Confronto delle prestazioni tra le bande di frequenza da 2.1 GHz e 3.5 GHz nelle reti 5G

Astratto

WCon il continuo sviluppo delle reti di comunicazione mobile, gli operatori dispongono di risorse di banda ad alta, media e bassa frequenza. Le risorse dello spettro radio sono risorse strategiche preziose e come utilizzarle in modo ragionevole ed efficiente è la preoccupazione principale degli operatori.

CAttualmente, le bande di frequenza a 2.1 GHz e 3.5 GHz sono le bande di frequenza principali per l'implementazione delle reti 5G. Questo articolo confronta le prestazioni di copertura delle bande a 2.1 GHz e 3.5 GHz dal punto di vista del budget di collegamento e dei test sul campo, e fornisce un'analisi dettagliata delle loro differenze in termini di prestazioni di copertura e capacità di servizio. Vengono inoltre illustrati gli svantaggi dell'implementazione indipendente della banda di frequenza a 3.5 GHz e il miglioramento dell'efficienza della successiva implementazione della rete mediante il riutilizzo della banda di frequenza a 2.1 GHz. Infine, vengono presentate le relative strategie di costruzione basate sulla situazione attuale della rete esistente di Shandong Unicom, fornendo una base importante per la successiva costruzione di reti 5G.

01 Panoramica

WCon il rilascio delle licenze 5G, è iniziata la commercializzazione della rete 5G cinese. Il Ministero dell'Industria e dell'Informazione Tecnologica ha autorizzato China Unicom a utilizzare la banda di frequenza a 3.5 GHz per il 5G. La banda di frequenza a 3.5 GHz gode del miglior supporto industriale a livello globale, ma la sua elevata frequenza comporta una più rapida attenuazione del segnale. L'implementazione delle reti 5G nella banda di frequenza a 3.5 GHz richiederà l'aggiunta di più stazioni base, con conseguenti investimenti significativamente maggiori in apparecchiature e infrastrutture. Costruire una rete 5G di alta qualità e competitiva a basso costo è diventata una questione importante per China Unicom.

TL'iniziativa di China Unicom e China Telecom di costruire e condividere congiuntamente reti 5G ha aperto nuove opportunità per la costruzione di reti 5G. Attualmente, la rete 3G di China Unicom ha una larghezza di banda di 15 MHz nella banda di frequenza a 2.1 GHz, mentre la sua rete 4G ha una larghezza di banda di 10 MHz nella banda di frequenza a 2.1 GHz. La rete 4G di China Telecom ha una larghezza di banda di 20 MHz nella banda di frequenza a 2.1 GHz. Insieme, China Unicom e China Telecom dispongono di una larghezza di banda totale di 45 MHz nella banda di frequenza a 2.1 GHz, con un'ulteriore larghezza di banda di 10 MHz non allocata. Se approvate per l'uso, China Unicom e China Telecom avranno una larghezza di banda totale di 55 MHz nella banda di frequenza a 2.1 GHz. Lo spettro delle radiofrequenze è una preziosa risorsa strategica e l'utilizzo ragionevole ed efficiente delle bande di frequenza a 2.1 GHz e 3.5 GHz nelle reti 5G è la preoccupazione principale degli operatori. Questo articolo combina il budget di collegamento e i test sul campo per confrontare e analizzare le prestazioni di copertura e la capacità di servizio delle bande di frequenza a 2.1 GHz e 3.5 GHz, dimostrando gli svantaggi dell'implementazione indipendente della banda di frequenza a 3.5 GHz e il miglioramento dell'efficienza della successiva implementazione della rete mediante il riutilizzo della banda di frequenza a 2.1 GHz. Propone inoltre strategie di costruzione corrispondenti basate sulla situazione attuale della rete esistente di Shandong Unicom, fornendo una base importante per la successiva costruzione di reti 5G.

02 Analisi teorica della capacità di copertura delle bande di frequenza a 2.1 GHz e 3.5 GHz

ASecondo il protocollo 3GPP, la banda B42 corrisponde alla banda di frequenza a 3.5 GHz, la banda B1 corrisponde alla banda di frequenza a 2.1 GHz, la banda B3 corrisponde alla banda di frequenza a 1.8 GHz e la banda B41 corrisponde alla banda di frequenza a 2.6 GHz. La lunghezza d'onda della banda di frequenza a 3.5 GHz è inferiore a quella della banda di frequenza a 2.1 GHz, con conseguenti capacità di penetrazione, diffrazione e dispersione naturali inferiori rispetto alla banda di frequenza a 2.1 GHz, con conseguente copertura insufficiente dell'uplink sul lato terminale.

