015-5G網絡2.1GHz和3.5GHz頻段性能對比

5G網絡2.1GHz和3.5GHz頻段性能對比目錄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測4.4T4R2.1GNR語音支撐能力分析5.2.1G和3.5G應用建議6.結束語

隨著移動通信網絡的不斷發(fā)展，運營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營商考慮的首要問題。目前2.1G和3.5G頻段是5G網絡部署的主流頻段，本文從鏈路預算和實地測試兩個方面對2.1G和3.5G的覆蓋性能進行了對比，詳細分析了他們在覆蓋性能、業(yè)務承載上的差異，論證了3.5G頻段獨立組網的缺陷及2.1G頻段重耕對后續(xù)組網效率的提升。并結合山東聯(lián)通現(xiàn)網情況提出了對應的建設策略。為后續(xù)5G網絡建設提供重要依據(jù)。摘要：隨著5G牌照的頒布，中國5G網絡商用拉開了序幕。工信部授權中國聯(lián)通使用3.5GHz作為5G頻段。3.5G頻段在全球產業(yè)支撐最好，然而3.5G頻段頻率高，信號衰減更快?；?.5G頻段部署5G網絡將需要新增更多基站，且相應的基站設備投資和配套投資也將會大大提高。如何低成本建設一張高品質、具有競爭力的5G網絡成為擺在中國聯(lián)通面前的一個重要問題。隨著中國聯(lián)通和中國電信啟動共建共享5G網絡，這一契機為5G網絡的建設帶來了機遇。目前中國聯(lián)通3G網絡擁有2.1G頻段15MHz帶寬，4G網絡擁有2.1G頻段10MHz帶寬，中國電信4G網絡擁有2.1G頻段20MHz帶寬。中國聯(lián)通和中國電信兩家在2.1G頻段擁有45MHz帶寬，另外國內2.1G頻段還剩余10MHz帶寬未分配，如獲得批準使用，中國聯(lián)通和中國電信在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網絡中如何合理高效地利用是目前運營商考慮的首要問題。本文結合鏈路預算和實地測試2個方面對2.1G和3.5G頻段的覆蓋性能、業(yè)務承載等方面進行了對比分析，詳細分析了它們在覆蓋性能、業(yè)務承載上的差異，論證了3.5G頻段獨立組網的缺陷及2.1G頻段重耕對后續(xù)組網效率的提升，并結合山東聯(lián)通現(xiàn)網情況提出了對應的建設策略，為后續(xù)5G網絡建設提供重要依據(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，從而導致終端側的上行覆蓋不足。以現(xiàn)網B3頻段（1.8G頻段）為基準點，分別計算1.8G、3.5G、2.1G、2.6G頻段的鏈路預算理論值。通過上行鏈路預算結果對比可以發(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算結果二、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頻段獨立部署5G網絡上行覆蓋較差。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實測選取濰坊市開發(fā)區(qū)谷德廣場基站進行測試，由于目前尚未有支持2.1G的NR終端，因此實地測試時，同站部署2.1G4T4RLTE設備與3.5G64TRNR設備，對3.5G與2.1G頻段上行覆蓋能力進行實地對比測試。3.1測試參數(shù)設置a）同站部署2.1G4T4RLTE設備與3.5G64TRNR設備，設置相同的掛高、方向角、下傾角等參數(shù)。測試時通過臨時關閉周圍基站、調整發(fā)射功率等手段使主測小區(qū)覆蓋范圍擴大至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測3.2測試情況說明對2.1G和3.5G頻段的覆蓋情況進行測試，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)進行測試，相關的CQT及DT測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測連續(xù)覆蓋區(qū)域室外拉網路測（DT測試）要求如下：a）2部終端并排放置與車內桌面或座位上，分別鎖頻3.5和2.1GHz，各自發(fā)起滿bufferFTP上行業(yè)務并保持。b）網管側實時記錄測試時間內主測小區(qū)的上行底噪等信息。c）測試車攜帶測試終端及路測工具沿預定路線慢速移動（不高于5km/h），遍歷主測小區(qū)內道路，且測試時間不小于1h。d）如果業(yè)務掉線，記錄掉線信息，在附近重新發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務，繼續(xù)路測。e）路測軟件按要求實時記錄整個測試過程中的LOG數(shù)據(jù)。