5G優(yōu)化案例：不同場景5G規(guī)劃探索

不同場景5G規(guī)劃探索不同場景5G規(guī)劃探索XX分公司XXXX年XX月目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、 問題描述 3二、 分析過程 32.1. 傳播模型及鏈路預(yù)算 32.2. 天線波束調(diào)整 9三、 解決措施 93.1. 室外站5G規(guī)劃 93.2. 室分站5G規(guī)劃 113.3. 5G天線波束調(diào)整規(guī)劃 11四、 經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 18

不同場景5G規(guī)劃探索XX【摘要】5G作為最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，致力構(gòu)建萬物互聯(lián)的信息與通信技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)，將成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石。5G關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線陣列（Massive-MIMO），超密集組網(wǎng)（UDN），全頻譜接入（FSA），智能網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)云化等。本文研究了不同場景下5G的規(guī)劃方案，通過比較不同邊緣速率下城區(qū)、農(nóng)村等不同場景下的站間距、設(shè)備選型、穿透損耗并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。并通過對天線進(jìn)行立體覆蓋波束調(diào)整，以驗(yàn)證不同場景下的覆蓋效果。【關(guān)鍵字】5G規(guī)劃邊緣速率波束調(diào)整【業(yè)務(wù)類別】規(guī)劃方法問題描述5G三大應(yīng)用場景，包括eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、mMTC（海量大連接）、uRLLC（低時(shí)延高可靠）。eMBB典型應(yīng)用包括超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云游戲、云辦公等。這類場景對帶寬要求極高，同時(shí)對涉及到交互類操作的應(yīng)用還對時(shí)延敏感。uRLLC聚焦對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延極其敏感及可靠性要求很高的業(yè)務(wù)場景。典型應(yīng)用包括工業(yè)控制、無人機(jī)控制、智能駕駛控制等。mMTC典型應(yīng)用包括智慧城市、智能家居等。這類應(yīng)用對連接密度要求較高，同時(shí)呈現(xiàn)行業(yè)多樣性和差異化。5G在不同場景下如何進(jìn)行規(guī)劃、如何進(jìn)行設(shè)備選型、以及如何通過天線調(diào)整等經(jīng)濟(jì)的手段達(dá)到良好覆蓋效果是業(yè)界研究的重要方面。分析過程5G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟是一個(gè)長期過程，4G將與5G網(wǎng)絡(luò)長期并存、有效協(xié)同，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)遵循4G與5G協(xié)同原則，通過兩網(wǎng)有效協(xié)同，滿足業(yè)務(wù)承載需求，其中800M定位VoLTE基礎(chǔ)覆蓋層+NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)+4G基礎(chǔ)容量層；1.8G定位4G補(bǔ)充容量層+中高速物聯(lián)網(wǎng)；2.1G定位4G熱點(diǎn)容量層；5G3.5GHz定位面向超高速率和垂直行業(yè)應(yīng)用的室外主力承載層。傳播模型及鏈路預(yù)算在進(jìn)行無線網(wǎng)規(guī)劃過程中，在給定邊緣用戶吞吐率要求的情況下，通過鏈路預(yù)算得到最大允許路徑損耗，再結(jié)合傳播模型計(jì)算得到小區(qū)覆蓋范圍。SPM模型是半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使用前需要?jīng)過參數(shù)校正。射線跟蹤模型是一種確定性模型，可以模擬電磁波傳播過程中的直射、反射和繞射過程，跟蹤所有從基站發(fā)射出來的射線，計(jì)算出接收機(jī)位置處所有射線的相干合成結(jié)果，射線跟蹤模型可以滿足所有場景的仿真，但射線跟蹤模型計(jì)算量大且需要高精度的3D地圖（5m）。決定5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力的因素主要有：邊緣速率、頻段因素（路徑損耗、穿透損耗、余量等）、空口因素（接收機(jī)靈敏度、天線增益、基站和終端發(fā)射功率、子載波間隔、系統(tǒng)帶寬、控制信道業(yè)務(wù)信道配置、上下行時(shí)隙配比等）。目前主流的傳播模型包括COST231-Hata和3GPPTR38.901中采用的ITU模型。COST231-Hata是由歐洲研究委員會(huì)（陸地移動(dòng)無線電發(fā)展）組織，根據(jù)Okumura-Hata模型擴(kuò)展獲得頻率適用范圍是2GHz以下；3GPP采用的傳播模型基于ITU傳播模型擴(kuò)展，頻率適用范圍是0.5GHz~100GHz。5G則一般采用下列4種模型：表15G常用的傳播模型對于城市室外場景覆蓋，電信集團(tuán)對邊緣速率的要求還未明確，僅給出了取值范圍（上行1-5Mbps，下行40-100Mbps）。5G移動(dòng)網(wǎng)主要為上行業(yè)務(wù)信道受限，因此本文根據(jù)不同邊緣速率要求，按照上行1Mbps/2MMbps/5Mbps，計(jì)算不同場景的站間距。不同邊緣速率下鏈路預(yù)算如下表所示：表25G不同邊緣速率下鏈路預(yù)算表項(xiàng)目上行1M上行2M上行5M系統(tǒng)參數(shù)頻段(GHz)3.53.53.5小區(qū)邊緣速率（Mbps）125帶寬（MHz）100100100上行比率30%30%30%基站天線64T64R64T64R64T64R終端天線2T4R2T4R2T4RRB總數(shù)273273273上下行分配20%20%20%需RB數(shù)61230SINR門限-4-4-4發(fā)射設(shè)

