015-5G網(wǎng)絡(luò)2.1GHz和3.5GHz頻段性能對(duì)比

5G網(wǎng)絡(luò)2.1GHz和3.5GHz頻段性能對(duì)比目錄CONTENTS1.概述2.2.1G和3.5G頻段覆蓋能力理論分析3.2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)4.4T4R2.1GNR語(yǔ)音支撐能力分析5.2.1G和3.5G應(yīng)用建議6.結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商擁有高中低不同的頻段資源，無線電頻段資源是寶貴的戰(zhàn)略資源，如何合理高效的利用頻譜資源是目前運(yùn)營(yíng)商考慮的首要問題。目前2.1G和3.5G頻段是5G網(wǎng)絡(luò)部署的主流頻段，本文從鏈路預(yù)算和實(shí)地測(cè)試兩個(gè)方面對(duì)2.1G和3.5G的覆蓋性能進(jìn)行了對(duì)比，詳細(xì)分析了他們?cè)诟采w性能、業(yè)務(wù)承載上的差異，論證了3.5G頻段獨(dú)立組網(wǎng)的缺陷及2.1G頻段重耕對(duì)后續(xù)組網(wǎng)效率的提升。并結(jié)合山東聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)情況提出了對(duì)應(yīng)的建設(shè)策略。為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供重要依據(jù)。摘要：隨著5G牌照的頒布，中國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)商用拉開了序幕。工信部授權(quán)中國(guó)聯(lián)通使用3.5GHz作為5G頻段。3.5G頻段在全球產(chǎn)業(yè)支撐最好，然而3.5G頻段頻率高，信號(hào)衰減更快?；?.5G頻段部署5G網(wǎng)絡(luò)將需要新增更多基站，且相應(yīng)的基站設(shè)備投資和配套投資也將會(huì)大大提高。如何低成本建設(shè)一張高品質(zhì)、具有競(jìng)爭(zhēng)力的5G網(wǎng)絡(luò)成為擺在中國(guó)聯(lián)通面前的一個(gè)重要問題。隨著中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信啟動(dòng)共建共享5G網(wǎng)絡(luò)，這一契機(jī)為5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)帶來了機(jī)遇。目前中國(guó)聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)擁有2.1G頻段15MHz帶寬，4G網(wǎng)絡(luò)擁有2.1G頻段10MHz帶寬，中國(guó)電信4G網(wǎng)絡(luò)擁有2.1G頻段20MHz帶寬。中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信兩家在2.1G頻段擁有45MHz帶寬，另外國(guó)內(nèi)2.1G頻段還剩余10MHz帶寬未分配，如獲得批準(zhǔn)使用，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信在2.1G頻段將擁有55MHz帶寬。無線電頻段資源是寶貴的戰(zhàn)略資源，2.1G頻段和3.5G頻段在5G網(wǎng)絡(luò)中如何合理高效地利用是目前運(yùn)營(yíng)商考慮的首要問題。本文結(jié)合鏈路預(yù)算和實(shí)地測(cè)試2個(gè)方面對(duì)2.1G和3.5G頻段的覆蓋性能、業(yè)務(wù)承載等方面進(jìn)行了對(duì)比分析，詳細(xì)分析了它們?cè)诟采w性能、業(yè)務(wù)承載上的差異，論證了3.5G頻段獨(dú)立組網(wǎng)的缺陷及2.1G頻段重耕對(duì)后續(xù)組網(wǎng)效率的提升，并結(jié)合山東聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)情況提出了對(duì)應(yīng)的建設(shè)策略，為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供重要依據(jù)。一、概述3GPP協(xié)議中規(guī)定B42頻段為3.5G頻段，B1頻段為2.1G頻段，B3頻段為1.8G頻段，B41頻段為2.6G頻段。3.5G頻段波長(zhǎng)比2.1G頻段短，3.5G頻段天然穿透能力、繞射能力以及衍射能力較2.1G頻段差，從而導(dǎo)致終端側(cè)的上行覆蓋不足。以現(xiàn)網(wǎng)B3頻段（1.8G頻段）為基準(zhǔn)點(diǎn)，分別計(jì)算1.8G、3.5G、2.1G、2.6G頻段的鏈路預(yù)算理論值。通過上行鏈路預(yù)算結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，3.5G頻段上行能力比2.1G頻段（4T4R）上行能力差7.7dB，比2.6G頻段上行能力差4.2dB。表1示出的是上行鏈路預(yù)算結(jié)果二、2.1G和3.5G頻段覆蓋能力理論分析由此可見，3.5G頻段相比較2.1G頻段獨(dú)立部署5G網(wǎng)絡(luò)上行覆蓋較差。