在進行深度覆蓋CQT測試時，按照圖2在3.5G和2.1G小區(qū)主瓣法線方向由近及遠選取不少于7棟樓宇作為CQT測試樓宇，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測在進行深度覆蓋CQT測試時，按照圖2在3.5G和2.1G小區(qū)主瓣法線方向由近及遠選取不少于7棟樓宇作為CQT測試樓宇，直至樓宇距離基站500m以外或無法接入為止。a）每棟待測樓宇選擇高、中、低層分別進行測試，優(yōu)選1層、3層、5層進行測試。b）2部終端并排放置，分別鎖頻3.5GHz和2.1GHz后，在各樓宇內測試點發(fā)起滿bufferFTP上行業(yè)務，遍歷樓內道路并至少保持業(yè)務1min；若測試樓宇內無法完成接入，詳細記錄測試現(xiàn)象。c）保持站高、下傾角不變，將兩主測小區(qū)順時針旋轉30°（鄰近小區(qū)按需調整），在原測試位置，按照相同的測試路線，重復步驟（b）。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實測2.1G與3.5G單小區(qū)上行覆蓋CQT測試對比結果如圖3所示。由圖3測試結果可知，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測在進行DT測試數(shù)據(jù)分析中，LTE2.1G手機與NR3.5G手機同位置/同時在小區(qū)內進行拉網測試，為便于對比分析，把相同位置NR與LTE速率按照LTERSRP歸一化處理。以現(xiàn)網實際道路覆蓋測試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測試軌跡結果如圖4所示。通過路測數(shù)據(jù)RSRP對比分析，2.1G頻段測試的平均電平值為-97dBm；而3.5G頻段測試的平均電平值為-105dBm，且部分測試區(qū)域脫網情況嚴重。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實測隨著覆蓋距離的增加，在非視距場景下3.5G的信號衰落大于2.1G，且兩者信號強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，視距場景內3.5G的信號接收強度與2.1G相差約為7dB，在覆蓋距離較遠處，非視距場景內兩者信號強度相差14dB。三、2.1G和3.5G頻段上行覆蓋能力實測另外，從小區(qū)邊緣覆蓋情況對3.5G和2.1G進行分析，如圖6所示。由圖6分析可知，在小區(qū)邊緣速度為1Mbit/s時，2.1G的接收信號為-115dBm，而3.5G的接收信號為-106dBm，LTE2.1G與NR3.5在現(xiàn)網實際環(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測對上行速率進行了對比分析，信號強度在-98dBm時，3.5GNR的上行速率明顯高于2.1G頻段。四、4T4R2.1GNR語音支撐能力分析在中國聯(lián)通和中國電信共建共享大原則確定的前提下，語音承載方案逐漸向VoNR的方向演進。在NSA組網階段時，通過VoLTE靈活分配至中國聯(lián)通或中國電信的LTE網絡來承載。在SA組網階段時，初期可以通過EPS回落至LTE網絡，后續(xù)在2.1G頻段上平滑開啟VoNR功能。對VoLTE和WCDMA網絡語音承載進行對比分析，通過分析MOS值和RSRP數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)2.1G頻段上VoNR的語音質量強于WCDMA網絡的語音質量。五、2.1G和3.5G應用建議通過前面的分析可知，2.1G頻段能夠有效增強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設備產業(yè)鏈相對成熟。綜合分析，對2.1G和3.5G頻段的應用，總結分析如下。a）由于2.1GNR設備產業(yè)鏈還不成熟，5G網絡建設初期建議以3.5G網絡為打底網，實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。后續(xù)加速推進2G、3G網絡的減頻退頻，適時重耕2.1G頻段，高低頻協(xié)同打造差異化5G網絡。b）5G網絡采用2.1G與3.5G頻段混合組網，是建設優(yōu)質5G網絡的重要思路。2.1G頻段可提供上行容量補充及深度覆蓋延伸，根據(jù)建設需求靈活組網，提升用戶感知，增強中國聯(lián)通品牌影響力。c）3G/4G/5G混模組網可利用現(xiàn)網設備軟件升級開通5G業(yè)務，在降低5G網絡建設成本的同時，深度挖掘現(xiàn)網設備能力，實現(xiàn)資源利用最大化。同時也為后續(xù)網絡結構調整提供前提條件。結束語本文從鏈路預算和實地測試2個方面對2.1G和3.5G頻段的覆蓋性能進行了對比分析，3.5G頻段信號衰減較大，在深度覆蓋方面3.5G