Comparación de rendimiento entre las bandas de frecuencia de 2.1 GHz y 3.5 GHz en redes 5G

Resumen

Won el continuo desarrollo de las redes de comunicaciones móviles, los operadores poseen recursos de bandas de alta, media y baja frecuencia. Los recursos del espectro de radiofrecuencia son recursos estratégicos valiosos, y cómo utilizar los recursos del espectro de manera razonable y eficiente es la principal preocupación de los operadores.

CActualmente, las bandas de frecuencia de 2.1 GHz y 3.5 GHz son las bandas de frecuencia principales para implementar redes 5G. Este artículo compara el rendimiento de cobertura de las bandas de 2.1 GHz y 3.5 GHz desde la perspectiva del presupuesto de enlace y las pruebas de campo, y proporciona un análisis detallado de sus diferencias en el rendimiento de cobertura y la capacidad de servicio. También argumenta los inconvenientes del despliegue independiente de la banda de frecuencia de 3.5 GHz y la mejora de la eficiencia del posterior despliegue de la red mediante la reutilización de la banda de frecuencia de 2.1 GHz. Además, presenta las estrategias de construcción correspondientes basadas en la situación actual de la red existente de Shandong Unicom, proporcionando una base importante para la construcción posterior de redes 5G.

01 Descripción general

Won la emisión de licencias 5G, ha comenzado la comercialización de la red 5G de China. El Ministerio de Industria y Tecnología de la Información autorizó a China Unicom a utilizar la banda de frecuencia de 3.5 GHz para 5G. La banda de frecuencia de 3.5 GHz tiene el mejor soporte de la industria mundial, pero su alta frecuencia conduce a una atenuación de la señal más rápida. El despliegue de redes 5G en la banda de frecuencia de 3.5 GHz requerirá la adición de más estaciones base, lo que generará una inversión significativamente mayor en los equipos e infraestructuras correspondientes. La construcción de una red 5G competitiva y de alta calidad a bajo costo se ha convertido en un tema importante al que se enfrenta China Unicom.

Ta iniciativa de China Unicom y China Telecom para construir y compartir conjuntamente redes 5G ha brindado oportunidades para la construcción de redes 5G. Actualmente, la red 3G de China Unicom tiene un ancho de banda de 15 MHz en la banda de frecuencia de 2.1 GHz, y su red 4G tiene un ancho de banda de 10 MHz en la banda de frecuencia de 2.1 GHz. La red 4G de China Telecom tiene un ancho de banda de 20 MHz en la banda de frecuencia de 2.1 GHz. Juntas, China Unicom y China Telecom tienen un ancho de banda total de 45 MHz en la banda de frecuencia de 2.1 GHz, quedando un ancho de banda adicional de 10 MHz sin asignar. Si se aprueba su uso, China Unicom y China Telecom tendrán un ancho de banda total de 55 MHz en la banda de frecuencia de 2.1 GHz. El recurso del espectro de radiofrecuencia es un recurso estratégico valioso, y la utilización razonable y eficiente de las bandas de frecuencia de 2.1 GHz y 3.5 GHz en las redes 5G es la principal preocupación de los operadores. Este artículo combina presupuesto de enlace y pruebas de campo para comparar y analizar el rendimiento de cobertura y la capacidad de servicio de las bandas de frecuencia de 2.1 GHz y 3.5 GHz, demostrando los inconvenientes del despliegue independiente de la banda de frecuencia de 3.5 GHz y la mejora de la eficiencia del despliegue posterior de la red mediante la reutilización. la banda de frecuencia de 2.1 GHz. También propone estrategias de construcción correspondientes basadas en la situación actual de la red existente de Shandong Unicom, proporcionando una base importante para la construcción posterior de redes 5G.

02 Análisis Teórico de la Capacidad de Cobertura de las Bandas de Frecuencia de 2.1 GHz y 3.5 GHz

ASegún el protocolo 3GPP, la banda B42 corresponde a la banda de frecuencia de 3.5 GHz, la banda B1 corresponde a la banda de frecuencia de 2.1 GHz, la banda B3 corresponde a la banda de frecuencia de 1.8 GHz y la banda B41 corresponde a la banda de frecuencia de 2.6 GHz . La longitud de onda de la banda de frecuencia de 3.5 GHz es más corta que la de la banda de frecuencia de 2.1 GHz, lo que da como resultado capacidades de penetración, difracción y dispersión naturales más pobres en comparación con la banda de frecuencia de 2.1 GHz, lo que lleva a una cobertura de enlace ascendente insuficiente en el lado del terminal.

