2.1G ネットワークにおける 3.5GHz 周波数帯と 5GHz 周波数帯のパフォーマンスの比較

抽象

W移動通信ネットワークの継続的な発展により、通信事業者は高、中、低周波数帯域のリソースを保有しています。無線周波数スペクトルリソースは貴重な戦略的リソースであり、スペクトルリソースを合理的かつ効率的に使用する方法は、通信事業者にとって最大の関心事です。

C現在、2.1GHzと3.5GHzの周波数帯は、5Gネットワ​​ークを展開するための主流の周波数帯です。この記事では、リンクバジェットとフィールドテストの観点から2.1GHzと3.5GHzの帯域のカバレッジパフォーマンスを比較し、カバレッジパフォーマンスとサービス容量の違いを詳細に分析します。また、3.5GHz周波数帯を単独で展開することの欠点と、2.1GHz周波数帯を再利用することによるその後のネットワーク展開の効率向上についても説明します。さらに、山東聯通の既存ネットワークの現状に基づいて、対応する構築戦略を提示し、その後の5Gネットワ​​ークの構築に重要な基礎を提供します。

01 概要

W5Gライセンスの発行により、中国の5Gネットワ​​ークの商用化が始まりました。工業情報化部は、China Unicomに3.5G用の5GHz周波数帯の使用を許可しました。3.5GHz周波数帯は、世界的に最も業界の支持を得ていますが、周波数が高いため信号の減衰が早くなります。5GHz周波数帯で3.5Gネットワ​​ークを展開するには、より多くの基地局を追加する必要があり、対応する機器とインフラストラクチャへの投資が大幅に増加します。高品質で競争力のある5Gネットワ​​ークを低コストで構築することは、China Unicomが直面する重要な課題となっています。

T中国聯通と中国電信が5Gネットワ​​ークを共同で構築・共有するという取り組みは、5Gネットワ​​ーク構築にチャンスをもたらしました。現在、中国聯通の3Gネットワ​​ークは15GHz周波数帯で2.1MHzの帯域幅を持ち、4Gネットワ​​ークは10GHz周波数帯で2.1MHzの帯域幅を持っています。中国電信の4Gネットワ​​ークは20GHz周波数帯で2.1MHzの帯域幅を持っています。中国聯通と中国電信を合わせると、45GHz周波数帯で合計2.1MHzの帯域幅を持ち、さらに10MHzの帯域幅が未割り当てのままです。使用が承認されれば、中国聯通と中国電信は55GHz周波数帯で合計2.1MHzの帯域幅を持つことになります。無線周波数スペクトルリソースは貴重な戦略的リソースであり、2.1Gネットワ​​ークでの3.5GHzと5GHzの周波数帯の合理的かつ効率的な利用は、通信事業者にとって最大の関心事です。本稿では、リンクバジェットとフィールドテストを組み合わせて、2.1GHzと3.5GHzの周波数帯域のカバレッジ性能とサービス容量を比較・分析し、3.5GHz周波数帯域の単独展開の欠点と、2.1GHz周波数帯域の再利用による後続のネットワーク展開の効率向上を明らかにした。また、山東聯通の既存ネットワークの現状に基づいて対応する構築戦略を提案し、その後の5Gネットワ​​ーク構築に重要な基礎を提供している。

02 2.1GHzと3.5GHzの周波数帯域のカバレッジ能力の理論分析

A3GPPプロトコルによれば、B42バンドは3.5GHz周波数帯、B1バンドは2.1GHz周波数帯、B3バンドは1.8GHz周波数帯、B41バンドは2.6GHz周波数帯に対応しています。3.5GHz周波数帯の波長は2.1GHz周波数帯の波長よりも短いため、2.1GHz周波数帯に比べて自然透過性、回折、散乱能力が劣り、端末側でのアップリンクカバレッジが不十分になります。

