La comparaison des performances entre les bandes de fréquences 2.1 GHz et 3.5 GHz dans les réseaux 5G

Abstract

WAvec le développement continu des réseaux de communication mobile, les opérateurs disposent de ressources en bandes hautes, moyennes et basses fréquences. Les ressources du spectre des radiofréquences sont des ressources stratégiques précieuses, et la manière de les utiliser de manière raisonnable et efficace est la principale préoccupation des opérateurs.

CActuellement, les bandes de fréquences 2.1 GHz et 3.5 GHz sont les bandes de fréquences principales pour le déploiement des réseaux 5G. Cet article compare les performances de couverture des bandes 2.1 GHz et 3.5 GHz du point de vue du bilan de liaison et des tests sur le terrain, et fournit une analyse détaillée de leurs différences en termes de performances de couverture et de capacité de service. Il souligne également les inconvénients du déploiement indépendant de la bande de fréquences de 3.5 GHz et l'amélioration de l'efficacité du déploiement ultérieur du réseau grâce à la réutilisation de la bande de fréquences de 2.1 GHz. En outre, il présente les stratégies de construction correspondantes basées sur la situation actuelle du réseau existant de Shandong Unicom, fournissant une base importante pour la construction ultérieure des réseaux 5G.

01 Aperçu

WAvec la délivrance de licences 5G, la commercialisation du réseau 5G chinois a commencé. Le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information a autorisé China Unicom à utiliser la bande de fréquences 3.5 GHz pour la 5G. La bande de fréquences 3.5 GHz bénéficie du meilleur support industriel mondial, mais sa haute fréquence entraîne une atténuation plus rapide du signal. Le déploiement de réseaux 5G dans la bande de fréquences de 3.5 GHz nécessitera l'ajout d'un plus grand nombre de stations de base, ce qui entraînera des investissements considérablement plus élevés dans les équipements et infrastructures correspondants. Construire un réseau 5G compétitif et de haute qualité à faible coût est devenu un enjeu important auquel China Unicom est confronté.

TL'initiative de China Unicom et China Telecom visant à construire et partager conjointement des réseaux 5G a ouvert des opportunités pour la construction de réseaux 5G. Actuellement, le réseau 3G de China Unicom dispose d'une bande passante de 15 MHz dans la bande de fréquences de 2.1 GHz, et son réseau 4G dispose d'une bande passante de 10 MHz dans la bande de fréquences de 2.1 GHz. Le réseau 4G de China Telecom dispose d'une bande passante de 20 MHz dans la bande de fréquences de 2.1 GHz. Ensemble, China Unicom et China Telecom disposent d'une bande passante totale de 45 MHz dans la bande de fréquences de 2.1 GHz, une bande passante supplémentaire de 10 MHz restant non allouée. Si leur utilisation est approuvée, China Unicom et China Telecom disposeront d'une bande passante totale de 55 MHz dans la bande de fréquences de 2.1 GHz. La ressource spectrale des radiofréquences est une ressource stratégique précieuse, et l'utilisation raisonnable et efficace des bandes de fréquences 2.1 GHz et 3.5 GHz dans les réseaux 5G est la principale préoccupation des opérateurs. Cet article combine le bilan de liaison et les tests sur le terrain pour comparer et analyser les performances de couverture et la capacité de service des bandes de fréquences 2.1 GHz et 3.5 GHz, démontrant les inconvénients du déploiement indépendant de la bande de fréquences 3.5 GHz et l'amélioration de l'efficacité du déploiement ultérieur du réseau en réutilisant la bande de fréquence 2.1 GHz. Il propose également des stratégies de construction correspondantes basées sur la situation actuelle du réseau existant de Shandong Unicom, fournissant une base importante pour la construction ultérieure des réseaux 5G.

02 Analyse théorique de la capacité de couverture des bandes de fréquences 2.1 GHz et 3.5 GHz

ASelon le protocole 3GPP, la bande B42 correspond à la bande de fréquence 3.5 GHz, la bande B1 correspond à la bande de fréquence 2.1 GHz, la bande B3 correspond à la bande de fréquence 1.8 GHz et la bande B41 correspond à la bande de fréquence 2.6 GHz. . La longueur d'onde de la bande de fréquences de 3.5 GHz est plus courte que celle de la bande de fréquences de 2.1 GHz, ce qui entraîne des capacités naturelles de pénétration, de diffraction et de diffusion plus faibles par rapport à la bande de fréquences de 2.1 GHz, conduisant à une couverture de liaison montante insuffisante du côté du terminal.

