مقایسه عملکرد بین باندهای فرکانس 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز در شبکه های 5G

چکیده

Wبا توسعه مداوم شبکه های ارتباطی سیار، اپراتورها دارای منابع باند فرکانس بالا، متوسط ​​و پایین هستند. منابع طیف فرکانس رادیویی منابع استراتژیک ارزشمندی هستند و نحوه استفاده منطقی و کارآمد از منابع طیف دغدغه اصلی اپراتورها است.

Cدر حال حاضر، باندهای فرکانسی 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز، باندهای فرکانسی اصلی برای استقرار شبکه های 5G هستند. این مقاله عملکرد پوشش باندهای 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز را از منظر بودجه پیوند و آزمایش میدانی مقایسه می‌کند و تجزیه و تحلیل دقیقی از تفاوت‌های آنها در عملکرد پوشش و ظرفیت سرویس ارائه می‌دهد. همچنین اشکالات استقرار مستقل باند فرکانس 3.5 گیگاهرتز و بهبود کارایی استقرار بعدی شبکه با استفاده مجدد از باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز را مورد بحث قرار می دهد. علاوه بر این، استراتژی‌های ساخت و ساز متناظر را بر اساس وضعیت فعلی شبکه موجود شاندونگ یونیکام ارائه می‌کند که مبنای مهمی برای ساخت بعدی شبکه‌های 5G فراهم می‌کند.

01 بررسی اجمالی

Wبا صدور مجوزهای 5G، تجاری سازی شبکه 5G چین آغاز شده است. وزارت صنعت و فناوری اطلاعات چین Unicom را مجاز به استفاده از باند فرکانسی 3.5 گیگاهرتز برای 5G کرد. باند فرکانس 3.5 گیگاهرتز بهترین پشتیبانی صنعت جهانی را دارد، اما فرکانس بالای آن منجر به تضعیف سیگنال سریعتر می شود. استقرار شبکه های 5G در باند فرکانس 3.5 گیگاهرتز مستلزم افزودن ایستگاه های پایه بیشتری است که منجر به سرمایه گذاری قابل توجهی در تجهیزات و زیرساخت های مربوطه می شود. ساخت یک شبکه 5G با کیفیت بالا و رقابتی با هزینه کم به موضوع مهمی تبدیل شده است که چین Unicom با آن مواجه است.

Tاو ابتکار چین Unicom و China Telecom برای ساخت مشترک و به اشتراک گذاری شبکه های 5G فرصت هایی را برای ساخت شبکه های 5G به ارمغان آورده است. در حال حاضر شبکه 3G چین Unicom دارای پهنای باند 15 مگاهرتز در باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز و شبکه 4G آن دارای پهنای باند 10 مگاهرتز در باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز است. شبکه 4G مخابرات چین دارای پهنای باند 20 مگاهرتز در باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز است. چین Unicom و China Telecom در مجموع دارای پهنای باند 45 مگاهرتز در باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز هستند و پهنای باند اضافی 10 مگاهرتز تخصیص نشده باقی مانده است. در صورت تایید برای استفاده، China Unicom و China Telecom دارای پهنای باند کل 55 مگاهرتز در باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز خواهند بود. منبع طیف فرکانس رادیویی یک منبع استراتژیک ارزشمند است و استفاده معقول و کارآمد از باندهای فرکانس 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز در شبکه های 5G نگرانی اصلی اپراتورها است. این مقاله بودجه پیوند و آزمایش میدانی را برای مقایسه و تجزیه و تحلیل عملکرد پوشش و ظرفیت سرویس باندهای فرکانسی 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز ترکیب می‌کند، و معایب استقرار مستقل باند فرکانسی 3.5 گیگاهرتز و بهبود کارایی استقرار بعدی شبکه را با استفاده مجدد نشان می‌دهد. باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز همچنین استراتژی‌های ساخت‌وساز مربوطه را بر اساس وضعیت فعلی شبکه موجود شاندونگ یونیکام پیشنهاد می‌کند که مبنای مهمی برای ساخت بعدی شبکه‌های 5G فراهم می‌کند.

