基于2.6 GHz+4.9 GHz頻段5G雙層組網(wǎng)方案的研究

劉 洋，龔戈勇，丁 遠(yuǎn)

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

2020年，在國家“新基建”政策的推進(jìn)下5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度超越期望。中國移動預(yù)計全年建設(shè)5G基站將超過3.5×105個。在大規(guī)模進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的同時中國移動也面臨著較大的競爭壓力，需要考慮如何充分利用已獲得的5G頻段資源，通過2.6 GHz+4.9 GHz兩個頻段協(xié)同組網(wǎng)打造5G雙層精品網(wǎng)絡(luò)，有效改善當(dāng)前2.6 GHz單頻段5G網(wǎng)絡(luò)面臨的不足和挑戰(zhàn)，提升其5G網(wǎng)絡(luò)競爭力。

1 2.6G頻段5G單層網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)

與4G相比，5G系統(tǒng)擁有比4G更低的時延、更大的系統(tǒng)容量以及更高的數(shù)據(jù)下載速率。能夠支持毫秒級的端到端時延，下載速率高達(dá)1 Gb/s，連接數(shù)密度為每平方公里一百萬，其移動性在500 km/h以上。當(dāng)然，5G網(wǎng)絡(luò)不僅是指速度快，它還是一個具有萬物互聯(lián)和泛在網(wǎng)等特征的完整體系。作為普通消費者來說，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)選擇哪個運(yùn)營商主要還是考慮其數(shù)據(jù)速率。因此，最近一兩年時間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)的下載速度將是5G運(yùn)營商一個重要的宣傳賣點[1]。

當(dāng)前，中國移動5G基站主要是基于TDD制式的2.6 GHz頻段的基站，上下行共用160 MHz帶寬（2 515～2 675 MHz），部分地市建設(shè)了少量的4.9 GHz頻段的基站。2.6 GHz作為中低頻段，相較于其他運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)采用的3.5 GHz頻段具備穿透能力更強(qiáng)、覆蓋面更廣以及傳播損耗更低等優(yōu)勢。隨著中國聯(lián)通與電信在全國范圍內(nèi)合作共建共享同一張5G網(wǎng)絡(luò)，兩家運(yùn)營商的用戶可以在3.5 GHz頻段上共享使用3 400～3 600 MHz共200 MHz的寬頻段資源。通過利用差異化帶寬優(yōu)勢和載波聚合技術(shù)，在開啟2CC的同時5G用戶可以擁有翻倍的數(shù)據(jù)下載速度。因此，中國聯(lián)通和電信的5G網(wǎng)絡(luò)在3.5 GHz頻段共享的連續(xù)200 MHz超大帶寬超過了中國移動現(xiàn)有2.6 GHz頻段的帶寬，帶來了更快更優(yōu)的用戶體驗和網(wǎng)絡(luò)競爭力。此外，中國移動在采用2.6 GHz頻段進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中也存在著頻段內(nèi)退頻困難的問題。對于5G網(wǎng)絡(luò)速率要求高的場景，2.6 GHz單頻段在實現(xiàn)廣覆蓋的同時難以滿足大容量靈活覆蓋的連接覆蓋，因此容易產(chǎn)生覆蓋盲區(qū)[2]。

2 2.6 GHz+4.9 GHz的5G基站雙層協(xié)同組網(wǎng)方案

面對運(yùn)營商之間激烈的5G網(wǎng)絡(luò)競爭，中國移動通過充分挖掘2.6 GHz＋4.9 GHz的頻率優(yōu)勢，打造5G基站雙層網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)5G雙層精品網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

4.9 GHz頻段具有更為靈活的幀配置和更高的上行峰值速率，可達(dá)2.6 GHz的2倍，但同時下行峰值速率會有少量的損失。在數(shù)據(jù)需求非常大的應(yīng)用場景部署4.9 GHz站點可有效改善2.6 GHz頻段單層覆蓋的弱勢，有效分流熱點區(qū)域突發(fā)的數(shù)據(jù)流量。而在2.6 GHz+4.9 GHz的5G雙層網(wǎng)絡(luò)中，采用2.6 GHz廣覆蓋的特點進(jìn)行區(qū)域連續(xù)覆蓋，形成打底網(wǎng)，同時輔以4.9 GHz頻段站點解決網(wǎng)絡(luò)局部熱點及容量需求。4.9 GHz頻段站點可以為微小站的形式，如地面燈桿站等。此外，部分有明確業(yè)務(wù)需求的室內(nèi)部署2.6 GHz室分基站。2.6 GHz+4.9 GHz雙層協(xié)同組網(wǎng)如圖1所示。