UEn utilisant la bande B3 (bande de fréquence 1.8 GHz) dans le réseau existant comme point de référence, les valeurs théoriques du bilan de liaison pour les bandes de fréquence 1.8 GHz, 3.5 GHz, 2.1 GHz et 2.6 GHz ont été calculées. Une comparaison des résultats du bilan de liaison montante montre que la capacité de liaison montante de la bande de fréquences de 3.5 GHz est inférieure de 7.7 dB à celle de la bande de fréquences de 2.1 GHz (4T4R) et de 4.2 dB inférieure à celle de la bande de fréquences de 2.6 GHz.

Le tableau 1 montre les résultats du budget de liaison montante

BD’après l’analyse ci-dessus, on peut constater que la bande de fréquences 3.5 GHz a une couverture de liaison montante plus faible par rapport au déploiement indépendant des réseaux 5G dans la bande de fréquences 2.1 GHz.

03 Tests sur le terrain de la capacité de couverture de liaison montante dans les bandes de fréquences 2.1 GHz et 3.5 GHz

TLa station de base GuDe Square dans la zone de développement de la ville de Weifang a été sélectionnée pour les tests. Puisqu'il n'existe actuellement aucun terminal NR prenant en charge la bande de fréquences 2.1 GHz, un test sur le terrain a été réalisé en déployant un équipement 2.1T4R LTE 4 GHz et un équipement 3.5TR NR 64 GHz dans la même station pour comparer les capacités de couverture de liaison montante des fréquences 3.5 GHz et 2.1 GHz. bandes.

3.1 Paramètres des paramètres de test

a) Déploiement d'équipements 2.1T4R LTE 4 GHz et d'équipements 3.5TR NR 64 GHz dans la même station, avec les mêmes hauteur, azimut, angle d'inclinaison vers le bas et autres paramètres. Au cours du test, les stations de base environnantes ont été temporairement arrêtées et la puissance de transmission a été ajustée pour étendre la portée de couverture de la cellule de mesure principale à plus de 500 mètres.

Le tableau 2 montre les paramètres physiques de la station de base testée

b) La configuration de la station de base 3.5 GHz est la suivante : puissance configurée à 200 W, paramètre SSB-RS réglé à 17.8 dBm, fréquence porteuse centrale de liaison descendante NR à 3,550 100 MHz, avec une bande passante de 7 MHz, et un rapport entre les créneaux descendants et montants de 3:2. La configuration de l'antenne terminale SA nécessite 4 T26R, avec une puissance d'émission maximale de 2.1 dBm. La configuration de la station de base 4 GHz est la suivante : puissance configurée à 40 x 21.2 W, paramètre CRS-RS réglé à 1 dBm, la configuration de l'antenne terminale SA nécessite 4 T23R, avec une puissance d'émission maximale de XNUMX dBm.

3.2 Description de l'essai

TLa couverture des bandes de fréquences 2.1 GHz et 3.5 GHz a été testée. Un secteur avec la même direction du lobe principal, la même hauteur, l'azimut, l'angle d'inclinaison vers le bas (y compris l'inclinaison électronique vers le bas) et la même densité spectrale de puissance dans les bandes de fréquences de 2.1 GHz et 3.5 GHz a été sélectionné pour les tests. Les figures suivantes montrent le diagramme schématique des itinéraires de test CQT et DT pertinents :

Diagramme schématique de la route de test dans la figure 1

Pour l’essai de conduite de la zone de couverture extérieure continue (essai DT), les exigences sont les suivantes :

a) Placez 2 terminaux côte à côte sur le bureau ou les sièges de la voiture, chacun verrouillé à 3.5 et 2.1 GHz respectivement, lancez des services de liaison montante FTP à tampon complet et maintenez-les.

b) Le côté gestion du réseau doit enregistrer des informations en temps réel telles que le plancher de bruit de liaison montante de la cellule de test principale pendant la période de test.

c) Le véhicule d'essai transporte des terminaux d'essai et des outils d'essai de conduite pour se déplacer lentement le long de l'itinéraire prédéterminé (ne dépassant pas 5 km/h), traversant des routes à l'intérieur de la cellule d'essai principale, et la durée du test ne doit pas être inférieure à 1 heure.

d) Si le service se déconnecte, enregistrez les informations de déconnexion, redémarrez les services de données à proximité et poursuivez le test de conduite.

e) Le logiciel de test de conduite doit enregistrer les données LOG en temps réel conformément aux exigences tout au long du processus de test.