UUsando la banda B3 (banda de frecuencia de 1.8 GHz) en la red existente como punto de referencia, se calcularon los valores teóricos del balance del enlace para las bandas de frecuencia de 1.8 GHz, 3.5 GHz, 2.1 GHz y 2.6 GHz. Una comparación de los resultados del balance del enlace ascendente muestra que la capacidad del enlace ascendente de la banda de frecuencia de 3.5 GHz es 7.7 dB peor que la de la banda de frecuencia de 2.1 GHz (4T4R) y 4.2 dB peor que la de la banda de frecuencia de 2.6 GHz.

La Tabla 1 muestra los resultados del presupuesto del enlace ascendente.

BBasado en el análisis anterior, se puede ver que la banda de frecuencia de 3.5 GHz tiene una cobertura de enlace ascendente más deficiente en comparación con el despliegue independiente de redes 5G en la banda de frecuencia de 2.1 GHz.

03 Pruebas de campo de la capacidad de cobertura del enlace ascendente en las bandas de frecuencia de 2.1 GHz y 3.5 GHz

TLa estación base de GuDe Square en la zona de desarrollo de la ciudad de Weifang fue seleccionada para realizar pruebas. Dado que actualmente no hay terminales NR que admitan la banda de frecuencia de 2.1 GHz, se realizó una prueba de campo implementando equipos 2.1T4R LTE de 4 GHz y equipos 3.5TR NR de 64 GHz en la misma estación para comparar las capacidades de cobertura de enlace ascendente de las frecuencias de 3.5 GHz y 2.1 GHz. bandas.

3.1 Configuración de parámetros de prueba

a) Implementar equipos 2.1T4R LTE de 4 GHz y equipos 3.5TR NR de 64 GHz en la misma estación, con la misma altura, azimut, ángulo de inclinación hacia abajo y otros parámetros. Durante la prueba, las estaciones base circundantes se apagaron temporalmente y se ajustó la potencia de transmisión para ampliar el rango de cobertura de la celda de medición principal a más de 500 metros.

La Tabla 2 muestra los parámetros físicos de la estación base probada.

b) La configuración de la estación base de 3.5 GHz es la siguiente: potencia configurada en 200 W, parámetro SSB-RS establecido en 17.8 dBm, frecuencia portadora central de enlace descendente NR en 3,550 MHz, con un ancho de banda de 100 MHz y una relación de ranura de enlace descendente a enlace ascendente. de 7:3. La configuración de antena del terminal SA requiere 2T4R, con una potencia de transmisión máxima de 26 dBm. La configuración de la estación base de 2.1 GHz es la siguiente: potencia configurada como 4x40 W, parámetro CRS RS establecido en 21.2 dBm, la configuración de antena del terminal SA requiere 1T4R, con una potencia de transmisión máxima de 23 dBm.

3.2 Descripción de la prueba

TSe probó la cobertura de las bandas de frecuencia de 2.1 GHz y 3.5 GHz. Se seleccionó para las pruebas un sector con la misma dirección del lóbulo principal, altura, acimut, ángulo de inclinación hacia abajo (incluida la inclinación hacia abajo electrónica) y densidad espectral de potencia en las bandas de frecuencia de 2.1 GHz y 3.5 GHz. Las siguientes figuras muestran el diagrama esquemático de las rutas de prueba CQT y DT relevantes:

Diagrama esquemático de la ruta de prueba en la Figura 1

Para la prueba de manejo continua del área de cobertura de manta exterior (prueba DT), los requisitos son los siguientes:

a) Coloque 2 terminales uno al lado del otro en el escritorio o los asientos del automóvil, cada uno bloqueado a 3.5 y 2.1 GHz, respectivamente, inicie servicios de enlace ascendente FTP de búfer completo y manténgalos.

b) La parte de gestión de la red debe registrar información en tiempo real, como el ruido de fondo del enlace ascendente de la celda de prueba principal durante el período de prueba.

c) El vehículo de prueba lleva terminales de prueba y herramientas de prueba de manejo para moverse lentamente a lo largo de la ruta predeterminada (que no exceda los 5 km/h), atravesando carreteras dentro de la celda de prueba principal, y la duración de la prueba no debe ser inferior a 1 hora.

d) Si el servicio se desconecta, registre la información de desconexión, reinicie los servicios de datos cercanos y continúe con la prueba de manejo.

e) El software de prueba de manejo debe registrar datos de LOG en tiempo real de acuerdo con los requisitos durante todo el proceso de prueba.

