700 MHz 頻段5G 網絡性能分析與建設方案建議

范培全，魏愛玲，張冬晨，李行政

（1.中國移動通信集團新疆有限公司，新疆 烏魯木齊 844900；2.中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

0 引言

目前中國移動5G 網絡主要使用2.6 GHz 和4.9 GHz 頻段，由于頻率高、穿透損耗大，直接與4G 宏基站共址建設時，在密集城區將可能存在大量弱覆蓋或無覆蓋區域。同時，對于農村、鄉鎮等場景，因為上述兩個頻段頻率較高、傳播損耗較大，必須建設大量5G 基站才能實現廣域連續覆蓋[1-2]。

2021 年年初，中國移動與中國廣電在北京簽署“5G 戰略”合作協議，拉開了5G 700 MHz 網絡共建共享的序幕。700 MHz 頻段具有傳播損耗低、穿透能力強等優勢，可以大幅降低5G 網絡的建設成本，有助于快速建設一張廣覆蓋5G 網絡[3-5]。充分發揮700 MHz 低頻段的覆蓋優勢及2.6 GHz/4.9 GHz高頻段的大帶寬優勢，采用“700 MHz+2.6 GHz+4.9 GHz”的5G 融合組網方案，是提升中國移動5G 網絡覆蓋與容量的有效手段。但是，國內對700 MHz 頻段5G 網絡的組網性能指標還處于理論分析與計算機仿真階段，缺少實測數據，亟須組織外場測試驗證指導多頻段融合組網建設工作。因此，本文首先開展700 MHz 頻段5G 網絡建設的需求分析，而后制定詳細的測試用例對700 MHz頻段的廣域覆蓋、上下行峰值速率、穿透性能等進行測試驗證，最后基于測試結果探討中國移動5G 基站部署方案與700 MHz 天線配置建議。

1 700 MHz 頻段5G 建設需求

5G 技術是移動互聯網和物聯網的重要載體，將廣泛應用于智慧家庭、遠程醫療、遠程教育、工業制造等領域。依據市場研究公司ABI Research 發布的報告，4G 時代80%的流量發生在室內，因此在5G 網絡建設階段要充分考慮室內應用需求，在室內場景達到高速率、低時延、高可靠的目標。在某地熱點區域開展MR（measurement report）覆蓋統計分析發現，當僅使用2.6 GHz 頻段與4G 共站址建設5G 基站時，該地區MR 覆蓋電平低于－95 dBm 的采樣點占比高于10%，這將會導致部分5G 終端的業務仍由4G 網絡承載，嚴重影響5G 用戶感知。進一步分析發現，由于2.6 GHz 頻段頻率較高，單獨通過2.6 GHz 頻段5G 宏基站很難實現較好的室內深度覆蓋，而大規模建設5G 室內分布式系統投資高、物業協調難度大。因此，為實現5G 獨立組網的建設需求，應當重點提升宏蜂窩基站覆蓋能力，實現室內深度覆蓋。

另一方面，對廣大農村區域，通過傳播模型定量分析發現，為達到與900 MHz 頻段4G 網絡相同的覆蓋能力，農村地區需要增加數倍2.6 GHz頻段5G 基站，而農村區域投資收益率低，進行大規模5G 網絡建設成本將無法收回。因此，如果沒有低頻段用于農村區域5G 網絡建設，運營商農村區域5G 網絡的建設進度將大大減緩，從而農村與城市間的“數字鴻溝”進一步拉大。

結合上述分析可知，為滿足5G 網絡深度覆蓋和農村廣域覆蓋需求，引入低頻段的混合組網策略是5G 網絡建設的最佳選擇。在多方的努力下，中國移動已經與中國廣電簽署5G 共建共享合作框架協議，基于“平等自愿，共建共享，合作共贏，優勢互補”的總體原則，開展5G 共建共享以及內容和平臺合作[6]。