02 تحلیل نظری قابلیت پوشش باندهای فرکانس 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز

Aطبق پروتکل 3GPP، باند B42 مربوط به باند فرکانسی 3.5 گیگاهرتز، باند B1 مربوط به باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز، باند B3 مربوط به باند فرکانسی 1.8 گیگاهرتز، و باند B41 مربوط به باند فرکانسی 2.6 گیگاهرتز است. . طول موج باند فرکانسی 3.5 گیگاهرتز کوتاه تر از باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز است که در نتیجه نفوذ طبیعی، پراش و قابلیت پراکندگی ضعیف تری در مقایسه با باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز ایجاد می کند که منجر به پوشش ناکافی لینک بالا در سمت ترمینال می شود.

Uبا خواندن باند B3 (باند فرکانسی 1.8 گیگاهرتز) در شبکه موجود به عنوان نقطه مرجع، مقادیر بودجه پیوند نظری برای باندهای فرکانسی 1.8 گیگاهرتز، 3.5 گیگاهرتز، 2.1 گیگاهرتز و 2.6 گیگاهرتز محاسبه شد. مقایسه نتایج بودجه لینک uplink نشان می‌دهد که قابلیت Uplink باند فرکانسی 3.5 گیگاهرتز 7.7 دسی بل بدتر از باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز (4T4R) و 4.2 دسی بل بدتر از باند فرکانسی 2.6 گیگاهرتز است.

جدول 1 نتایج بودجه پیوند بالا را نشان می دهد

Bبا توجه به تجزیه و تحلیل فوق، می توان دریافت که باند فرکانسی 3.5 گیگاهرتز در مقایسه با استقرار مستقل شبکه های 5G در باند فرکانسی 2.1 گیگاهرتز، پوشش آپلینک ضعیف تری دارد.

03 تست میدانی قابلیت پوشش Uplink در باندهای فرکانس 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز

Tایستگاه پایه میدان GuDe در منطقه توسعه شهر ویفانگ برای آزمایش انتخاب شد. از آنجایی که در حال حاضر هیچ ترمینال NR پشتیبانی از باند فرکانس 2.1 گیگاهرتز وجود ندارد، یک آزمایش میدانی با استقرار تجهیزات 2.1 گیگاهرتز 4T4R LTE و تجهیزات 3.5 گیگاهرتز 64TR NR در همان ایستگاه برای مقایسه قابلیت‌های پوشش uplink فرکانس‌های 3.5 گیگاهرتز و 2.1 گیگاهرتز انجام شد. باندها

3.1 تنظیمات پارامتر تست

a) استقرار تجهیزات 2.1 گیگاهرتز 4T4R LTE و تجهیزات 3.5 گیگاهرتز 64TR NR در همان ایستگاه، با همان ارتفاع، آزیموت، زاویه شیب و سایر پارامترها. در طول آزمایش، ایستگاه‌های پایه اطراف به‌طور موقت خاموش شدند و توان انتقال برای گسترش دامنه پوشش سلول اندازه‌گیری اصلی به بیش از 500 متر تنظیم شد.

جدول 2 پارامترهای فیزیکی ایستگاه پایه آزمایش شده را نشان می دهد

b) پیکربندی ایستگاه پایه 3.5 گیگاهرتز به شرح زیر است: توان پیکربندی شده در 200 وات، پارامتر SSB-RS تنظیم شده در 17.8 dBm، فرکانس حامل مرکز اتصال پایین NR در 3,550 مگاهرتز، با پهنای باند 100 مگاهرتز، و یک اتصال پایین به لینک بالا. از 7:3. پیکربندی آنتن ترمینال SA به 2T4R با حداکثر توان انتقال 26 dBm نیاز دارد. پیکربندی ایستگاه پایه 2.1 گیگاهرتز به شرح زیر است: توان به صورت 4x40 وات پیکربندی شده، پارامتر CRS RS روی 21.2 دسی بل تنظیم شده است، پیکربندی آنتن ترمینال SA به 1T4R، با حداکثر توان انتقال 23 دسی بل متر نیاز دارد.