備參數(shù)最大發(fā)射功率262626發(fā)射天線增益000賦形增益000EIRP（不含饋損）262626接收設(shè)

備參數(shù)接收天線增益101010噪聲系數(shù)3.53.53.5熱噪聲-174.00-174.00-174.00接收機(jī)靈敏度-111.05-108.04-104.06分集接收增益14.514.514.5附加損益干擾余量000負(fù)荷因子333切換增益000場景參數(shù)-

密集市區(qū)基站天線高度303030UE天線高度1.51.51.5陰影衰落（95%）11.611.611.6饋線接頭損耗000穿透損耗151515場景參數(shù)-

一般市區(qū)基站天線高度303030陰影衰落（95%）9.49.49.4饋線接頭損耗000穿透損耗222222場景參數(shù)-

郊區(qū)基站天線高度353535陰影衰落（90%）7.27.27.2饋線接頭損耗000穿透損耗191919場景參數(shù)-

農(nóng)村基站天線高度404040陰影衰落（90%）6.26.26.2饋線接頭損耗000穿透損耗161616MAPL密集市區(qū)131.95128.94124.96一般市區(qū)127.15124.14120.16郊區(qū)132.35129.34125.36農(nóng)村136.35133.34129.36街道寬度密集市區(qū)20.0020.0020.00一般市區(qū)20.0020.0020.00郊區(qū)20.0020.0020.00農(nóng)村20.0020.0020.00平均建筑物高度密集市區(qū)40.0040.0040.00一般市區(qū)20.0020.0020.00郊區(qū)10.0010.0010.00農(nóng)村5.005.005.00覆蓋半徑密集市區(qū)376.75315.17248.94一般市區(qū)499.13417.55329.80郊區(qū)960.86803.04633.48農(nóng)村1,555.191,298.681,023.33站間距密集市區(qū)565.12472.75373.41一般市區(qū)748.69626.32494.70郊區(qū)1,441.291,204.57950.23農(nóng)村2,332.791,948.011,534.99對于無線鏈路空間損耗，在密集市區(qū)3.5G與1.8G鏈路損耗差異約9dB。圖1路損測試圖3.5GHz頻段在不同物體的穿透損耗為：在鋼筋混凝土墻的穿透損耗26.2dB、普通水泥墻的穿透損耗20.4dB。與1.8G頻段相比，穿透損耗增大約6-8dB。圖2典型物體穿透損耗值天線波束調(diào)整在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)深度覆蓋優(yōu)化過程中，日常的天饋系統(tǒng)調(diào)整受到了諸多客觀因素的影響，理想的覆蓋智能天線覆蓋需求是主瓣覆蓋目標(biāo)用戶方向，旁瓣覆蓋干擾信號方向，然而實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃受限于無線物理?xiàng)l件，統(tǒng)一的天線權(quán)值下部分小區(qū)與實(shí)際場景覆蓋不匹配，大大影響小區(qū)有效覆蓋性，導(dǎo)致業(yè)務(wù)量下降和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差。因此可考慮通過對天線進(jìn)行立體覆蓋波束調(diào)整，以達(dá)到最有效的覆蓋效果。解決措施以下從城區(qū)、室內(nèi)場景、地鐵、郊區(qū)農(nóng)村等場景介紹5G規(guī)劃方案及相關(guān)的仿真驗(yàn)證，并通過天線波束調(diào)整驗(yàn)證不同場景下的覆蓋效果。室外站5G規(guī)劃3.1.1城區(qū)5G規(guī)劃對于密集城區(qū)，從節(jié)約投資、保證覆蓋等諸多因素考慮，初期通過與現(xiàn)網(wǎng)4G站址1:1部署，后期隨著用戶增多、終端發(fā)展成熟，考慮熱點(diǎn)高流量區(qū)域增加站址進(jìn)行SA組網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)覆蓋。針對密集城區(qū)尤其是高密度、高容量需求的場景，由于往往這類場景高樓林立，建筑密集，易產(chǎn)生多徑，64T64R產(chǎn)品在反射、繞射、抗干擾能力方面更強(qiáng)，更適合于城區(qū)復(fù)雜場景，但建設(shè)成本也相對較高。對于一般城區(qū)，尤其是低流量區(qū)域，從建設(shè)成本考慮通過32T32R或16T16R設(shè)備加以解決。