不同場景下的5G設備選型淺析

王鎮鑫 王鑫炎 石賢富 李曉東 許舒建

中國聯合網絡通信集團有限公司紹興分公司

0 引言

在網絡規劃階段，首先要考慮網絡覆蓋性能及質量，同時需要考慮基站抱桿空間，那么重量與體積就會受到限制，而不同設備選型會影響最終的建設效果，因此在規劃階段針對不同場景科學選擇5G設備類型非常重要。當前中國聯通總部針對密集城區、一般城區、縣城等作了大致要求，但是具體到各站點的設備選型需結合現場無線環境來確定。

1 多維度對比分析大規模天線

以華為設備為例，不同類型的設備覆蓋性能、體積、重量均存在明顯差異，這些與天線陣子排列相關，目前華為32TRx與64TRx的AAU主流存在以下三種陣子分布，如圖1所示。

圖1 32TRx對比64TRx陣子分布

1.1 陣子分布維度分析8TRx與32TRx

在對比32TRx與64TRx之前，先確認一個參考點，拿8TRx的RRU5258建立參考，如圖2所示。32TRx 16H2V垂直覆蓋維度增加為2層波束覆蓋，而8TRx只有一層波束，在底層覆蓋場景，要同時照顧到近點覆蓋和中遠點覆蓋的平衡，8TRx覆蓋下傾角會相對于32TRx壓得更低，從而照顧近點覆蓋，這樣32TRx的上層波束邊緣EIRP會更高，其邊緣RSRP能得到提升。

圖2 對比32TRx與8TRx覆蓋差異

1.2 多維度分析32TRx與64TRx

如果采用192陣子32TRx的AAU5313對比同樣192陣子64TRx的AAU5613，功率都是最大輸出功率200W，從天線陣子排列和TRx通道數兩個維度來進行對比，分析其差異。首先從陣子分布維度來進行分析，按照8TRx與32TRx對比思路來分析16TRx、32TRx和64TRx，如圖3所示，16TRx只有單層波束覆蓋，64TRx支持4層波束覆蓋，極致覆蓋效果對比中會首選64TRx，只是受限于重量和體積的需求差異。

圖3 對比16TRx、32TRx與64TRx覆蓋差異

面朝AAU天線的波束方向圖上對比64TRx與32TRx如圖4、圖5所示，64TRx垂直面支持4層波束，32TRx垂直面支持2層波束。

圖4 64TRx波束方向圖

圖5 32TRx波束方向圖

同時64TRx垂直面同極化方向采用1驅3，而32TRx垂直面同極化方向采用1驅6，理論上垂直面達到2T及以上可以實現3D MIMO，以更大范圍實現垂直覆蓋。而垂直面1驅N，N越大，兩T之間的距離就越大，可轉動調整角度就越小，所以相同下傾角的前提下，32TRx比64TRx可調角度小50%，因此高層覆蓋4V要更好，窄波束，EIRP更優，深度覆蓋效果更好。同理，32TRx的8H4V對比16H2V更適合密集城區的高層深度覆蓋，但是8H4V的水平覆蓋角度會比16H2V的水平覆蓋角度小。

總結天線陣子數量的影響，EIRP的影響決定覆蓋場景應用，發現SSB覆蓋場景定義的Scenario_1～Scenario_16中，AAU5313（16H2V）支持的場景化波束雖然要少一些，但是也可以支持Scenario12-15這四種垂直3dB波寬寬度25°的場景。這里AAU5313的垂直面最大還是只能形成2個波束，只是每個波束寬度能做到12°，或者形成一個25°的垂直波束，而64TRx的AAU5613場景化波束支持能力更強，且垂直面能做到4層窄波束覆蓋，垂直面增益更強。如表1所示。

表1 AAU/RRU支持的覆蓋場景

圖6 32TRx對比64TRx垂直覆蓋差異

分析射頻通道的差異，通道數的變化對設備的成本影響較大，在實際場景中，通道數不能任意增加，同時信道條件也是受限的，支持的最大流數也是有限的，所以設備的通道數和通道的排列方式需要綜合考慮需求、性能、信道條件、可生產性、成本等因素，如圖7所示，TRx在有源部分，對應增加TRx數量，AAU的重量、體積、功耗等問題也會隨之而來。

圖7 32TRx AAU通道與陣子構成圖

64TR和32TR AAU通道數不同以及天線設計的差異如圖8所示，這帶來系統容量和覆蓋的差異。

圖8 天線陣列排布

容量：由于空分復用能力的差異，相較于32通道，64通道小區平均吞吐量上下行均有30%以上的增益，同時邊緣速率上行有50%以上提升，下行有35%以上提升。

覆蓋：64通道AAU垂直面波束寬度為24度，32通道垂直面波束寬度為12度。相較于32通道，64通道在高樓層覆蓋更有優勢，在中高層樓層有20～45%以上的容量增益。

2 32TRx與64TRx場景選擇

64TRx可以提供更大的容量和頻譜效率，32TRx會降低頻譜效率、降低成本，可根據網絡的容量需求，選配不同類型的產品，以實現在滿足需求的前提下降低設備成本。考慮到5G現有主流頻段在3400MHz-3600MHz，為保證與4G網絡同覆蓋，結合前述陣子數量的分析，設備的陣子數不能低于128陣子（8×8×2排列），目前有128和192（8×12×2）兩種主流的陣子數。同樣考慮到天面的迎風面積，天面的尺寸不宜過大。在通道數和陣子數進行組合選擇時，需要綜合考慮覆蓋性能和覆蓋范圍。

通道數量與數據流數有關，理論上，在信道條件需要的情況下，通道數越多，可以支持的傳輸流數越多。雖然目前受限于波束正交干擾影響，64TRx與32TRx對下行PDSCHMUMIMO特性中承諾都是支持16流，但從波束隔離度的達標要求來看，后續64TRx如果采用24個準正交的DMRS序列，那么64TRx也是可以將支持的16流數擴展到24流，而32TRx本身波束個數受限，其最大流數也將受限。

綜上所述，從覆蓋和容量兩方面對比，64TRx具備更多優勢。64TR設備相對于32TR設備，空分能力更強，上下行容量均有30%的提升，小區邊緣速率也有35%以上的提升。64TR在高樓層覆蓋方面更有優勢，在中高層樓層的容量方面相對于32TR可提升20%以上，符合密集城區網絡建設需求。因此建議在密集城區以3.5G 64TR設備建設為主。

3 結束語

相較于32TR，64TR具有覆蓋和容量方面的優勢，但建設和運營成本更高。在5G網絡規劃中，需綜合考慮建筑場景、用戶密集程度、業務需求，合理選取64TR和32TR設備，低成本建設高質量的5G網絡，助推公司高質量發展。