UUtilizzando la banda B3 (banda di frequenza a 1.8 GHz) nella rete esistente come punto di riferimento, sono stati calcolati i valori teorici del budget di collegamento per le bande di frequenza a 1.8 GHz, 3.5 GHz, 2.1 GHz e 2.6 GHz. Un confronto dei risultati del budget di collegamento in uplink mostra che la capacità di uplink della banda di frequenza a 3.5 GHz è di 7.7 dB inferiore a quella della banda di frequenza a 2.1 GHz (4T4R) e di 4.2 dB inferiore a quella della banda di frequenza a 2.6 GHz.

La tabella 1 mostra i risultati del budget del collegamento uplink

BSulla base dell'analisi di cui sopra, si può osservare che la banda di frequenza a 3.5 GHz ha una copertura uplink inferiore rispetto all'implementazione indipendente delle reti 5G nella banda di frequenza a 2.1 GHz.

03 Test sul campo della capacità di copertura uplink nelle bande di frequenza 2.1 GHz e 3.5 GHz

TLa stazione base di GuDe Square, nella zona di sviluppo della città di Weifang, è stata selezionata per i test. Poiché attualmente non sono presenti terminali NR che supportino la banda di frequenza a 2.1 GHz, è stato condotto un test sul campo installando apparecchiature LTE 2.1T4R a 4 GHz e apparecchiature NR 3.5TR a 64 GHz nella stessa stazione per confrontare le capacità di copertura in uplink delle bande di frequenza a 3.5 GHz e 2.1 GHz.

3.1 Impostazioni dei parametri di prova

a) Distribuendo apparecchiature LTE 2.1T4R a 4 GHz e apparecchiature NR 3.5TR a 64 GHz nella stessa stazione, con la stessa altezza, azimut, angolo di downtilt e altri parametri. Durante il test, le stazioni base circostanti sono state temporaneamente spente e la potenza di trasmissione è stata regolata per espandere la portata della cella di misura principale a oltre 500 metri.

La tabella 2 mostra i parametri fisici della stazione base testata

b) La configurazione della stazione base a 3.5 GHz è la seguente: potenza configurata a 200 W, parametro SSB-RS impostato a 17.8 dBm, frequenza portante centrale downlink NR a 3,550 MHz, con una larghezza di banda di 100 MHz e un rapporto slot downlink/uplink di 7:3. La configurazione dell'antenna terminale SA richiede 2T4R, con una potenza di trasmissione massima di 26 dBm. La configurazione della stazione base a 2.1 GHz è la seguente: potenza configurata a 4x40 W, parametro CRS RS impostato a 21.2 dBm, la configurazione dell'antenna terminale SA richiede 1T4R, con una potenza di trasmissione massima di 23 dBm.

3.2 Descrizione del test

TÈ stata testata la copertura delle bande di frequenza a 2.1 GHz e 3.5 GHz. Per i test è stato selezionato un settore con la stessa direzione del lobo principale, altezza, azimut, angolo di downtilt (incluso il downtilt elettronico) e densità spettrale di potenza nelle bande di frequenza a 2.1 GHz e 3.5 GHz. Le figure seguenti mostrano lo schema dei percorsi di test CQT e DT pertinenti:

Diagramma schematico per il percorso di prova nella Figura 1

Per il test di guida dell'area di copertura continua esterna (test DT), i requisiti sono i seguenti:

a) Posizionare 2 terminali uno accanto all'altro sul desktop o sui sedili dell'auto, ciascuno bloccato rispettivamente su 3.5 e 2.1 GHz, avviare servizi di uplink FTP full-buffer e gestirli.

b) Il lato gestione della rete dovrebbe registrare informazioni in tempo reale, come il rumore di fondo dell'uplink della cella di prova principale durante il periodo di prova.

c) Il veicolo di prova è dotato di terminali di prova e strumenti di prova di guida per muoversi lentamente lungo il percorso prestabilito (non superando i 5 km/h), attraversando le strade all'interno della cella di prova principale; la durata della prova non deve essere inferiore a 1 ora.

d) Se il servizio si disconnette, registrare le informazioni sulla disconnessione, riavviare i servizi dati nelle vicinanze e continuare il test dell'unità.

e) Il software di test di guida dovrebbe registrare i dati LOG in tempo reale, secondo i requisiti, durante l'intero processo di test.