對于居民區(qū)、步行街、景區(qū)等區(qū)域的補(bǔ)盲補(bǔ)熱，通過在路燈桿、監(jiān)控桿、建筑外墻等部署4T4RPADRRU等微站產(chǎn)品進(jìn)行覆蓋。針對密集城區(qū)、一般市區(qū)，結(jié)合各場景下的傳播模型及鏈路預(yù)算情況，進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。對于密集城區(qū)，選取樓宇較為集中，建筑物高低錯(cuò)落的區(qū)域，設(shè)備選用64T64R產(chǎn)品，對于一般市區(qū)，選取了包含不同樹木、水域等自然場景的區(qū)域，設(shè)備選用32T32R產(chǎn)品，仿真效果圖如下：圖3密集市區(qū)仿真圖圖4一般市區(qū)仿真圖通過仿真，在采用3D-UmaNlos傳播模型，在邊緣速率上行5M情況下，密集城區(qū)站間距設(shè)置為350米—400米，一般市區(qū)站之間設(shè)置為450米—550米能達(dá)到較理想效果。3.1.2郊區(qū)農(nóng)村5G規(guī)劃對于郊區(qū)農(nóng)村場景，用戶數(shù)及流量密度相對較低，在確需建設(shè)的區(qū)域，滿足覆蓋容量需求的同時(shí)，兼顧投資成本，建議采用16T16R設(shè)備。根據(jù)鏈路預(yù)算，郊區(qū)農(nóng)村站間距建議設(shè)置為1000米—1600米為宜。室分站5G規(guī)劃3.2.1室內(nèi)站及微站5G規(guī)劃隨著越來越多的業(yè)務(wù)和流量發(fā)生在室內(nèi)，根據(jù)預(yù)測未來70%的5G典型業(yè)務(wù)場景將發(fā)生在室內(nèi)，室內(nèi)覆蓋的建設(shè)將成為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一大重點(diǎn)。5G規(guī)劃需考慮室內(nèi)、從室內(nèi)到室外、從室外到室內(nèi)的覆蓋場景。5G時(shí)代，室分技術(shù)將逐漸從無源向有源數(shù)字化方向演進(jìn)，并率先在價(jià)值較高的機(jī)場、車站、體育場館等大中型公共建筑內(nèi)使用。目前已建設(shè)的無源室分，將繼續(xù)發(fā)揮價(jià)值，多種室分技術(shù)將在一定時(shí)期內(nèi)并存，互為補(bǔ)充。由于傳統(tǒng)室內(nèi)饋線分布系統(tǒng)無法滿足3.5GHz及以上射頻信號傳輸需求，在高流量和戰(zhàn)略地標(biāo)室分站點(diǎn)可采用5G有源分布系統(tǒng)，微AAU等方式進(jìn)行覆蓋，兼顧考慮覆蓋和容量需求。5G室內(nèi)覆蓋通過微站及有源室分解決，5G微站初期主要覆蓋居民小區(qū)、商業(yè)街等場景，后期將全場景部署，且由于微站覆蓋能力較4G有所降低，需要增加部署密度來加以彌補(bǔ)。5G有源室分定位為容量+覆蓋，立足于全覆蓋部署。3.2.2地鐵場景5G規(guī)劃地鐵場景，站廳層主要通過布放射頻天線一體化單元的建設(shè)方式進(jìn)行覆蓋，天線間距約20米。對于安全入口應(yīng)急通道等位置以及站廳出入口位置加裝PPRU引導(dǎo)內(nèi)外網(wǎng)切換。島式站臺通過布放射頻天線一體化單元+隧道內(nèi)漏纜的建設(shè)方式進(jìn)行覆蓋。對于側(cè)式站臺，由于隧道壁側(cè)無法安裝漏纜，故通過布放射頻天線一體化單元進(jìn)行覆蓋。漏纜主要對車廂內(nèi)進(jìn)行覆蓋，出入車廂的乘客由站臺側(cè)天線進(jìn)行覆蓋。隧道內(nèi)采用支持3.5GHz的5/4型漏纜進(jìn)行覆蓋，采用2xMIMO進(jìn)行設(shè)計(jì)，該方式建設(shè)成本較高，需由鐵塔公司負(fù)責(zé)承建，電信公司每年支付租賃費(fèi)，成本支出壓力較大。另一種方式隧道內(nèi)通過壁掛RRU+對數(shù)周期天線覆蓋，該方案通過地鐵公司代建，后續(xù)不產(chǎn)生鐵塔租賃費(fèi)用，但由于目前國內(nèi)無相關(guān)類似建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，后期優(yōu)化維護(hù)存在一定不確定性。5G天線波束調(diào)整規(guī)劃為了合理改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，豐富無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化手段，發(fā)揮智能天線權(quán)值調(diào)整在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中的作用，本次針對5GNR小區(qū)進(jìn)行立體覆蓋波束調(diào)整，針對16種覆蓋場景下的權(quán)值設(shè)置進(jìn)行尋優(yōu)驗(yàn)證，已達(dá)到最有效的覆蓋效果評估。