基于Massive MIMO與載波聚合特性的5G網(wǎng)絡(luò)速率提升研究

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.020

摘? 要：5G作為新一代移動通信技術(shù)，具有大帶寬、廣連接、低時(shí)延三大特點(diǎn)，逐漸得到各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，尤其在高清視頻直播、VR 等行業(yè)的應(yīng)用更為普遍。5G網(wǎng)絡(luò)速率不僅是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，也影響著各行業(yè)的體驗(yàn)感知。該文對5G網(wǎng)絡(luò)速率的提升進(jìn)行研究，通過Massive MIMO特性和載波聚合特性提升重要場景的5G速率，多次驗(yàn)證并總結(jié)了5G速率提升效果。

關(guān)鍵詞：5G速率;Massive MIMO;載波聚合

中圖分類號：TN919.3;TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）08-0067-04

Research on Rate Improvement of 5G Network Based on Massive MIMO and Carrier Aggregation Characteristic

CAO Jun

（Shuozhou Branch of China Mobile Group Shanxi Co.，Ltd.，Shuozhou? 036002，China）

Abstract：As a new generation of mobile communication technology，5G has the characteristics of large bandwidth，wide connection and low delay，which has been widely used in all walks of life，especially in HD video live broadcast，VR and other industries. 5G network rate? is not only an important indicator to measure the performance of network，but also affects the experience perception of various industries. This paper studies the 5G network rate improvement，improves the 5G rate of important scenarios through the Massive MIMO characteristics and carrier aggregation characteristics，and verifies and summarizes the 5G rate improvement effect for many times.

Keywords：5G rate;Massive MIMO;carrier aggregation

0? 引? 言

2019年和2020年是5G飛速發(fā)展的兩年，當(dāng)前全國5G基站數(shù)量已超70萬個(gè)，相較于4G，對5G的帶寬要求更高，為了能夠給用戶提供高品質(zhì)的5G體驗(yàn)，需要不斷地對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，以滿足5G垂直行業(yè)日新月異的需求。本人的工作所在地開通了363個(gè)5G基站，但是5G的平均速率僅為500 Mbps左右，5G速率提升對于感知提升意義重大，大多數(shù)城市都在優(yōu)化提升5G速率，采用的方法大多以傳統(tǒng)手段為主，主要是提升信道質(zhì)量，降低重疊覆蓋，優(yōu)化MCS、誤碼率等空口指標(biāo)。

本文主要研究通過Massive MIMO特性和載波聚合特性提升重要場景的5G速率，對于Massive MIMO特性，通過調(diào)節(jié)天線波束形態(tài)可對中高層樓宇等場景產(chǎn)生增益效果。載波聚合技術(shù)能夠增加無線帶寬，使上下行空口可用資源更多。對于Massive MIMO特性驗(yàn)證，分別選取高中低樓宇，無線側(cè)設(shè)置對應(yīng)的波束場景進(jìn)行多輪測試，最終得出適合對應(yīng)樓層高度的波束覆蓋場景，可進(jìn)行全地市推廣。載波聚合技術(shù)是4.9G頻段和2.6G頻段的疊加聚合，在熱點(diǎn)區(qū)域部署不僅可以提升容量，還能夠滿足大帶寬相關(guān)業(yè)務(wù)，如VR演示、8K直播等，分別在體育館、美都匯、人民公園等場景部署2.6+4.9載波聚合，進(jìn)行多次測試對比特性部署前后的速率值。

1? Massive MIMO波束場景優(yōu)化提升5G體驗(yàn)速率

Massive MIMO作為5G的關(guān)鍵特性之一，通過集成大規(guī)模天線陣列實(shí)現(xiàn)了更多的收發(fā)通道，能夠成倍提升系統(tǒng)容量，并支持通過調(diào)整天線權(quán)值來改變小區(qū)的水平和垂直面覆蓋。

Massive MIMO結(jié)合波束賦形技術(shù)可以針對不同場景，選擇不同的廣播波束場景應(yīng)用方案，同時(shí)設(shè)置合理的電子方位角和電子傾角，可以有效地優(yōu)化覆蓋以及提升用戶感知。不同波束場景對不同樓層覆蓋增益有所不同，水平及豎直不同波寬可影響信號RSRP的強(qiáng)度、SINR、RANK等空口信道指標(biāo)，從而對上下行空口傳輸質(zhì)量產(chǎn)生一定增益。目前Massive MIMO廣播波束場景化配置加默認(rèn)模式共計(jì)17種模式，如表1所示。

我們對常見場景中波束配置進(jìn)行測試驗(yàn)證，測試儀器采用mate30pro手機(jī)和鼎力測試軟件，統(tǒng)計(jì)空口質(zhì)量和上下行速率，以步測下行灌包的方式對被測樓宇進(jìn)行測試。

1.1? 高層樓宇場景

高層樓宇由于太高，普通天線很難覆蓋到高層，且深度覆蓋不足，嚴(yán)重影響到用戶體驗(yàn)，華為AAU產(chǎn)品具有可調(diào)天線功能，能夠設(shè)置不同模式的波束，對于高層樓宇，建議使用垂直面覆蓋最寬的波束，提升垂直覆蓋范圍，可以從波束模式12～16中選擇。選取多棟高層場景樓宇進(jìn)行測試，以下行灌包的方式進(jìn)行測試，采用鼎力軟件統(tǒng)計(jì)速率，進(jìn)行多輪測試最終以平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，12，14，15，16，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

對利用室外站點(diǎn)覆蓋高樓的場景來說，選擇波束模式12時(shí)，SS-RSRP、SS-SINR和上下行速率都達(dá)到了最優(yōu)值，大多數(shù)高層樓宇場景可考慮借鑒本次測試結(jié)果。