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)選取濰坊市開發(fā)區(qū)谷德廣場(chǎng)基站進(jìn)行測(cè)試，由于目前尚未有支持2.1G的NR終端，因此實(shí)地測(cè)試時(shí)，同站部署2.1G4T4RLTE設(shè)備與3.5G64TRNR設(shè)備，對(duì)3.5G與2.1G頻段上行覆蓋能力進(jìn)行實(shí)地對(duì)比測(cè)試。3.1測(cè)試參數(shù)設(shè)置a）同站部署2.1G4T4RLTE設(shè)備與3.5G64TRNR設(shè)備，設(shè)置相同的掛高、方向角、下傾角等參數(shù)。測(cè)試時(shí)通過臨時(shí)關(guān)閉周圍基站、調(diào)整發(fā)射功率等手段使主測(cè)小區(qū)覆蓋范圍擴(kuò)大至500m以上。b）3.5G基站配置情況為：功率配置為200W，SSB-RS參數(shù)為17.8dBm，NR下行中心載頻3550MHz，帶寬100MHz；下上行時(shí)隙配比7∶3。SA終端天線配置要求2T4R，最大發(fā)射功率為26dBm。2.1G基站配置為：功率配置為4×40W；CRSRS參數(shù)設(shè)置為21.2dBm；SA終端天線配置要求1T4R，最大發(fā)射功率為23dBm。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)3.2測(cè)試情況說明對(duì)2.1G和3.5G頻段的覆蓋情況進(jìn)行測(cè)試，選擇2.1G與3.5G頻段主瓣法線方向、掛高、方向角、下傾角（包含電子下傾）和功率譜密度相同的扇區(qū)進(jìn)行測(cè)試，相關(guān)的CQT及DT測(cè)試路線示意圖如下所示：三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)連續(xù)覆蓋區(qū)域室外拉網(wǎng)路測(cè)（DT測(cè)試）要求如下：a）2部終端并排放置與車內(nèi)桌面或座位上，分別鎖頻3.5和2.1GHz，各自發(fā)起滿bufferFTP上行業(yè)務(wù)并保持。b）網(wǎng)管側(cè)實(shí)時(shí)記錄測(cè)試時(shí)間內(nèi)主測(cè)小區(qū)的上行底噪等信息。c）測(cè)試車攜帶測(cè)試終端及路測(cè)工具沿預(yù)定路線慢速移動(dòng)（不高于5km/h），遍歷主測(cè)小區(qū)內(nèi)道路，且測(cè)試時(shí)間不小于1h。d）如果業(yè)務(wù)掉線，記錄掉線信息，在附近重新發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，繼續(xù)路測(cè)。e）路測(cè)軟件按要求實(shí)時(shí)記錄整個(gè)測(cè)試過程中的LOG數(shù)據(jù)。在進(jìn)行深度覆蓋CQT測(cè)試時(shí)，按照?qǐng)D2在3.5G和2.1G小區(qū)主瓣法線方向由近及遠(yuǎn)選取不少于7棟樓宇作為CQT測(cè)試樓宇，直至樓宇距離基站500m以外或無法接入為止。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)在進(jìn)行深度覆蓋CQT測(cè)試時(shí)，按照?qǐng)D2在3.5G和2.1G小區(qū)主瓣法線方向由近及遠(yuǎn)選取不少于7棟樓宇作為CQT測(cè)試樓宇，直至樓宇距離基站500m以外或無法接入為止。a）每棟待測(cè)樓宇選擇高、中、低層分別進(jìn)行測(cè)試，優(yōu)選1層、3層、5層進(jìn)行測(cè)試。b）2部終端并排放置，分別鎖頻3.5GHz和2.1GHz后，在各樓宇內(nèi)測(cè)試點(diǎn)發(fā)起滿bufferFTP上行業(yè)務(wù)，遍歷樓內(nèi)道路并至少保持業(yè)務(wù)1min；若測(cè)試樓宇內(nèi)無法完成接入，詳細(xì)記錄測(cè)試現(xiàn)象。c）保持站高、下傾角不變，將兩主測(cè)小區(qū)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°（鄰近小區(qū)按需調(diào)整），在原測(cè)試位置，按照相同的測(cè)試路線，重復(fù)步驟（b）。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)2.1G與3.5G單小區(qū)上行覆蓋CQT測(cè)試對(duì)比結(jié)果如圖3所示。由圖3測(cè)試結(jié)果可知，在小區(qū)覆蓋邊緣(LTERSRP<-105dBm)情況下，2.1G頻段近似覆蓋概率為94%，3.5G頻段近似覆蓋概率為31%。在深度覆蓋情況下，CQT測(cè)試3.5G頻段RSRP值較2.1G頻段少6~7dB，說明在深度覆蓋方面3.5G頻段性能較2.1G頻段差。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)在進(jìn)行DT測(cè)試數(shù)據(jù)分析中，LTE2.1G手機(jī)與NR3.5G手機(jī)同位置/同時(shí)在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行拉網(wǎng)測(cè)試，為便于對(duì)比分析，把相同位置NR與LTE速率按照LTERSRP歸一化處理。以現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際道路覆蓋測(cè)試2.1G與3.5G頻段，選擇2.1G與3.5G頻段主瓣法線方向、掛高、方向角、下傾角（包含電子下傾）和功率譜密度相同的扇區(qū)。