3.2 شرح تست

Tپوشش باندهای فرکانسی 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز مورد آزمایش قرار گرفت. یک بخش با جهت لوب اصلی، ارتفاع، آزیموت، زاویه شیب پایین (شامل رو به پایین الکترونیکی)، و چگالی طیفی توان در باندهای فرکانسی 2.1 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز برای آزمایش انتخاب شد. شکل های زیر نمودار شماتیک مسیرهای تست CQT و DT مربوطه را نشان می دهد:

نمودار شماتیک برای مسیر تست در شکل 1

برای آزمایش مستمر درایو منطقه پوشش پتوی فضای باز (تست DT)، الزامات به شرح زیر است:

a) 2 پایانه را در کنار هم روی دسکتاپ یا صندلی‌های خودرو قرار دهید که هر کدام به ترتیب روی فرکانس‌های 3.5 و 2.1 گیگاهرتز قفل شده‌اند، سرویس‌های FTP uplink با بافر کامل را راه‌اندازی کرده و آنها را حفظ کنید.

b) سمت مدیریت شبکه باید اطلاعات بلادرنگ مانند سطح نویز لینک سلول اصلی آزمایش را در طول دوره آزمایش ثبت کند.

c) وسیله نقلیه آزمایشی دارای پایانه های آزمایشی و ابزارهای تست رانندگی است تا به آرامی در مسیر از پیش تعیین شده (با سرعت حداکثر 5 کیلومتر در ساعت) حرکت کند، از جاده های داخل سلول اصلی آزمایش عبور کند و مدت زمان آزمایش نباید کمتر از 1 ساعت باشد.

d) اگر سرویس قطع شد، اطلاعات قطع اتصال را ضبط کنید، خدمات داده را دوباره در نزدیکی راه اندازی کنید و آزمایش درایو را ادامه دهید.

e) نرم‌افزار تست درایو باید داده‌های LOG را در زمان واقعی با توجه به الزامات در کل فرآیند آزمایش ثبت کند.

هنگام انجام تست CQT پوشش عمیق، حداقل 7 ساختمان را در جهت نزدیک به دور از جهت طبیعی لوب اصلی سلول های 3.5G و 2.1G به عنوان ساختمان های تست CQT انتخاب کنید، تا زمانی که ساختمان ها 500 متر از پایه فاصله داشته باشند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، ایستگاه یا غیر قابل دسترسی است.

انتخاب نقاط تست CQT در شکل 2

a) برای هر ساختمانی که مورد آزمایش قرار می گیرد، طبقات بالا، متوسط ​​و پایین برای آزمایش انتخاب می شوند و اولویت برای آزمایش در طبقات 1، 3 و 5 است.

b) 2 ترمینال را کنار هم قرار دهید، آنها را به ترتیب روی 3.5 گیگاهرتز و 2.1 گیگاهرتز قفل کنید، خدمات آپلینک FTP با بافر کامل را در هر نقطه آزمایش در ساختمان ها راه اندازی کنید، مسیرهای داخلی را طی کنید و سرویس را حداقل 1 دقیقه حفظ کنید. در صورت عدم امکان دسترسی کامل به ساختمان آزمایش، پدیده های آزمایشی دقیق باید ثبت شوند.

c) ارتفاع آنتن و زاویه شیب یکسانی را حفظ کنید، دو سلول اصلی آزمایش را در جهت عقربه‌های ساعت 30 درجه بچرخانید (سلول‌های مجاور را در صورت نیاز تنظیم کنید)، و مرحله (ب) را در موقعیت آزمایش اولیه در همان مسیر آزمایشی تکرار کنید.

3.3 تست CQT قابلیت پوشش

نتایج مقایسه ای تست CQT پوشش uplink برای سلول های تک در 2.1G و 3.5G در شکل 3 نشان داده شده است.

نتایج آزمون CQT در شکل 3

Aبا توجه به نتایج آزمایش در شکل 3، مشهود است که تحت شرایط پوشش لبه سلول (LTE RSRP<-105 dBm)، احتمال پوشش تقریبی برای باند 2.1G 94٪ است، در حالی که برای باند 3.5G، آن 31 درصد است. در مورد تست پوشش عمیق، مقدار RSRP برای باند 3.5G 6-7 دسی بل کمتر از باند 2.1G است، که نشان می دهد عملکرد باند 3.5G از نظر پوشش عمیق نسبت به باند 2.1G پایین تر است.