2 700 MHz 頻段5G 性能測試

2.1 700 MHz 覆蓋性能

700 MHz 的廣域覆蓋性能是制定宏基站組網規劃和建設方案的關鍵，本文采用拉遠測試的方法對典型廣域場景5G 700 MHz 基站的覆蓋能力進行研究?；九渲没緟等鐖D1 所示，測試場景為空曠環境，周邊無高層建筑遮擋。

在圖1 典型參數配置下的實測數據顯示，信號覆蓋強度隨測試線路的遠離而衰減，在RSRP（reference signal receiving power）為－110 dBm 時，700 MHz 頻段的拉遠測試距離達到了7.1 km，邊緣下載速率為30.3 Mbit/s，邊緣上傳速率為5.2 Mbit/s，廣域覆蓋距離遠高于2.6 GHz 頻段。

圖1 基站配置基本參數

為了更好地指導700 MHz 頻段5G 網絡建設工作，本文進一步對不同掛高、功率和加擾的700 MHz 頻段5G 覆蓋能力進行詳細測試與對比分析，其中，天線高度選擇48 m /30 m 兩種掛高，發射功率選擇240 W/160 W 兩種配置，下行加擾方式選擇空擾/50%加擾兩種場景。

在上行邊緣速率為3 Mbit/s 時，對應的覆蓋距離和下行速率對比結果如圖2 所示。在天線高度方面，48 m 掛高較30 m 掛高覆蓋距離增長2 153 m，但下行速率無明顯增益；在抗干擾方面，加擾50%與無加擾相比，覆蓋距離和速率都有下降明顯，覆蓋距離收縮841 m、下行速率降低約46.9%；小區功率設置240 W 時覆蓋距離7 815 m，較功率設置160 W 時覆蓋距離增長1 605 m。通過實測數據分析可以看出，700 MHz 廣域覆蓋能力較強，但干擾因素對700 MHz 性能影響較大，因此在700 MHz 網絡建設時，應重點關注其超遠覆蓋帶來的網內同頻干擾問題，盡量降低網內干擾對網絡性能的影響。

圖2 不同場景下覆蓋距離和下行速率對比結果

2.2 700 MHz 峰值速率

700 MHz 頻段上下行峰值速率是支撐網絡容量規劃的關鍵。本文在某地市選擇無電磁環境干擾區域建設5G 實驗站點開展峰值速率測試研究，主測小區的天線掛高、方位角、下傾角、功率等參數配置見表1。

表1 峰值速率測試站點配置情況

根據理論分析，在700 MHz 頻段小區采用2×30 MHz 帶寬、4T4R 天線配置時，單用戶上、下行峰值速率分別為179 Mbit/s 和348 Mbit/s，實際測試700 MHz 頻段5G小區的單用戶下行峰值速率可達340 Mbit/s，上行峰值速率可達174 Mbit/s，實測結果略小于理論計算值，符合研究預期。同時，本文對2×20 MHz 頻率配置時的上下行峰值速率進行了測試分析，實測結果顯示在2×20 MHz 帶寬配置的下行峰值速率可達220 Mbit/s，上行峰值速率可達117 Mbit/s，相比2×30 MHz 帶寬配置均下降35%左右，但與上下行理論峰值速率119 Mbit/s、232 Mbit/s 相比基本相符，具體上下行峰值速率測試結果見表2。

表2 峰值速率測試結果

通過峰值速率測試分析可以看出，相比于4G 網絡，700 MHz 5G 網絡采用2×20 MHz 或2×30 MHz 帶寬配置均能獲得較好的上下行峰值速率，可以為用戶提供更好的數據業務體驗。但是，700 MHz 帶寬較窄，相比2.6 GHz 頻段5G 網絡下行峰值速率劣勢明顯（與2.6 GHz 頻段5G 網絡的下行峰值速率實測值相比下降60%以上），因此在用戶密集的高業務量區域建議使用2.6 GHz 頻段進行容量層的連續覆蓋。另外，700 MHz 頻段5G 網絡采用頻分雙工（frequency division duplexing，FDD）制式，與2.6 GHz 頻段的TDD 制式相比，上行為全時隙傳輸，可應用于上行大帶寬傳輸的業務場景。