圖1 2.6 GHz+4.9 GHz雙層協(xié)同組網(wǎng)

4.9 GHz頻段的頻率高，覆蓋能力弱，用于熱點高容量覆蓋可以與2.6 GHz形成互補(bǔ)。通過2.6 GHz+4.9 GHz兩個頻段的多載波聚合，將兩個或多個載波單元聚合在一起支持更大的傳輸帶寬，從而提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸比特速率，實現(xiàn)更高的下載速度，有效提升5G網(wǎng)絡(luò)的競爭力[3]。5G載波聚合示意如圖2所示。

圖2 5G載波聚合示意圖

5G載波聚合是載波間的協(xié)同技術(shù)。中國移動2.6 GHz和4.9 GHz頻段的5G載波都有獨立的上下行鏈路，能夠支持標(biāo)準(zhǔn)的鄰區(qū)測量，并支持系統(tǒng)載波獨立調(diào)度。用戶終端可同時接入多載波，從中選擇最佳載波進(jìn)行聚合。在2.6 GHz+4.9 GHz雙層組網(wǎng)時支持跨基站獨立建設(shè)，聚合方案在實際組網(wǎng)時更加靈活，網(wǎng)絡(luò)部署更便捷，單終端速率能達(dá)到較高的理論峰值。通過采用CA技術(shù)，利用移動2.6 GHz+4.9 GHz雙頻段的200 MHz頻譜資源協(xié)同組網(wǎng)，實現(xiàn)峰值速率與網(wǎng)絡(luò)容量的雙提升，進(jìn)一步滿足行業(yè)和個人用戶對5G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的流暢性和使用體驗的剛性需求。

采用2.6 GHz＋4.9 GHz雙層覆蓋時，當(dāng)其中一個頻段的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，另一個系統(tǒng)也能保證5G網(wǎng)絡(luò)的正常通信。5G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段高，單站點覆蓋面積小。采用2.6 GHz單頻段進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋時只能在基站小區(qū)的邊緣部分做到交叉覆蓋，而小區(qū)內(nèi)其他部分則不能交叉覆蓋，部分有阻擋的區(qū)域很容易產(chǎn)生覆蓋盲區(qū)。采用2.6 GHz＋4.9 GHz雙層覆蓋時，通過2.6 GHz和4.9 GHz兩個頻段站點的錯位布置，能有效解決單層網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)的問題。

3 基于2.6 GHz+4.9 GHz頻段的5G基站雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果驗證

3.1 2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)能有效提升覆蓋效果，減少覆蓋盲區(qū)

以某區(qū)域站點31個物理站址來部署2.6 GHz和4.9 GHz頻段的5G網(wǎng)絡(luò)為仿真對象，并對其雙層網(wǎng)進(jìn)行仿真，其工參數(shù)據(jù)參考現(xiàn)網(wǎng)站點CCD表進(jìn)行配置。其中，2.6 GHz頻段的AAU單元掛在桿體上層，4.9 GHz頻段的AAU單元掛在桿體下層。假設(shè)區(qū)域內(nèi)對應(yīng)的站點如果原有2.6 GHz無法滿足容量或覆蓋需求時，那么需要通過增加4.9 GHz基站來補(bǔ)充其需求，增加網(wǎng)絡(luò)容量，工參不變。如果原有2.6 GHz基站覆蓋有明顯盲區(qū)，則新增4.9 GHz小區(qū)新增方位角可以補(bǔ)充覆蓋。

比對2.6 GHz＋4.9 GHz雙層組網(wǎng)與2.6 GHz單層組網(wǎng)的兩種覆蓋模式。在進(jìn)行仿真驗證時，對比只開通2.6 GHz基站和開通2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)基站的覆蓋效果[4]。只開通2.6 GHz基站時的RSRP如圖3和表1所示，開通2.6 GHz+4.9 GHz基站的RSRP如圖4和表2所示。