1.2? 中層樓宇場景

對于高檔小區(qū)或商業(yè)圈，建議使用垂直面覆蓋比較寬的波束，保證垂直覆蓋范圍，可以從波束模式6～11中選擇。選擇有天線直接面對測試樓宇的場景進(jìn)行測試，對被測樓宇采用步測下行灌包的方式進(jìn)行測試，進(jìn)行多輪測試最終以平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，6，7，8，9，10，11，不同波束場景模式下水平和豎直薄板寬度有一定差別，測試數(shù)據(jù)如表3所示。

對于中層樓宇場景，選擇波束模式6時(shí)，SS-RSRP和SS-SINR都達(dá)到了最優(yōu)值，大多數(shù)中層樓宇場景可考慮借鑒本次測試結(jié)果。

1.3? 低層密集小區(qū)場景

普通居民小區(qū)或城中村，此場景對垂直覆蓋范圍要求不高，可以從波束模式0～5中選擇。選取樓宇較為密集的小區(qū)進(jìn)行測試，在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行DT測試以及對扇區(qū)正對的樓宇采用步測下行灌包的方式進(jìn)行測試，進(jìn)行多輪測試最終以平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，1，4，5。測試數(shù)據(jù)如表4所示。

本次測試中，選擇波束模式1時(shí)，SS-RSRP和SS-SINR都達(dá)到了最優(yōu)值，低層密集小區(qū)場景可考慮借鑒本次測試結(jié)果。

1.4? 空曠場景

廣場、綠化帶或市內(nèi)自然風(fēng)景區(qū)這些地方無高層建筑物，對垂直覆蓋范圍沒有要求，但是場景內(nèi)用戶流量大，需考慮平面覆蓋和容量?？諘绲貛в捎跊]有高層建筑，5G信號很難產(chǎn)生多徑折射效應(yīng)，下行流數(shù)不會太高，所以空曠場景下的優(yōu)化難度也隨之提高。選擇多個(gè)空曠場景進(jìn)行DT測試，進(jìn)行多輪測試最終以平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，1，4，5。測試數(shù)據(jù)如表5所示。

本次測試中，選擇波束模式4時(shí)，SS-RSRP和SS-SINR都達(dá)到了最優(yōu)值，空曠場景可考慮借鑒本次測試結(jié)果。

1.5? 聚類市場場景

集市、演唱會、大型體育、文藝盛典這些場景無高層建筑物，對垂直覆蓋范圍沒有要求;但是場景內(nèi)用戶流量大且分布范圍廣，需考慮平面覆蓋和容量。選取用戶數(shù)量較為密集的市場場景進(jìn)行測試，在大市場內(nèi)進(jìn)行DT測試，最終以平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)覆蓋場景選擇波束場景化配置模式0，1，4，5。測試數(shù)據(jù)如表6所示。

本次測試中，選擇默認(rèn)波束模式0時(shí)，SS-RSRP和SS-SINR都達(dá)到了最優(yōu)值，聚類市場場景可考慮借鑒本次測試結(jié)果。

綜合這5種測試結(jié)果，不同應(yīng)用場景下選擇的最優(yōu)波束場景如表7所示。

2? 多頻段載波聚合提升5G體驗(yàn)速率

載波聚合是將2個(gè)或更多個(gè)載波單元聚合在一起以支持更大的空口傳輸帶寬，這樣可以高效地利用不同的頻譜，中國移動當(dāng)前有2.6G和4.9G頻段，目前已實(shí)現(xiàn)2.6G頻段和4.9G頻段載波聚合技術(shù)，利用5G頻段載波聚合技術(shù)，在本地市熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行部署，可以滿足大帶寬的需求。

利用載波聚合技術(shù)使速率得到明顯提升。本次測試為定點(diǎn)測試，采用市場上華為mateX終端，以及手機(jī)自帶的speedtest軟件測速，進(jìn)行多輪測試后取平均值，測試結(jié)果如表8所示。

3? 結(jié)? 論

在5G大帶寬標(biāo)準(zhǔn)的要求下，就如何提升5G網(wǎng)絡(luò)速率，一線通信工作人員一直在不斷地探究和總結(jié)，本文也從實(shí)際需求出發(fā)，從5G網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的特性方面總結(jié)速率提升經(jīng)驗(yàn)。研究Massive MIMO特性優(yōu)化，使用不同波束匹配不同高度的樓宇場景測試驗(yàn)證，選出最優(yōu)波束場景。實(shí)施后提升效果明顯，能夠切實(shí)提升城區(qū)用戶感知體驗(yàn)。此外，為提升下載速率，本文研究了載波聚合技術(shù)，在不同地點(diǎn)進(jìn)行多輪測試，得出不同場景載波聚合效果，載波聚合技術(shù)能夠使單載波峰值下行1.3 Gbps提升至雙載波的3 Gbps，可以滿足8K高清實(shí)時(shí)直播需求。從總體來看，本文進(jìn)行的5G速率提升研究具有一定的指導(dǎo)意義，可提升和優(yōu)化一線人員的工作效率。但是本文所研究的內(nèi)容還不夠深入，工作停留在測試、驗(yàn)證、總結(jié)的環(huán)節(jié)，后期將持續(xù)學(xué)習(xí)5G理論知識及新技術(shù)新特性，進(jìn)行深入的研究，以不斷提升5G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

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作者簡介：曹君（1976—），男，漢族，山西朔州人，中級通信工程師，碩士研究生，研究方向：網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、規(guī)劃、維護(hù)，客戶感知提升。

收稿日期：2021-03-16