Lors de la réalisation de tests CQT à couverture profonde, sélectionnez au moins 7 bâtiments dans la direction proche-lointaine à partir de la direction normale du lobe principal des cellules 3.5G et 2.1G comme bâtiments de test CQT, jusqu'à ce que les bâtiments soient à 500 mètres de la base. station ou inaccessible, comme le montre la figure 2.

sélection des points de test CQT dans la figure 2

a) Pour chaque bâtiment à tester, les étages hauts, moyens et bas sont sélectionnés pour les tests, avec une préférence pour les tests aux 1er, 3ème et 5ème étages.

b) Placez 2 terminaux côte à côte, verrouillez-les respectivement à 3.5 GHz et 2.1 GHz, lancez des services de liaison montante FTP à tampon complet à chaque point de test dans les bâtiments, parcourez les chemins intérieurs et maintenez le service pendant au moins 1 minute. S'il n'est pas possible d'accéder complètement à l'intérieur du bâtiment d'essai, les phénomènes d'essai détaillés doivent être enregistrés.

c) Maintenez la même hauteur d'antenne et le même angle d'inclinaison vers le bas, faites pivoter les deux cellules de test principales dans le sens des aiguilles d'une montre de 30 degrés (ajustez les cellules adjacentes si nécessaire) et répétez l'étape (b) à la position de test d'origine le long du même itinéraire de test.

3.3 Test CQT de capacité de couverture

Les résultats comparatifs du test CQT de couverture de liaison montante pour des cellules uniques à 2.1G et 3.5G sont présentés à la figure 3.

Les résultats du test CQT dans la figure 3

AD'après les résultats des tests de la figure 3, il est évident que dans des conditions de couverture de bord de cellule (LTE RSRP < -105 dBm), la probabilité de couverture approximative pour la bande 2.1G est de 94 %, tandis que pour la bande 3.5G, elle est de 31 %. Dans le cas de tests de couverture profonde, la valeur RSRP pour la bande 3.5G est inférieure de 6 à 7 dB à celle de la bande 2.1G, ce qui indique que les performances de la bande 3.5G sont inférieures à celles de la bande 2.1G en termes de couverture profonde.

3.4 Test DT de capacité de couverture

ILors de l'analyse des données de test DT, les téléphones mobiles LTE 2.1G et les téléphones mobiles NR 3.5G sont positionnés au même endroit et effectuent simultanément des tests de couverture globale au sein de la cellule. Aux fins d'analyse comparative, les tarifs LTE et NR au même endroit sont normalisés selon LTE RSRP.

Fou les tests de couverture routière réelle des bandes de fréquences 2.1G et 3.5G dans le réseau existant, les secteurs avec la même direction normale du lobe principal, la même hauteur de montage, l'azimut, l'angle d'inclinaison vers le bas (y compris l'inclinaison électrique vers le bas) et la même densité spectrale de puissance sont sélectionnés pour les deux. les bandes de fréquences 2.1G et 3.5G. Les résultats de la trajectoire du test DT sont présentés à la figure 4.

Figure 4 : Carte de situation de la couverture pour les tests 4DT

BD'après l'analyse comparative RSRP des données d'essai routier, la force moyenne du signal pour le test de la bande de fréquence 2.1G est de -97 dBm, tandis que pour le test de la bande de fréquence 3.5G, elle est de -105 dBm. De plus, il existe un grave problème de zones connaissant une panne de réseau lors des tests de la bande de fréquences 3.5G.

ALorsque la distance de couverture augmente, dans les scénarios sans visibilité directe, l'atténuation du signal pour 3.5G est supérieure à celle pour 2.1G. De plus, la différence de puissance du signal entre les deux bandes continue d’augmenter avec l’expansion de la distance de couverture. L'analyse des données est illustrée à la figure 5.

L'analyse comparative de la force du signal et de la distance de couverture pour les tests 5DT est présentée à la figure 5.

ASelon l'analyse des données de la figure 5, on peut observer que lorsque la distance de couverture est relativement proche, la force de réception du signal de 3.5G dans les scénarios en visibilité directe diffère de 2.1G d'environ 7 dB. Cependant, à des distances de couverture plus grandes, dans des scénarios sans visibilité directe, la différence d'intensité du signal entre les deux est d'environ 14 dB.

FDe plus, une analyse de la situation de couverture pour 3.5G et 2.1G en bordure de cellule est représentée dans la figure 6.

Figure 6 : Analyse de couverture des bords pour les tests 6DT en petites cellules

TL'analyse de la figure 6 révèle qu'à une vitesse de 1 Mbit/s au bord de la cellule, le signal reçu pour 2.1G est de -115 dBm, tandis que pour 3.5G, il est de -106 dBm. Par conséquent, la différence de couverture entre LTE 2.1G et NR 3.5G dans l’environnement réseau réel est de 9 dB.