圖3 只開通2.6 GHz基站時的RSRP

表1 只開通2.6 GHz基站時的RSRP

圖4 開通2.6 GHz+4.9 GHz基站的RSRP

表2 開通2.6 GHz+4.9 GHz基站的RSRP

通過仿真結(jié)果看出，開通雙層網(wǎng)后覆蓋率有所提升，其中信號強(qiáng)的區(qū)域覆蓋率提升明顯。在只開通2.6 GHz基站時，RSRP＞-100 dB的比率為96.23%，RSRP＞-85 dB的比率為49.43%，在開通2.6 GHz+4.9 GHz基站時，RSRP＞-100 dB的比率為99.98%，RSRP＞-85 dB的比率為82.14%。下面進(jìn)一步對SINR進(jìn)行仿真比對，只開通2.6 GHz基站時的SINR如圖5和表3所示，開通2.6 GHz+4.9 GHz基站的SINR如圖6和表4所示。

圖5 只開通2.6 GHz基站時的SINR

表3 只開通2.6 GHz基站時的SINR

圖6 開通2.6 GHz+4.9 GHz基站時的SINR

表4 開通2.6 GHz+4.9 GHz基站時的SINR

通過仿真前后的結(jié)果看出，開通雙層網(wǎng)后信號強(qiáng)的區(qū)域干擾也增大，但整體干擾并無明顯提升，在可控范圍內(nèi)。在只開通2.6 GHz基站時，SINR＞15 dB的比率為16%，即站點信號強(qiáng)的區(qū)域干擾小，在開通2.6 GHz+4.9 GHz基站時，SINR＞15 dB的比率為6.51%，即站點信號強(qiáng)的區(qū)域干擾大。在干擾可控情況下2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)覆蓋效果得到明顯提升，覆蓋盲區(qū)比例減少。

3.2 2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)絡(luò)利用載波聚合實現(xiàn)峰值速率與容量的雙提升

為了提供更高的業(yè)務(wù)速率，2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)絡(luò)可使用載波聚合技術(shù)，充分利用中國移動雙5G頻譜優(yōu)勢，將2.6 GHz和4.9 GHz兩個100 MHz帶寬載波聚合成200 MHz帶寬載波，從而大幅提升用戶的上下行峰值速率體驗。

2020年5 月沿海某地市移動公司攜手國內(nèi)主流設(shè)備廠家通過充分挖掘頻譜效率，在高價值和高容量等特點區(qū)域分別驗證2.6 GHz+4.9 GHz NR 200 MHz頻段間載波聚合、2.6 GHz NR 160 MHz頻段內(nèi)載波聚合以及2.6 GHz LNR動態(tài)頻譜共享等關(guān)鍵技術(shù)。該次測試中將2.6 GHz頻段作為5G主覆蓋層，4.9 GHz頻段將作為熱點容量層，對兩個頻段的頻點采用不同優(yōu)先級來實現(xiàn)在5G網(wǎng)絡(luò)的差異性駐留，保證了用戶在2.6 GHz+4.9 GHz雙頻網(wǎng)絡(luò)中分層駐留。在測試過程中，針對高價值體驗場景，用戶終端可借助2.6 GHz+4.9 GHz NR 200 MHz載波聚合技術(shù)，實現(xiàn)5G單用戶下行速率達(dá)到3 Gb/s。從而為高樓環(huán)境最復(fù)雜，話務(wù)量最高的CBD城區(qū)提供了更快的5G體驗速率。測試現(xiàn)場和測試結(jié)果分別如圖7和圖8所示。

雙載波能力是5G網(wǎng)絡(luò)、用戶終端以及芯片的整合載波聚合，需要網(wǎng)絡(luò)支持，也需要終端、芯片以及天線等多方面整合。利用載波聚合技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)下載速度和5G網(wǎng)絡(luò)容量的同時，充分運(yùn)用運(yùn)營商的已有頻段資源，讓更多的用戶在使用5G業(yè)務(wù)時能體驗更高的速度傳輸。尤其在景區(qū)和會場這類大量用戶使用網(wǎng)絡(luò)的情況下，通過提升容量和速率大大提升網(wǎng)絡(luò)感知。

圖7 測試現(xiàn)場

圖8 測試結(jié)果

4 結(jié) 論

中國移動通過2.6 GHz+4.9 GHz雙頻協(xié)同實現(xiàn)5G精品雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋。利用兩個頻段的交叉覆蓋和載波融合中更大的載波帶寬為用戶提供更快的數(shù)據(jù)下載服務(wù)，拉開與競爭對手之間的差距。同時，中國移動與廣電簽署了5G共建共享700 MHz無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，后期中國移動可用700 MHz作為5G網(wǎng)絡(luò)的打底網(wǎng)，利用2.6 GHz+4.9 GHz實現(xiàn)熱點區(qū)域的容量覆蓋，提升中國移動5G網(wǎng)絡(luò)的上下行容量和覆蓋性能。