表3不同場景權(quán)值設(shè)置表覆蓋場景ID覆蓋場景場景介紹水平3dB波寬垂直3dB波寬傾角可調(diào)范圍方位角可調(diào)范圍SCENARIO_1廣場場景非標(biāo)準(zhǔn)3扇區(qū)組網(wǎng)，適用于水平寬覆蓋，水平覆蓋比場景2大，比如廣場場景和寬大建筑。近點(diǎn)覆蓋比場景2略差。110°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°0°SCENARIO_2干擾場景非標(biāo)準(zhǔn)3扇區(qū)組網(wǎng)，當(dāng)鄰區(qū)存在強(qiáng)干擾源時(shí)，可以收縮小區(qū)的水平覆蓋范圍，減少鄰區(qū)干擾的影響。由于垂直覆蓋角度最小，適用于低層覆蓋。90°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°-10°~10°SCENARIO_3干擾場景非標(biāo)準(zhǔn)3扇區(qū)組網(wǎng)，當(dāng)鄰區(qū)存在強(qiáng)干擾源時(shí)，可以收縮小區(qū)的水平覆蓋范圍，減少鄰區(qū)干擾的影響。由于垂直覆蓋角度最小，適用于低層覆蓋。65°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°l64T（AAU5612、AAU5613）：-22°~22°SCENARIO_4樓宇場景低層樓宇，熱點(diǎn)覆蓋。45°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°-32°~32°SCENARIO_5樓宇場景低層樓宇，熱點(diǎn)覆蓋。25°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°-42°~42°SCENARIO_6中層覆蓋廣場場景非標(biāo)準(zhǔn)3扇區(qū)組網(wǎng)，水平覆蓋最大，且?guī)е袑痈采w的場景。110°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°0°SCENARIO_7中層覆蓋干擾場景非標(biāo)準(zhǔn)3扇區(qū)組網(wǎng)，當(dāng)鄰區(qū)存在強(qiáng)干擾源時(shí)，可以收縮小區(qū)的水平覆蓋范圍，減少鄰區(qū)干擾的影響。由于垂直覆蓋角度相對于SCENARIO_1~SCENARIO_5變大，適用于中層覆蓋。90°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-10°~10°SCENARIO_8中層覆蓋干擾場景非標(biāo)準(zhǔn)3扇區(qū)組網(wǎng)，當(dāng)鄰區(qū)存在強(qiáng)干擾源時(shí)，可以收縮小區(qū)的水平覆蓋范圍，減少鄰區(qū)干擾的影響。由于垂直覆蓋角度相對于SCENARIO_1~SCENARIO_5變大，適用于中層覆蓋。65°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-22°~22°SCENARIO_9中層樓宇場景中層樓宇，熱點(diǎn)覆蓋。45°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-32°~32°SCENARIO_10中層樓宇場景中層樓宇，熱點(diǎn)覆蓋。25°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-42°~42°SCENARIO_11中層樓宇場景中層樓宇，熱點(diǎn)覆蓋。15°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-47°~47SCENARIO_12廣場+高層樓宇場景非標(biāo)準(zhǔn)3扇區(qū)組網(wǎng)，水平覆蓋最大，且?guī)Ц邔痈采w的場景。當(dāng)需要廣播信道體現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的覆蓋情況時(shí)，建議使用該場景。110°25°lAAU5612：3°lAAU5613及其他AAU：6°0°SCENARIO_13高層覆蓋干擾場景非標(biāo)準(zhǔn)3扇區(qū)組網(wǎng)，當(dāng)鄰區(qū)存在強(qiáng)干擾源時(shí)，可以收縮小區(qū)的水平覆蓋范圍，減少鄰區(qū)干擾的影響。由于垂直覆蓋角度最大，適用于高層覆蓋。65°25lAAU5612：3°lAAU5613及其他AAU：6°64T（AAU