2.3 700 MHz 穿透能力

700 MHz 頻段良好的穿透能力有望為5G 網絡室內深度覆蓋提供切實可行的解決方案。本文穿透能力測試選擇距離主測小區200 m 的4 層矮樓，該樓一般墻體厚度約為20 cm，且樓內包括其他材質的墻體與門窗，方便進行多場景穿透性能對比測試，穿透能力測試環境示意圖如圖3 所示。

圖3 穿透能力測試環境示意圖

為了保證測試結果能有效指導網絡的部署與建設，不同頻段的穿透能力測試在同等條件進行。在圖3 中A、B、C、D 點分別進行穿透能力測試，經過多輪次、多點位測試，統計均值顯示700 MHz頻段墻體損耗約為9.5 dB，且相比其他頻段穿透性能優勢明顯：700 MHz 頻段相比1.8 GHz 穿透損耗低約4.2 dB，相比2.6 GHz 頻段穿透損耗低約7 dB，相比3.5 GHz 頻段穿透損耗低10.5 dB。不同頻段墻體穿透損耗如圖4 所示。

圖4 不同頻段墻體穿透損耗

除一般墻體穿透損耗測試外，本文用700 MHz、1.8 GHz、2.6 GHz 頻段信號對不同材質門窗、墻體的穿透損耗進行了測試對比分析，具體結果見表3。分析發現，700 MHz 頻段對不同墻體、不同材質門窗的穿透損耗相比于2.6 GHz 頻段至少有3 dB 以上的增益，而在防盜門、防火門、地下通道等場景穿透損耗優勢更為明顯，有近10 dB 的增益。

表3 不同墻體、門穿透損耗（單位為dB）

考慮后續中國移動700 MHz 頻段5G 基站的建設將主要依托于目前900 MHz 頻段4G 基站，本文分別選擇別墅群、低層樓宇、自建房等區域開展700 MHz 頻段與900 MHz 頻段的穿透損耗對比測試。穿透能力對比如圖5 所示。分析結果看出，相比于900 MHz 頻段，700 MHz 頻段的穿透性能在以上3 種場景均有3 dB 以上的優勢，如在底層樓宇場景700 MHz 頻段的穿透損耗為9.09 dB，而900 MHz頻段的穿透損耗為12.81 dB。

圖5 700 MHz 頻段與900 MHz 頻段穿透能力對比

對700 MHz 頻段穿透能力測試與分析發現，其相比2.6 GHz 頻段穿透性能優勢十分明顯，非常適用于密集城區、一般城區、農村等區域的室內深度覆蓋場景。同時，在后續700 MHz 頻段的建設過程中，可基于目前已有的900 MHz 頻段4G 站點快速建設一張連續、滿足室內深度覆蓋要求的5G 網絡，從而保障用戶基礎5G 服務或VoNR 服務。

2.4 700 MHz 頻段VoNR 業務能力

700 MHz 頻段5G 網絡的廣域覆蓋與深度覆蓋優勢將有力促進VoNR 業務的商用進程，為了支撐700 MHz 頻段面向VoNR 業務的網絡規劃工作，本文對700 MHz 頻段VoNR 業務呼叫發起門限（起呼門限）開展測試研究。

在測試過程中，兩部手機分別安放在700 MHz頻段5G 網絡覆蓋邊緣區域和覆蓋中心區域，覆蓋邊緣區域的終端通過VoNR撥打中心區域的VoNR終端，研究撥打的VoNR 成功率為100%和95%對應的RSRP 和SINR 門限值，測試結果見表4。