3.4 تست DT قابلیت پوشش

Iدر تجزیه و تحلیل داده‌های تست DT، تلفن‌های همراه LTE 2.1G و تلفن‌های همراه NR 3.5G در یک مکان قرار می‌گیرند و به طور همزمان تست‌های پوشش پتو را در سلول انجام می‌دهند. به منظور تجزیه و تحلیل مقایسه ای، نرخ های LTE و NR در یک مکان با توجه به LTE RSRP نرمال می شوند.

Fیا آزمایش پوشش واقعی جاده باندهای فرکانسی 2.1G و 3.5G در شبکه موجود، بخشهایی با جهت نرمال لوب اصلی یکسان، ارتفاع نصب، آزیموت، زاویه انحراف (شامل سرازیری الکتریکی) و چگالی طیفی توان برای هر دو انتخاب شده است. باند فرکانسی 2.1G و 3.5G نتایج مسیر تست DT در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4: نقشه وضعیت پوشش برای تست 4DT

Bبر اساس تجزیه و تحلیل مقایسه ای داده های آزمایش جاده ای RSRP، میانگین قدرت سیگنال برای آزمایش باند فرکانس 2.1G -97 دسی بل متر است، در حالی که برای آزمایش باند فرکانس 3.5G، -105 دسی بل است. علاوه بر این، در مناطقی که در طول آزمایش باند فرکانس 3.5G دچار قطعی شبکه می‌شوند، مشکل جدی وجود دارد.

Aبا افزایش فاصله پوشش، در سناریوهای غیر خط دید، تضعیف سیگنال برای 3.5G بیشتر از 2.1G است. علاوه بر این، تفاوت در قدرت سیگنال بین دو باند با گسترش فاصله پوشش همچنان افزایش می یابد. تجزیه و تحلیل داده ها در شکل 5 نشان داده شده است.

تجزیه و تحلیل مقایسه ای قدرت سیگنال و فاصله پوشش برای آزمایش 5DT در شکل 5 نشان داده شده است.

Aبا توجه به تجزیه و تحلیل داده های شکل 5، می توان مشاهده کرد که وقتی فاصله پوشش نسبتا نزدیک است، قدرت دریافت سیگنال 3.5G در سناریوهای دید خط با 2.1G تقریباً 7 دسی بل متفاوت است. با این حال، در فواصل پوشش بیشتر، در سناریوهای غیر خط دید، اختلاف قدرت سیگنال بین این دو تقریباً 14 دسی بل است.

Fعلاوه بر این، تجزیه و تحلیل وضعیت پوشش 3.5G و 2.1G در لبه سلول در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6: تجزیه و تحلیل پوشش لبه برای آزمایش 6DT در سلول کوچک

Tتجزیه و تحلیل شکل 6 نشان می دهد که در سرعت 1 مگابیت بر ثانیه در لبه سلول، سیگنال دریافتی برای 2.1G -115 دسی بل است، در حالی که برای 3.5G این سیگنال 106- دسی بل است. از این رو، تفاوت پوشش بین LTE 2.1G و NR 3.5G در محیط شبکه واقعی 9 دسی بل است.

A تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای نرخ‌های uplink نشان می‌دهد که وقتی قدرت سیگنال -98 دسی‌بل‌متر است، نرخ آپلینک برای 3.5G NR به طور قابل‌توجهی بیشتر از باند فرکانس 2.1G است.

تجزیه و تحلیل مقایسه نرخ بالادستی برای تست 7DT در سلول کوچک و قابلیت پشتیبانی صوتی 4T4R 2.1G NR

04 تجزیه و تحلیل قابلیت پشتیبانی صوتی برای 4T4R 2.1G NR

Aبا تثبیت اصل همکاری و اشتراک گذاری بین China Unicom و China Telecom، راه حل های انتقال صدا به تدریج به سمت VoNR در حال تکامل هستند. در طول مرحله شبکه NSA، صدا را می توان به طور انعطاف پذیر به شبکه های LTE چین Unicom یا China Telecom از طریق VoLTE اختصاص داد. در طول فاز شبکه SA، ابتدا می تواند از طریق EPS به شبکه LTE برگردد و متعاقباً عملکرد VoNR را در باند فرکانس 2.1G به آرامی فعال کند.