A L'analyse comparative des débits de liaison montante montre que lorsque l'intensité du signal est de -98 dBm, le débit de liaison montante pour 3.5G NR est nettement supérieur à celui de la bande de fréquences 2.1G.

Analyse comparative du débit en amont pour les tests 7DT dans les petites cellules et la capacité de prise en charge vocale 4T4R 2.1G NR

04 Analyse de la capacité de prise en charge vocale pour 4T4R 2.1G NR

AÀ mesure que le principe de co-construction et de partage entre China Unicom et China Telecom est posé, les solutions de transport de voix évoluent progressivement vers le VoNR. Pendant la phase de mise en réseau NSA, la voix peut être attribuée de manière flexible aux réseaux LTE de China Unicom ou China Telecom via VoLTE. Pendant la phase de mise en réseau SA, il peut d'abord revenir au réseau LTE via EPS et ensuite activer en douceur la fonction VoNR dans la bande de fréquences 2.1G.

BEn comparant le transport vocal des réseaux VoLTE et WCDMA et en analysant les valeurs MOS et les données RSRP, on peut observer que la qualité vocale du VoNR dans la bande de fréquences 2.1G est meilleure que celle du réseau WCDMA.

05   Recommandations pour l'application du 2.1G et du 3.5G

BD'après l'analyse précédente, il est clair que la bande de fréquences 2.1G peut améliorer efficacement la capacité et la couverture de la bande de fréquences 3.5G. Cependant, la bande passante de la bande de fréquences 2.1G n'est pas aussi abondante que celle de la bande de fréquences 3.5G, et la chaîne industrielle des appareils 3.5G NR est relativement mature. Après une analyse approfondie, les conclusions et recommandations suivantes peuvent être tirées pour l’application des bandes de fréquences 2.1G et 3.5G :

a) En raison de l'immaturité de la chaîne industrielle des appareils 2.1G NR, il est recommandé d'utiliser le réseau 3.5G comme base pour la construction initiale du réseau 5G afin d'obtenir une couverture continue. Par la suite, des efforts devraient être déployés pour accélérer la réduction et l'élimination des réseaux 2G et 3G, et régénérer en temps opportun la bande de fréquences 2.1G afin de créer un réseau 5G différencié avec des fréquences hautes et basses coordonnées.

b) La mise en réseau hybride des bandes de fréquences 2.1G et 3.5G constitue une approche importante pour la construction de réseaux 5G de haute qualité. La bande de fréquences 2.1G peut fournir une capacité de liaison montante supplémentaire et une couverture profonde étendue. Grâce à une mise en réseau flexible en fonction des besoins de construction, la perception des utilisateurs peut être améliorée et l'influence de la marque China Unicom peut être renforcée.

c) Le réseau en mode mixte 3G/4G/5G peut utiliser des mises à niveau logicielles des équipements réseau existants pour activer les services 5G, réduisant ainsi le coût de construction du réseau 5G et maximisant l'utilisation des capacités des équipements réseau existants. Cela constitue également une condition préalable aux ajustements ultérieurs de la structure du réseau.

06   Conclusion

TCet article a mené une analyse comparative des performances de couverture des bandes de fréquences 2.1G et 3.5G du point de vue du bilan de liaison et des tests sur site. Il a été constaté que l'atténuation du signal dans la bande de fréquences 3.5G est plus importante et qu'en termes de couverture profonde, les performances de la bande de fréquences 3.5G sont inférieures à celles de la bande de fréquences 2.1G. Au même débit de bord, la couverture de liaison montante de la bande de fréquences 3.5G est 9 dB moins bonne que celle de la bande de fréquences 2.1G. Grâce à une analyse théorique et à des tests sur site, il a été découvert que la bande de fréquences 2.1G peut améliorer efficacement la capacité et la plage de couverture de la bande de fréquences 3.5G. La mise en réseau hybride des bandes de fréquences 2.1G et 3.5G pour les réseaux 5G peut améliorer la capacité de couverture de liaison montante, répondant ainsi aux exigences de capacité de liaison montante et de latence des applications industrielles 5G. La remise en culture de la bande de fréquences 2.1G existante et des équipements pour prendre en charge la 5G peut accélérer la construction de réseaux 5G, réduire les apports de ressources de construction et réduire les difficultés de construction, constituant ainsi un moyen important pour améliorer l'efficacité de la construction du réseau 5G.

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