U既存ネットワークのB3バンド（1.8GHz周波数帯）を基準として、1.8GHz、3.5GHz、2.1GHz、2.6GHz周波数帯の理論的なリンクバジェット値を計算しました。アップリンクのリンクバジェット結果を比較すると、3.5GHz周波数帯のアップリンク能力は7.7GHz周波数帯（2.1T4R）よりも4dB劣っており、4.2GHz周波数帯よりも2.6dB劣っていることがわかります。

表1はアップリンクのリンクバジェットの結果を示す。

B上記の分析に基づくと、3.5 GHz 周波数帯域での 5G ネットワークの独立した展開と比較して、2.1 GHz 周波数帯域のアップリンク カバレッジが劣っていることがわかります。

03 2.1GHzおよび3.5GHz周波数帯におけるアップリンクカバレッジ能力のフィールドテスト

T試験対象として、濰坊市開発区の古徳広場基地局が選定された。現在、2.1GHz周波数帯に対応したNR端末がないため、2.1GHz 4T4R LTE機器と3.5GHz 64TR NR機器を同一局内に配備し、3.5GHzと2.1GHz周波数帯のアップリンクカバレッジ能力を比較するフィールド試験を実施した。

3.1 テストパラメータ設定

a) 2.1GHz 4T4R LTE機器と3.5GHz 64TR NR機器を同じステーションに配置し、高さ、方位、ダウンチルト角などのパラメータを同じにします。テスト中は、周囲の基地局を一時的にシャットダウンし、送信電力を調整して、メイン測定セルのカバレッジ範囲を500メートル以上に拡大しました。

表2はテストした基地局の物理的パラメータを示す。

b) 3.5GHz基地局の構成は、送信電力を200W、SSB-RSパラメータを17.8dBmに設定し、NRダウンリンクの中心キャリア周波数を3,550MHz、帯域幅を100MHzに設定し、ダウンリンクとアップリンクのスロット比を7:3に設定しています。SA端末アンテナ構成は2T4Rで、最大送信電力は26dBmです。2.1GHz基地局の構成は、送信電力を4x40Wに設定し、CRS RSパラメータを21.2dBmに設定し、SA端末アンテナ構成は1T4Rで、最大送信電力は23dBmです。

3.2 テストの説明

T2.1 GHz および 3.5 GHz 周波数帯域のカバレッジがテストされました。2.1 GHz および 3.5 GHz 周波数帯域で同じメインローブ方向、高さ、方位、ダウンチルト角 (電子ダウンチルトを含む)、および電力スペクトル密度を持つセクターがテスト用に選択されました。次の図は、関連する CQT および DT テスト ルートの概略図を示しています。

図1の試験ルートの概略図

連続屋外ブランケットカバレッジエリアドライブテスト (DT テスト) の要件は次のとおりです。

a) 車のデスクトップまたは座席に 2 つの端末を並べて配置し、それぞれを 3.5 GHz と 2.1 GHz にロックし、フル バッファー FTP アップリンク サービスを開始して維持します。

b) ネットワーク管理側は、テスト期間中にメイン テスト セルのアップリンク ノイズ フロアなどのリアルタイム情報を記録する必要があります。

c) 試験車両には試験端末と運転試験ツールが搭載されており、所定のルートに沿ってゆっくりと移動し（時速 5 km 以下）、メイン試験セル内の道路を走行します。試験時間は 1 時間未満にはなりません。

d) サービスが切断された場合は、切断情報を記録し、近くのデータ サービスを再開して、ドライブ テストを続行します。

e) ドライブ テスト ソフトウェアは、テスト プロセス全体を通じて要件に従って LOG データをリアルタイムで記録する必要があります。

ディープ カバレッジ CQT テストを実施する場合は、図 7 に示すように、建物が基地局から 3.5 メートル離れるかアクセスできなくなるまで、2.1G および 500G セルのメイン ローブ法線方向から近距離から遠距離方向に 2 つ以上の建物を CQT テスト建物として選択します。