Quando si eseguono test CQT a copertura profonda, selezionare non meno di 7 edifici nella direzione da vicino a lontano dalla direzione normale del lobo principale delle celle 3.5G e 2.1G come edifici per i test CQT, finché gli edifici non si trovano a 500 metri di distanza dalla stazione base o non sono accessibili, come mostrato nella Figura 2.

selezione dei punti di prova CQT nella Figura 2

a) Per ogni edificio da testare vengono selezionati i piani alti, medi e bassi, con preferenza per il 1°, 3° e 5° piano.

b) Posizionare 2 terminali uno accanto all'altro, bloccarli rispettivamente a 3.5 GHz e 2.1 GHz, avviare servizi di uplink FTP full-buffer in ogni punto di test all'interno degli edifici, attraversare i percorsi interni e mantenere il servizio per almeno 1 minuto. Se non è possibile completare l'accesso all'interno dell'edificio di test, è necessario registrare dettagliatamente i fenomeni di test.

c) Mantenere la stessa altezza dell'antenna e lo stesso angolo di inclinazione verso il basso, ruotare le due celle di prova principali in senso orario di 30 gradi (regolare le celle adiacenti secondo necessità) e ripetere il passaggio (b) nella posizione di prova originale lungo lo stesso percorso di prova.

3.3 Test di capacità di copertura CQT

I risultati comparativi del test CQT di copertura uplink per singole celle a 2.1 G e 3.5 G sono mostrati nella Figura 3.

Risultati del test CQT nella Figura 3

ASecondo i risultati dei test in Figura 3, è evidente che in condizioni di copertura del bordo cella (LTE RSRP<-105 dBm), la probabilità di copertura approssimativa per la banda 2.1G è del 94%, mentre per la banda 3.5G è del 31%. Nel caso di test di copertura profonda, il valore RSRP per la banda 3.5G è inferiore di 6-7 dB rispetto alla banda 2.1G, indicando che le prestazioni della banda 3.5G sono inferiori a quelle della banda 2.1G in termini di copertura profonda.

3.4 Test di capacità di copertura DT

INell'analisi dei dati del test DT, i telefoni cellulari LTE 2.1G e NR 3.5G vengono posizionati nella stessa posizione e conducono simultaneamente test di copertura a tappeto all'interno della cella. Ai fini dell'analisi comparativa, le velocità LTE e NR nella stessa posizione vengono normalizzate in base al prezzo RSRP LTE.

FPer i test di copertura stradale effettiva delle bande di frequenza 2.1G e 3.5G nella rete esistente, vengono selezionati settori con la stessa direzione normale del lobo principale, altezza di montaggio, azimut, angolo di downtilt (incluso il downtilt elettrico) e densità spettrale di potenza per entrambe le bande di frequenza 2.1G e 3.5G. I risultati della traiettoria del test DT sono mostrati nella Figura 4.

Figura 4: Mappa della situazione di copertura per i test 4DT

BSulla base dei dati dei test su strada, l'analisi comparativa RSRP ha evidenziato che la potenza media del segnale per i test sulla banda di frequenza 2.1G è di -97 dBm, mentre per i test sulla banda di frequenza 3.5G è di -105 dBm. Inoltre, si è verificato un grave problema di interruzione della rete in alcune aree durante i test sulla banda di frequenza 3.5G.

ACon l'aumentare della distanza di copertura, in scenari non in linea di vista, l'attenuazione del segnale per il 3.5G è maggiore di quella per il 2.1G. Inoltre, la differenza di intensità del segnale tra le due bande continua ad aumentare con l'espansione della distanza di copertura. L'analisi dei dati è illustrata nella Figura 5.

L'analisi comparativa della potenza del segnale e della distanza di copertura per i test 5DT è mostrata nella Figura 5

ASecondo l'analisi dei dati in Figura 5, si può osservare che quando la distanza di copertura è relativamente ravvicinata, la potenza di ricezione del segnale 3.5G in scenari in linea di vista differisce da quella 2.1G di circa 7 dB. Tuttavia, a distanze di copertura maggiori, in scenari non in linea di vista, la differenza di potenza del segnale tra i due è di circa 14 dB.

FInoltre, nella Figura 3.5 è illustrata un'analisi della situazione di copertura per 2.1G e 6G ai margini della cella.

Figura 6: Analisi della copertura dei bordi per test 6DT in piccole celle

TL'analisi della Figura 6 rivela che a una velocità di 1 Mbit/s al limite della cella, il segnale ricevuto per 2.1G è -115 dBm, mentre per 3.5G è -106 dBm. Pertanto, la differenza di copertura tra LTE 2.1G e NR 3.5G nell'ambiente di rete reale è di 9 dB.