Al realizar pruebas CQT de cobertura profunda, seleccione no menos de 7 edificios en la dirección cercana a lejana desde la dirección normal del lóbulo principal de las celdas 3.5G y 2.1G como edificios de prueba CQT, hasta que los edificios estén a 500 metros de la base. estación o no se puede acceder a ella, como se muestra en la Figura 2.

Selección de puntos de prueba CQT en la Figura 2

a) Para cada edificio que se va a probar, se seleccionan para las pruebas los pisos alto, medio y bajo, con preferencia para las pruebas en los pisos 1.º, 3.º y 5.º.

b) Coloque 2 terminales uno al lado del otro, asegúrelos a 3.5 GHz y 2.1 GHz respectivamente, inicie servicios de enlace ascendente FTP de búfer completo en cada punto de prueba dentro de los edificios, recorra las rutas interiores y mantenga el servicio durante al menos 1 minuto. Si no es posible completar el acceso dentro del edificio de pruebas, se deben registrar los fenómenos de prueba detallados.

c) Mantenga la misma altura de la antena y el mismo ángulo de inclinación hacia abajo, gire las dos celdas de prueba principales 30 grados en el sentido de las agujas del reloj (ajuste las celdas adyacentes según sea necesario) y repita el paso (b) en la posición de prueba original a lo largo de la misma ruta de prueba.

3.3 Prueba CQT de capacidad de cobertura

Los resultados comparativos de la prueba CQT de cobertura de enlace ascendente para celdas individuales en 2.1G y 3.5G se muestran en la Figura 3.

Los resultados de la prueba CQT en la Figura 3

ASegún los resultados de las pruebas en la Figura 3, es evidente que bajo la condición de cobertura del borde de la celda (LTE RSRP <-105 dBm), la probabilidad de cobertura aproximada para la banda 2.1G es del 94%, mientras que para la banda 3.5G, es 31%. En el caso de pruebas de cobertura profunda, el valor RSRP para la banda 3.5G es 6-7 dB menor que el de la banda 2.1G, lo que indica que el rendimiento de la banda 3.5G es inferior al de la banda 2.1G en términos de cobertura profunda.

3.4 Prueba DT de capacidad de cobertura

IEn el análisis de los datos de la prueba DT, los teléfonos móviles LTE 2.1G y los teléfonos móviles NR 3.5G se colocan en el mismo lugar y simultáneamente realizan pruebas de cobertura general dentro de la celda. A efectos de análisis comparativo, las tarifas LTE y NR en la misma ubicación se normalizan según LTE RSRP.

Fo en las pruebas reales de cobertura de carreteras de las bandas de frecuencia 2.1G y 3.5G en la red existente, se seleccionan sectores con la misma dirección normal del lóbulo principal, altura de montaje, acimut, ángulo de inclinación descendente (incluida la inclinación descendente eléctrica) y densidad espectral de potencia para ambos. las bandas de frecuencia 2.1G y 3.5G. Los resultados de la trayectoria de la prueba DT se muestran en la Figura 4.

Figura 4: Mapa de situación de cobertura para pruebas 4DT

BSegún el análisis comparativo RSRP de los datos de la prueba en carretera, la intensidad de la señal promedio para la prueba de la banda de frecuencia 2.1G es de -97 dBm, mientras que para la prueba de la banda de frecuencia 3.5G, es -105 dBm. Además, existe un problema grave en las áreas que experimentan cortes de red durante las pruebas de la banda de frecuencia 3.5G.

AA medida que aumenta la distancia de cobertura, en escenarios sin línea de visión, la atenuación de la señal para 3.5G es mayor que para 2.1G. Además, la diferencia en la intensidad de la señal entre las dos bandas continúa aumentando con la expansión de la distancia de cobertura. El análisis de los datos se muestra en la Figura 5.

El análisis comparativo de la intensidad de la señal y la distancia de cobertura para las pruebas 5DT se muestra en la Figura 5.

ASegún el análisis de los datos de la Figura 5, se puede observar que cuando la distancia de cobertura es relativamente cercana, la intensidad de recepción de la señal de 3.5G en escenarios con línea de visión difiere de 2.1G en aproximadamente 7 dB. Sin embargo, a mayores distancias de cobertura, en escenarios sin línea de visión, la diferencia de intensidad de la señal entre los dos es de aproximadamente 14 dB.

FAdemás, en la Figura 3.5 se muestra un análisis de la situación de cobertura para 2.1G y 6G en el borde de la celda.

Figura 6: Análisis de cobertura de borde para pruebas 6DT en celdas pequeñas

TEl análisis de la Figura 6 revela que a una velocidad de 1 Mbit/s en el borde de la celda, la señal recibida para 2.1G es -115 dBm, mientras que para 3.5G es -106 dBm. Por tanto, la diferencia de cobertura entre LTE 2.1G y NR 3.5G en el entorno de red real es de 9 dB.