図2のCQTテストポイントの選択

a) テスト対象の建物ごとに、高層階、中層階、低層階がテスト対象として選択され、1 階、3 階、5 階でのテストが優先されます。

b) 2 台の端末を並べて配置し、それぞれ 3.5 GHz と 2.1 GHz にロックし、建物内の各テスト ポイントでフル バッファー FTP アップリンク サービスを開始し、屋内パスを通過して、少なくとも 1 分間サービスを維持します。テスト建物内でアクセスを完了できない場合は、詳細なテスト現象を記録する必要があります。

c) 同じアンテナの高さとダウンチルト角度を維持し、30 つのメイン テスト セルを時計回りに XNUMX 度回転させ (必要に応じて隣接するセルを調整)、同じテスト ルートに沿って元のテスト位置で手順 (b) を繰り返します。

3.3 カバレッジ能力CQTテスト

2.1G および 3.5G での単一セルのアップリンク カバレッジ CQT テストの比較結果を図 3 に示します。

図3のCQTテスト結果

A図 3 のテスト結果によると、セル エッジ カバレッジの条件 (LTE RSRP <-105 dBm) では、2.1G バンドのおおよそのカバレッジ確率は 94% であるのに対し、3.5G バンドでは 31% であることがわかります。ディープ カバレッジ テストの場合、3.5G バンドの RSRP 値は 6G バンドよりも 7 ～ 2.1 dB 低く、ディープ カバレッジの点では 3.5G バンドのパフォーマンスが 2.1G バンドよりも劣っていることがわかります。

3.4 カバレッジ能力 DT テスト

IDT テスト データの分析では、LTE 2.1G 携帯電話と NR 3.5G 携帯電話を同じ場所に配置し、セル内で同時にブランケット カバレッジ テストを実施します。比較分析の目的で、同じ場所の LTE レートと NR レートは、LTE RSRP に従って正規化されます。

Fまたは、既存のネットワークにおける 2.1G および 3.5G 周波数帯域の実際の道路カバレッジ テストでは、2.1G および 3.5G 周波数帯域の両方で、メイン ローブの法線方向、取り付け高さ、方位、ダウンチルト角度 (電気ダウンチルトを含む)、および電力スペクトル密度が同じセクターが選択されます。 DT テストの軌跡結果を図 4 に示します。

図4: 4DTテストのカバレッジ状況マップ

B路上テストデータ RSRP 比較分析によると、2.1G 周波数帯域テストの平均信号強度は -97 dBm であるのに対し、3.5G 周波数帯域テストでは -105 dBm です。さらに、3.5G 周波数帯域テスト中にネットワークが停止する地域が深刻な問題となっています。

Aカバレッジ距離が長くなると、見通し外のシナリオでは、3.5G の信号減衰は 2.1G よりも大きくなります。さらに、5 つの帯域間の信号強度の差は、カバレッジ距離の拡大とともに増加し続けます。データ分析を図 XNUMX に示します。

5DTテストの信号強度とカバレッジ距離の比較分析を図5に示す。

A図 5 のデータの分析によると、カバレッジ距離が比較的近い場合、見通し内シナリオでの 3.5G の信号受信強度は 2.1G と約 7 dB 異なることがわかります。ただし、カバレッジ距離が長い場合、見通し外シナリオでは、両者の信号強度の差は約 14 dB になります。

Fさらに、セルエッジにおける 3.5G と 2.1G のカバレッジ状況の分析を図 6 に示します。

図6: スモールセルにおける6DTテストのエッジカバレッジ分析

T図 6 の分析から、セル エッジでの速度が 1 Mbit/s の場合、2.1G の受信信号は -115 dBm であるのに対し、3.5G では -106 dBm であることがわかります。したがって、実際のネットワーク環境における LTE 2.1G と NR 3.5G のカバレッジの差は 9 dB です。