A L'analisi comparativa delle velocità di uplink mostra che quando la potenza del segnale è -98 dBm, la velocità di uplink per 3.5G NR è significativamente più alta di quella della banda di frequenza 2.1G.

Analisi comparativa della velocità upstream per i test 7DT in piccole celle e capacità di supporto vocale 4T4R 2.1G NR

04 Analisi della capacità di supporto vocale per 4T4R 2.1G NR

ACon l'affermarsi del principio di co-costruzione e condivisione tra China Unicom e China Telecom, le soluzioni di trasporto voce si stanno gradualmente evolvendo verso il VoNR. Durante la fase di networking NSA, la voce può essere allocata in modo flessibile alle reti LTE di China Unicom o China Telecom tramite VoLTE. Durante la fase di networking SA, può inizialmente ripiegare sulla rete LTE tramite EPS e successivamente attivare senza problemi la funzione VoNR nella banda di frequenza 2.1G.

BConfrontando la trasmissione vocale delle reti VoLTE e WCDMA e analizzando i valori MOS e i dati RSRP, si può osservare che la qualità vocale del VoNR nella banda di frequenza 2.1G è più forte di quella della rete WCDMA.

05   Raccomandazioni per l'applicazione di 2.1G e 3.5G

BSulla base dell'analisi precedente, è chiaro che la banda di frequenza 2.1G può migliorare efficacemente la capacità e la copertura della banda di frequenza 3.5G. Tuttavia, la larghezza di banda della banda di frequenza 2.1G non è così ampia come quella della banda di frequenza 3.5G e la filiera dei dispositivi 3.5G NR è relativamente matura. Dopo un'analisi completa, è possibile trarre le seguenti conclusioni e raccomandazioni per l'applicazione delle bande di frequenza 2.1G e 3.5G:

a) A causa dell'immaturità della filiera dei dispositivi 2.1G NR, si raccomanda di utilizzare la rete 3.5G come base per la costruzione iniziale della rete 5G al fine di ottenere una copertura continua. Successivamente, si dovrebbero compiere sforzi per accelerare la riduzione e l'eliminazione delle reti 2G e 3G e riqualificare tempestivamente la banda di frequenza 2.1G per creare una rete 5G differenziata con frequenze alte e basse coordinate.

b) La rete ibrida delle bande di frequenza 2.1G e 3.5G è un approccio fondamentale per la realizzazione di reti 5G di alta qualità. La banda di frequenza 2.1G può fornire capacità di uplink supplementare e una copertura estesa e profonda. Grazie alla flessibilità della rete in base alle esigenze costruttive, è possibile migliorare la percezione dell'utente e accrescere l'influenza del marchio China Unicom.

c) La rete mista 3G/4G/5G può utilizzare gli aggiornamenti software delle apparecchiature di rete esistenti per abilitare i servizi 5G, riducendo così i costi di realizzazione della rete 5G e massimizzando l'utilizzo delle capacità delle apparecchiature di rete esistenti. Fornisce inoltre un prerequisito per i successivi adeguamenti della struttura di rete.

06   Conclusione

TQuesto articolo ha condotto un'analisi comparativa delle prestazioni di copertura delle bande di frequenza 2.1G e 3.5G dal punto di vista del budget di collegamento e dei test in loco. È stato riscontrato che l'attenuazione del segnale nella banda di frequenza 3.5G è maggiore e, in termini di copertura profonda, le prestazioni della banda di frequenza 3.5G sono inferiori a quelle della banda di frequenza 2.1G. A parità di edge rate, la copertura in uplink della banda di frequenza 3.5G è di 9 dB inferiore a quella della banda di frequenza 2.1G. Attraverso analisi teoriche e test in loco, è stato scoperto che la banda di frequenza 2.1G può migliorare efficacemente la capacità e l'intervallo di copertura della banda di frequenza 3.5G. La rete ibrida delle bande di frequenza 2.1G e 3.5G per le reti 5G può migliorare la capacità di copertura in uplink, soddisfacendo così i requisiti di capacità e latenza in uplink delle applicazioni industriali 5G. Riutilizzare la banda di frequenza 2.1G esistente e le apparecchiature per supportare il 5G può accelerare la costruzione delle reti 5G, ridurre l'impiego di risorse per la costruzione e diminuire la difficoltà di costruzione, rappresentando così un importante mezzo per migliorare l'efficienza della costruzione della rete 5G.

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