覆蓋性能明顯優(yōu)于205295385475565655745835925102011101200129013801475156516602052953854755656557458359251020111012001290138014751565166017751845193520252115221023002390248025702660276528702980SSB-RSRP/dBm-50-55-60-40-452100MHz-NR-4T4R-40MHz-80W900MHz-NR-4T4R-10MHz-20W-65-70-75-80-85-90-95-100-105-110-115-120-125-130-135距離/m圖1單站拉遠SSB-RSRP測試結(jié)果3.2深度覆蓋筑物的平面圖，箭頭方向為天線覆蓋方向。建筑物1測試房間為6層建筑的2層，建筑物2測試房間為6層建筑的1層(底商)，建筑物1與基站間的距離相較建筑物2近，分別選取不同位置的0~6號共7個點位進行定點測試和屋內(nèi)遍歷測試(建筑物陽臺為玻璃窗，測試過程中陽臺窗戶打開，即點位0為室外覆蓋場景)?；菊靖呒s為20m，NR900MHz和2.1GHz共天線，其他基站和終端配置與拉遠測試相同。在屋內(nèi)進行下行灌包和VoNR語音2項業(yè)務(wù)的遍歷測試，并分別在0~6點位進行下行灌包和VoNR語音業(yè)務(wù)定點測試，每項業(yè)務(wù)在每個點位持續(xù)1min，記的測試結(jié)果。測試結(jié)果顯示：深度覆蓋場景下，屋內(nèi)穿透的墻透2面墻體)接收到的SSB-RSRP明顯低于在點位1 (穿透1面墻體)接收到的SSB-RSRP；穿透墻體越厚，終端接收到的SSB-RSRP越低，表4中終端在點位6 (穿透1面60cm外墻)接收到的SSB-RSRP明顯低于在點位1(穿透1面40cm墻體)；終端位置越深，即距郵電設(shè)計技術(shù)/2022/0837本期專題MonthlyTopicNR900MHz和NR2.1GHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能對比cm木隔斷北側(cè)臥室cm木隔斷北側(cè)臥室天線覆蓋方向6樓道62陽臺衛(wèi)生間1廳半2陽臺衛(wèi)生間1廳半墻020cm廚房40廚房40cm30cm34南側(cè)臥室5外墻60cm外墻60cm玻璃隔斷0221 4 3 56圖2室內(nèi)測試建筑物平面圖表4建筑物1室內(nèi)覆蓋測試結(jié)果點位數(shù)據(jù)平均RSRP/dBm平均下行速率/(Mbit/s)語音平均RSRP/dBmNR900MHzNR900MHzNR900MHzNR900MHz0-66.98-74.6686.44220.90-67.80-73.133.803.881-79.74-88.7473.84196.39-80.48-89.143.853.702-81.42-90.78225.60-81.51-89.643.643.923-77.58-86.2471.60219.36-77.38-86.153.903.794-85.01-90.4048.48132.29-85.90-89.463.813.895-82.33-92.1178.98-82.65-92.123.893.666-85.15-94.4360.06147.52-85.86-93.853.803.80遍歷-79.52-89.2963.61174.87-80.49-91.543.753.82對比2個頻段的深度覆蓋情況，NR900MHz深度覆蓋性能明顯優(yōu)于NR2.1GHz。相同點位，NR900MHz終端接收到的SSB-RSRP相較NR2.1GHz總體高dB左右，穿透墻體越多、墻面越厚，NR900MHz覆蓋性能相較NR2.1GHz優(yōu)勢越明顯；業(yè)務(wù)性能方面，建筑物離基站位置較近，深度覆蓋信號強度尚可，因此2個頻段語音業(yè)務(wù)質(zhì)量均表現(xiàn)良好，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面由于NR2.1GHz配置40MHz帶寬，數(shù)據(jù)速率優(yōu)于NR900MHz。表5為建筑物2的測試結(jié)果，與建筑物1結(jié)論基本蓋性能方面，總體上900MHz深度覆蓋性能明顯優(yōu)于NR2.1GHz；相同點位，NR900MHz終端接收382022/08/DTPTdBNR.1GHz優(yōu)勢越為明顯。業(yè)務(wù)性能方面，室內(nèi)較深處，NR900MHz數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)表現(xiàn)和語音業(yè)務(wù)表現(xiàn)于覆蓋質(zhì)差發(fā)生數(shù)據(jù)下載業(yè)務(wù)掉線，而NR900MHz仍蓋質(zhì)差發(fā)生語音業(yè)務(wù)掉話，而NR900MHz仍然保持較綜上，NR700MHz和900MHz在深度場景覆蓋性能和業(yè)務(wù)表現(xiàn)明顯優(yōu)于NR2.1GHz，穿透墻體越多、厚、終端位置越深，NR900MHz優(yōu)勢越為明顯。4結(jié)論表6為相同位置通過理論分析和測試驗證獲得NR900MHz和NR2.1GHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能對比本期專題MonthlyTopic表5建筑物2室內(nèi)覆蓋測試結(jié)果點位數(shù)據(jù)平均RSRP/dBm平均下行速率/(Mbit/s)語音平均RSRP/dBmNR900MHzNR900MHzNR900MHzNR900MHz0-75.61-85.3231.6484.50-77.32-86.993.773.651-85.53-99.9728.34101.73-85.40-102.033.643.892-101.65-117.9515.63-100.69-114.963.893.703-108.8無信號15.03掉線-107.39-119.683.733.524-107.34無信號13.67掉線-107.88-120.673.872.945-112.91無信號4.02掉線-113.90-125.453.89掉話6-111.20無信號3.95掉線-112.96-125.413.76掉話遍歷-101.70-113.0016.5728.42-102.85-111.293.442.98表6相同位置NR900MHz與NR2.1GHz信號強度對比對比項目室外覆蓋深度覆蓋理論分析測試結(jié)果理論分析測試結(jié)果NR900MHz與NR2.1GHzSSB-RSRP差值/dB6.67.4 (水泥墻)的NR900MHz與NR2.1GHz信號強度差值，包括室外覆蓋和深度覆蓋2個場景。結(jié)果顯示，同一位置在室外場景和深度覆蓋場景，NR900MHz覆蓋性能均明收信號強度相較NR2.1GHz高6~10dB；深度覆蓋場景，NR900MHz在相同點位接收到的SSB-RSRP相較NR2.1GHz高9~15dB。表7為獲得相同信號強度，和測試結(jié)果均表明，獲得相同信號強度情況下，NRMHzNRGHzm以上。表7NR900MHz與NR2.1GHz覆蓋距離對比頻段NR900MHzNR21GHz目標SSB-RSRP/dBm-100-105-100-105理論分析覆蓋距離/km2.964295測試結(jié)果覆蓋距離/km2.252.8243綜上，NR900MHz廣覆蓋和深覆蓋性能均明顯優(yōu)于NR2.1GHz，特別是在深度覆蓋場景下，業(yè)務(wù)體驗底覆蓋與中頻網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)，可以獲得更優(yōu)的覆蓋性能和業(yè)務(wù)體驗，適用于郊區(qū)和農(nóng)村廣覆蓋場景和深度覆蓋場景。參考文獻： [