A アップリンク速度の比較分析では、信号強度が -98 dBm の場合、3.5G NR のアップリンク速度は 2.1G 周波数帯域のアップリンク速度よりも大幅に高いことが示されています。

スモールセルにおける 7DT テストのアップストリーム レートと 4T4R 2.1G NR 音声サポート機能の比較分析

04 4T4R 2.1G NRの音声サポート機能の分析

A中国聯通と中国電信の共同構築と共有の原則が確立され、音声伝送ソリューションは徐々に VoNR へと進化しています。NSA ネットワーキング フェーズでは、音声は VoLTE を通じて中国聯通または中国電信の LTE ネットワークに柔軟に割り当てられます。SA ネットワーキング フェーズでは、最初は EPS を通じて LTE ネットワークにフォールバックし、その後 2.1G 周波数帯域で VoNR 機能をスムーズにアクティブ化できます。

BVoLTE と WCDMA ネットワークの音声伝送を比較し、MOS 値と RSRP データを分析すると、2.1G 周波数帯域の VoNR の音声品質が WCDMA ネットワークよりも優れていることがわかります。

05   2.1Gおよび3.5Gの適用に関する推奨事項

Bこれまでの分析から、2.1G周波数帯は3.5G周波数帯の容量とカバレッジを効果的に強化できることは明らかです。ただし、2.1G周波数帯の帯域幅は3.5G周波数帯ほど豊富ではなく、3.5G NRデバイス産業チェーンは比較的成熟しています。包括的な分析の結果、2.1Gおよび3.5G周波数帯のアプリケーションについて、次の結論と推奨事項を導き出すことができます。

a) 2.1G NRデバイス産業チェーンが未成熟であるため、3.5Gネットワ​​ークの初期構築の基盤として5Gネットワ​​ークを使用し、継続的なカバレッジを実現することが推奨されます。その後、2Gおよび3Gネットワ​​ークの削減と廃止を加速し、2.1G周波数帯をタイムリーに再開拓して、高周波数と低周波数を調整した差別化された5Gネットワ​​ークを構築するための努力をする必要があります。

b) 2.1Gと3.5G周波数帯のハイブリッドネットワーキングは、高品質の5Gネットワ​​ークを構築するための重要なアプローチです。2.1G周波数帯は、補助的なアップリンク容量と拡張された深いカバレッジを提供できます。構築ニーズに応じて柔軟にネットワーキングすることで、ユーザーの認識を向上させ、China Unicomのブランド影響力を高めることができます。

c) 3G/4G/5Gの混合モードネットワークでは、既存のネットワーク機器のソフトウェアアップグレードを利用して5Gサービスを実現できるため、5Gネットワ​​ークの構築コストが削減され、既存のネットワーク機器の能力を最大限に活用できます。また、その後のネットワーク構造の調整の前提条件も提供します。

06   結論

T本稿では、リンク バジェットとオンサイト テストの観点から、2.1G と 3.5G 周波数帯域のカバレッジ性能の比較分析を行いました。3.5G 周波数帯域の信号減衰は大きく、深いカバレッジの点では、3.5G 周波数帯域の性能は 2.1G 周波数帯域の性能より劣っていることがわかりました。同じエッジ レートでは、3.5G 周波数帯域のアップリンク カバレッジは 9G 周波数帯域よりも 2.1 dB 劣っています。理論分析とオンサイト テストを通じて、2.1G 周波数帯域は 3.5G 周波数帯域の容量とカバレッジ範囲を効果的に強化できることがわかりました。2.1G ネットワーク向けの 3.5G と 5G 周波数帯域のハイブリッド ネットワーキングは、アップリンク カバレッジ機能を強化し、5G 業界アプリケーションのアップリンク容量とレイテンシの要件を満たすことができます。既存の2.1G周波数帯域と設備を5G対応に再利用することで、5Gネットワ​​ークの構築を加速し、建設資源の投入を減らし、建設の難易度を下げることができ、5Gネットワ​​ーク構築の効率を向上させる重要な手段となります。

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