Bبا مقایسه انتقال صدای شبکه های VoLTE و WCDMA و تجزیه و تحلیل مقادیر MOS و داده های RSRP، می توان مشاهده کرد که کیفیت صدای VoNR در باند فرکانس 2.1G قوی تر از شبکه WCDMA است.

05   توصیه هایی برای کاربرد 2.1G و 3.5G

Bهمانطور که در تجزیه و تحلیل قبلی، واضح است که باند فرکانسی 2.1G می تواند به طور موثر ظرفیت و پوشش باند فرکانسی 3.5G را افزایش دهد. با این حال، پهنای باند باند فرکانس 2.1G به اندازه باند فرکانس 3.5G فراوان نیست و زنجیره صنعت دستگاه های 3.5G NR نسبتا بالغ است. پس از تجزیه و تحلیل جامع، نتایج و توصیه های زیر را می توان برای استفاده از باندهای فرکانسی 2.1G و 3.5G استخراج کرد:

a) با توجه به عدم بلوغ زنجیره صنعت دستگاه های 2.1G NR، توصیه می شود از شبکه 3.5G به عنوان پایه ای برای ساخت اولیه شبکه 5G برای دستیابی به پوشش مداوم استفاده شود. متعاقباً باید برای تسریع کاهش و حذف شبکه‌های 2G و 3G و کشت مجدد به موقع باند فرکانسی 2.1G برای ایجاد یک شبکه 5G متمایز با فرکانس‌های بالا و پایین هماهنگ، تلاش کرد.

b) شبکه های ترکیبی باند فرکانسی 2.1G و 3.5G یک رویکرد مهم برای ساخت شبکه های 5G با کیفیت بالا است. باند فرکانس 2.1G می تواند ظرفیت آپلینک تکمیلی و پوشش عمیق گسترده را فراهم کند. با شبکه‌سازی انعطاف‌پذیر بر اساس نیازهای ساخت‌وساز، می‌توان درک کاربر را بهبود بخشید و نفوذ برند China Unicom را افزایش داد.

c) شبکه حالت مختلط 3G/4G/5G می تواند از ارتقاء نرم افزاری تجهیزات شبکه موجود برای فعال کردن خدمات 5G استفاده کند، در نتیجه هزینه ساخت شبکه 5G را کاهش داده و استفاده از قابلیت های تجهیزات شبکه موجود را به حداکثر می رساند. همچنین پیش نیازی برای تنظیمات بعدی ساختار شبکه فراهم می کند.

06   نتیجه

Tمقاله او یک تحلیل مقایسه ای از عملکرد پوشش باندهای فرکانسی 2.1G و 3.5G از دیدگاه بودجه پیوند و آزمایش در محل انجام داده است. مشخص شد که تضعیف سیگنال در باند فرکانسی 3.5G بیشتر است و از نظر پوشش عمیق، عملکرد باند فرکانسی 3.5G کمتر از باند فرکانسی 2.1G است. در همان نرخ لبه، پوشش uplink باند فرکانسی 3.5G 9 دسی بل بدتر از باند فرکانسی 2.1G است. از طریق تجزیه و تحلیل نظری و آزمایش در محل، مشخص شد که باند فرکانسی 2.1G می تواند به طور موثر ظرفیت و محدوده پوشش باند فرکانسی 3.5G را افزایش دهد. شبکه هیبریدی باندهای فرکانس 2.1G و 3.5G برای شبکه های 5G می تواند قابلیت پوشش uplink را افزایش دهد، در نتیجه ظرفیت uplink و الزامات تاخیر برنامه های کاربردی صنعت 5G را برآورده می کند. کشت مجدد باند فرکانس 2.1G موجود و تجهیزات برای پشتیبانی از 5G می تواند ساخت شبکه های 5G را تسریع کند، ورودی های منابع ساخت و ساز را کاهش دهد و دشواری ساخت و ساز را کاهش دهد، بنابراین به عنوان وسیله ای مهم برای بهبود کارایی ساخت شبکه 5G عمل می کند.

این مقاله از «5G New Technology» تجدید چاپ شده است. ما از حمایت از حقوق مالکیت معنوی حمایت می کنیم. لطفاً هنگام چاپ مجدد منبع و نویسنده اصلی را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفاً برای حذف با ما تماس بگیرید.