A El análisis comparativo de las velocidades de enlace ascendente muestra que cuando la intensidad de la señal es de -98 dBm, la velocidad de enlace ascendente para 3.5G NR es significativamente mayor que la de la banda de frecuencia 2.1G.

Análisis comparativo de la velocidad ascendente para pruebas 7DT en capacidad de soporte de voz de celda pequeña y 4T4R 2.1G NR

04 Análisis de la capacidad de soporte de voz para 4T4R 2.1G NR

AA medida que se establece el principio de construcción conjunta y uso compartido entre China Unicom y China Telecom, las soluciones de transmisión de voz están evolucionando gradualmente hacia VoNR. Durante la fase de conexión en red de la NSA, la voz se puede asignar de manera flexible a las redes LTE de China Unicom o China Telecom a través de VoLTE. Durante la fase de conexión en red SA, inicialmente puede recurrir a la red LTE a través de EPS y posteriormente activar sin problemas la función VoNR en la banda de frecuencia 2.1G.

BAl comparar la transmisión de voz de las redes VoLTE y WCDMA y analizar los valores de MOS y los datos RSRP, se puede observar que la calidad de voz de VoNR en la banda de frecuencia 2.1G es más fuerte que la de la red WCDMA.

05   Recomendaciones para la Aplicación de 2.1G y 3.5G

BBasado en el análisis anterior, está claro que la banda de frecuencia 2.1G puede mejorar efectivamente la capacidad y cobertura de la banda de frecuencia 3.5G. Sin embargo, el ancho de banda de la banda de frecuencia 2.1G no es tan abundante como el de la banda de frecuencia 3.5G, y la cadena industrial de dispositivos 3.5G NR es relativamente madura. Después de un análisis exhaustivo, se pueden extraer las siguientes conclusiones y recomendaciones para la aplicación de las bandas de frecuencia 2.1G y 3.5G:

a) Debido a la inmadurez de la cadena industrial de dispositivos 2.1G NR, se recomienda utilizar la red 3.5G como base para la construcción inicial de la red 5G para lograr una cobertura continua. Posteriormente, se deben hacer esfuerzos para acelerar la reducción y eliminación de las redes 2G y 3G, y recultivar oportunamente la banda de frecuencia 2.1G para crear una red 5G diferenciada con frecuencias altas y bajas coordinadas.

b) La creación de redes híbridas de las bandas de frecuencia 2.1G y 3.5G es un enfoque importante para construir redes 5G de alta calidad. La banda de frecuencia 2.1G puede proporcionar capacidad de enlace ascendente suplementaria y una cobertura profunda extendida. Al establecer conexiones flexibles según las necesidades de la construcción, se puede mejorar la percepción del usuario y aumentar la influencia de la marca China Unicom.

c) La red de modo mixto 3G/4G/5G puede utilizar actualizaciones de software de los equipos de red existentes para habilitar los servicios 5G, reduciendo así el costo de construcción de la red 5G y maximizando la utilización de las capacidades de los equipos de red existentes. También proporciona un requisito previo para ajustes posteriores de la estructura de la red.

06   Conclusión

TEste artículo ha realizado un análisis comparativo del rendimiento de la cobertura de las bandas de frecuencia 2.1G y 3.5G desde la perspectiva del presupuesto del enlace y las pruebas in situ. Se descubrió que la atenuación de la señal en la banda de frecuencia de 3.5G es mayor y, en términos de cobertura profunda, el rendimiento de la banda de frecuencia de 3.5G es inferior al de la banda de frecuencia de 2.1G. A la misma velocidad de borde, la cobertura del enlace ascendente de la banda de frecuencia de 3.5G es 9 dB peor que la de la banda de frecuencia de 2.1G. A través de análisis teóricos y pruebas in situ, se descubrió que la banda de frecuencia de 2.1G puede mejorar eficazmente la capacidad y el rango de cobertura de la banda de frecuencia de 3.5G. La conexión en red híbrida de las bandas de frecuencia 2.1G y 3.5G para redes 5G puede mejorar la capacidad de cobertura del enlace ascendente, cumpliendo así con los requisitos de capacidad de enlace ascendente y latencia de las aplicaciones de la industria 5G. Volver a cultivar la banda de frecuencia 2.1G y los equipos existentes para admitir 5G puede acelerar la construcción de redes 5G, reducir los insumos de recursos de construcción y disminuir la dificultad de la construcción, sirviendo así como un medio importante para mejorar la eficiencia de la construcción de redes 5G.

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