表4 不同接通率條件下VoNR 起呼門限

從測試結果可以看出，VoNR 業務接通率95%對應的RSRP 值為-114.7 dBm，對應的SINR 為0.49 dB；相比之下VoNR 業務接通率100%對應的RSRP 值為-110.94 dBm，對應的SINR 為0.02 dB；而在RSRP 值為-118 dBm 且SINR 為0.13 dB 時，VoNR 業務的接通率下降至0%。

基于以上測試結果，在5G 網絡700 MHz 頻段覆蓋良好區域語音建議采用VoNR，而當起呼成功率低于95%時設置禁止VoNR 起呼，通過EPS FB（evolved packet system fallback）回落至4G 網絡進行VoLTE，因此建議終端用700 MHz 頻段5G 網絡時，當RSRP小于-114 dBm時禁止VoNR起呼，通過EPS回落4G 發起VoLTE 業務，從而保障語音業務質量。

3 700 MHz 頻段組網與建設方案建議

700 MHz 頻段的引入為解決現有5G 網絡廣域覆蓋和深度覆蓋能力不足的問題提供了頻率基礎[7]。本文基于700 MHz 頻段測試結論和2.6 GHz及4.9 GHz 頻段5G 網絡特點，對700 MHz 頻段5G 網絡組網和建設方案提出建議。

3.1 700 MHz 頻段5G 網絡定位

對于城區、縣城或重點鄉鎮區域，用戶相對集中對數據速率及VoNR 服務均有較高的質量要求，因此需要在保證連續覆蓋和深度覆蓋的基礎上，提供大容量數據業務服務?；谝陨峡紤]，建議在上述場景實現700 MHz 和2.6 GHz 頻段5G 小區的連續覆蓋，700 MHz 作為底層網絡提供廣覆蓋能力并保障VoNR 業務質量，2.6 GHz 頻段用于提供大容量數據業務，4.9 GHz 頻段則按需進行城市熱點區域容量補充或垂直行業5G 專網建設。對于地域廣闊的農村區域，建議700 MHz 頻段在用戶集中的區域提供連續覆蓋及深度覆蓋能力，2.6 GHz 頻段根據業務發展情況僅在熱點區域進行建設，4.9 GHz頻段只針對垂直行業應用區域進行5G 專網建設。5G 多頻組網覆蓋如圖6 所示。

圖6 5G 多頻組網覆蓋

3.2 700 MHz 頻段5G 網絡建站建議

基于700 MHz 頻段在5G 多頻組網中的定位，在建設初期，合理配置天線掛高、方位角、下傾角[8-9]，最大化保證700 MHz 網絡效率，保證網絡覆蓋結構、控制網絡干擾的重要途徑。本文基于測試結果及網絡建設優化經驗，提出700 MHz 頻段5G 網絡天饋建設建議。

· 天線掛高：縣城和城區天線掛高應高于周圍建筑平均高度3 m 以上，建議掛高在28～35 m；農村區域天線掛高建議在38 m以上，需要局部重點保障覆蓋的區域可采用拉遠方式。

· 天線方向角：方位角根據業務量分布情況做調整，主覆蓋方向、信號好點在用戶最密集的區域，原則上道路通過天線旁瓣覆蓋。

· 天線下傾角：農村場景傾角0o～2o，城市場景傾角2o～5o，在進行覆蓋或干擾優化控制時，優先進行天線電子傾角調整，電子傾角不滿足需求后才調整機械傾角。

4 結束語

為了更好地促進5G 網絡的建設與發展，本文對700 MHz 頻段應用于5G 網絡的需求進行分析，并對700 MHz 頻段的覆蓋性能、穿透性能、峰值速率、VoNR 能力等開展了詳細的測試分析工作，充分證明700 MHz 頻段可有效解決當前5G 網絡面臨的農村廣域覆蓋和城市深度覆蓋能力不足的問題?；跍y試結果，本文對中國移動700 MHz頻段5G 網絡功能定位與組網方案進行探討，指導700 MHz 頻段5G 基站的建設與天線配置。