DT測(cè)試軌跡結(jié)果如圖4所示。通過路測(cè)數(shù)據(jù)RSRP對(duì)比分析，2.1G頻段測(cè)試的平均電平值為-97dBm；而3.5G頻段測(cè)試的平均電平值為-105dBm，且部分測(cè)試區(qū)域脫網(wǎng)情況嚴(yán)重。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)隨著覆蓋距離的增加，在非視距場(chǎng)景下3.5G的信號(hào)衰落大于2.1G，且兩者信號(hào)強(qiáng)度差異隨著覆蓋距離的增加而繼續(xù)增大，數(shù)據(jù)分析情況如圖5所示。由圖5數(shù)據(jù)分析可知，在覆蓋距離較近時(shí)，視距場(chǎng)景內(nèi)3.5G的信號(hào)接收強(qiáng)度與2.1G相差約為7dB，在覆蓋距離較遠(yuǎn)處，非視距場(chǎng)景內(nèi)兩者信號(hào)強(qiáng)度相差14dB。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)另外，從小區(qū)邊緣覆蓋情況對(duì)3.5G和2.1G進(jìn)行分析，如圖6所示。由圖6分析可知，在小區(qū)邊緣速度為1Mbit/s時(shí)，2.1G的接收信號(hào)為-115dBm，而3.5G的接收信號(hào)為-106dBm，LTE2.1G與NR3.5在現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際環(huán)境中上行覆蓋差異為9dB。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實(shí)測(cè)對(duì)上行速率進(jìn)行了對(duì)比分析，信號(hào)強(qiáng)度在-98dBm時(shí)，3.5GNR的上行速率明顯高于2.1G頻段。四、4T4R2.1GNR語(yǔ)音支撐能力分析在中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信共建共享大原則確定的前提下，語(yǔ)音承載方案逐漸向VoNR的方向演進(jìn)。在NSA組網(wǎng)階段時(shí)，通過VoLTE靈活分配至中國(guó)聯(lián)通或中國(guó)電信的LTE網(wǎng)絡(luò)來承載。在SA組網(wǎng)階段時(shí)，初期可以通過EPS回落至LTE網(wǎng)絡(luò)，后續(xù)在2.1G頻段上平滑開啟VoNR功能。對(duì)VoLTE和WCDMA網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音承載進(jìn)行對(duì)比分析，通過分析MOS值和RSRP數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)2.1G頻段上VoNR的語(yǔ)音質(zhì)量強(qiáng)于WCDMA網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音質(zhì)量。五、2.1G和3.5G應(yīng)用建議通過前面的分析可知，2.1G頻段能夠有效增強(qiáng)3.5G頻段的容量和覆蓋，但2.1G頻段帶寬不如3.5G頻段帶寬資源豐富，且3.5GNR設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟。綜合分析，對(duì)2.1G和3.5G頻段的應(yīng)用，總結(jié)分析如下。a）由于2.1GNR設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈還不成熟，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期建議以3.5G網(wǎng)絡(luò)為打底網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋。后續(xù)加速推進(jìn)2G、3G網(wǎng)絡(luò)的減頻退頻，適時(shí)重耕2.1G頻段，高低頻協(xié)同打造差異化5G網(wǎng)絡(luò)。b）5G網(wǎng)絡(luò)采用2.1G與3.5G頻段混合組網(wǎng)，是建設(shè)優(yōu)質(zhì)5G網(wǎng)絡(luò)的重要思路。2.1G頻段可提供上行容量補(bǔ)充及深度覆蓋延伸，根據(jù)建設(shè)需求靈活組網(wǎng)，提升用戶感知，增強(qiáng)中國(guó)聯(lián)通品牌影響力。c）3G/4G/5G混模組網(wǎng)可利用現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備軟件升級(jí)開通5G業(yè)務(wù)，在降低5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的同時(shí)，深度挖掘現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備能力，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。同時(shí)也為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供前提條件。結(jié)束語(yǔ)本文從鏈路預(yù)算和實(shí)地測(cè)試2個(gè)方面對(duì)2.1G和3.5G頻段的覆蓋性能進(jìn)行了對(duì)比分析，3.5G頻段信號(hào)衰減較大，在深度覆蓋方面3.5G