Porównanie wydajności pasm częstotliwości 2.1 GHz i 3.5 GHz w sieciach 5G

Abstrakcja

WWraz z ciągłym rozwojem sieci komunikacji mobilnej operatorzy dysponują zasobami w zakresie wysokich, średnich i niskich częstotliwości. Zasoby widma częstotliwości radiowych są cennymi zasobami strategicznymi, a zasadne i efektywne wykorzystanie zasobów widma jest główną troską operatorów.

Cobecnie pasma częstotliwości 2.1 GHz i 3.5 GHz są głównymi pasmami częstotliwości używanymi do wdrażania sieci 5G. W artykule porównano zasięg pasm 2.1 GHz i 3.5 GHz z punktu widzenia budżetu łącza i testów w terenie, a także przedstawiono szczegółową analizę różnic między nimi w zakresie zasięgu i przepustowości usług. Argumentuje również wady niezależnego wdrażania pasma częstotliwości 3.5 GHz i poprawę efektywności późniejszego wdrażania sieci poprzez ponowne wykorzystanie pasma częstotliwości 2.1 GHz. Ponadto przedstawia odpowiednie strategie budowy w oparciu o aktualną sytuację istniejącej sieci Shandong Unicom, zapewniając ważną podstawę do późniejszej budowy sieci 5G.

01 Przegląd

Wwraz z wydaniem licencji 5G rozpoczęła się komercjalizacja chińskiej sieci 5G. Ministerstwo Przemysłu i Informatyki zezwoliło China Unicom na wykorzystanie pasma częstotliwości 3.5 GHz na potrzeby 5G. Pasmo częstotliwości 3.5 GHz ma najlepsze na świecie wsparcie w branży, ale jego wysoka częstotliwość prowadzi do szybszego tłumienia sygnału. Wdrożenie sieci 5G w paśmie częstotliwości 3.5 GHz będzie wymagało dodania większej liczby stacji bazowych, co doprowadzi do znacznie wyższych inwestycji w odpowiedni sprzęt i infrastrukturę. Budowa wysokiej jakości i konkurencyjnej sieci 5G przy niskich kosztach stała się ważnym wyzwaniem stojącym przed China Unicom.

TInicjatywa China Unicom i China Telecom mająca na celu wspólną budowę i udostępnianie sieci 5G stworzyła możliwości budowy sieci 5G. Obecnie sieć 3G firmy China Unicom ma szerokość pasma 15 MHz w paśmie częstotliwości 2.1 GHz, a jej sieć 4G ma szerokość pasma 10 MHz w paśmie częstotliwości 2.1 GHz. Sieć 4G firmy China Telecom ma szerokość pasma 20 MHz w paśmie częstotliwości 2.1 GHz. Łącznie spółki China Unicom i China Telecom dysponują łączną szerokością pasma 45 MHz w paśmie częstotliwości 2.1 GHz, a dodatkowe 10 MHz pozostaje nieprzydzielone. Jeśli zostaną zatwierdzone do użytku, China Unicom i China Telecom będą miały łączną szerokość pasma 55 MHz w paśmie częstotliwości 2.1 GHz. Zasoby widma częstotliwości radiowych są cennym zasobem strategicznym, a rozsądne i efektywne wykorzystanie pasm częstotliwości 2.1 GHz i 3.5 GHz w sieciach 5G jest dla operatorów najważniejsze. W artykule tym połączono budżet łącza i testy terenowe w celu porównania i analizy wydajności zasięgu i wydajności usług pasm częstotliwości 2.1 GHz i 3.5 GHz, wykazując wady niezależnego wdrażania pasma częstotliwości 3.5 GHz oraz poprawę wydajności późniejszego wdrażania sieci poprzez ponowne wykorzystanie pasmo częstotliwości 2.1 GHz. Proponuje także odpowiednie strategie budowy w oparciu o obecną sytuację istniejącej sieci Shandong Unicom, zapewniając ważną podstawę do późniejszej budowy sieci 5G.

02 Teoretyczna analiza możliwości pokrycia pasm częstotliwości 2.1 GHz i 3.5 GHz

Azgodnie z protokołem 3GPP pasmo B42 odpowiada pasmu częstotliwości 3.5 GHz, pasmo B1 odpowiada pasmu częstotliwości 2.1 GHz, pasmo B3 odpowiada pasmu częstotliwości 1.8 GHz, a pasmo B41 odpowiada pasmu częstotliwości 2.6 GHz . Długość fali pasma częstotliwości 3.5 GHz jest krótsza niż długość pasma 2.1 GHz, co skutkuje gorszą naturalną penetracją, dyfrakcją i zdolnościami rozpraszania w porównaniu z pasmem częstotliwości 2.1 GHz, co prowadzi do niewystarczającego zasięgu łącza zwrotnego po stronie terminala.

UJeśli jako punkt odniesienia wykorzystamy pasmo B3 (pasmo częstotliwości 1.8 GHz) w istniejącej sieci, obliczono teoretyczne wartości budżetu łącza dla pasm częstotliwości 1.8 GHz, 3.5 GHz, 2.1 GHz i 2.6 GHz. Porównanie wyników budżetu łącza w górę pokazuje, że wydajność łącza w górę w paśmie częstotliwości 3.5 GHz jest o 7.7 dB gorsza niż w paśmie częstotliwości 2.1 GHz (4T4R) i o 4.2 dB gorsza niż w paśmie częstotliwości 2.6 GHz.

Tabela 1 przedstawia wyniki budżetu łącza zwrotnego

Bz powyższej analizy wynika, że ​​pasmo częstotliwości 3.5 GHz charakteryzuje się gorszym zasięgiem łącza zwrotnego w porównaniu z niezależnym wdrażaniem sieci 5G w paśmie częstotliwości 2.1 GHz.

03 Testowanie w terenie zasięgu łącza zwrotnego w pasmach częstotliwości 2.1 GHz i 3.5 GHz

TDo testów wybrano stację bazową GuDe Square w strefie rozwoju miasta Weifang. Ponieważ obecnie nie ma terminali NR obsługujących pasmo częstotliwości 2.1 GHz, przeprowadzono test terenowy, umieszczając sprzęt 2.1T4R LTE 4 GHz i sprzęt 3.5TR NR 64 GHz na tej samej stacji, aby porównać możliwości pokrycia łącza zwrotnego na częstotliwościach 3.5 GHz i 2.1 GHz Zespoły.

3.1 Ustawienia parametrów testowych

a) Rozmieszczenie sprzętu 2.1 GHz 4T4R LTE i 3.5 GHz 64TR NR na tej samej stacji, przy tej samej wysokości, azymucie, kącie pochylenia w dół i innych parametrach. Podczas testu otaczające stacje bazowe zostały tymczasowo wyłączone, a moc nadawania została dostosowana, aby zwiększyć zasięg głównej celi pomiarowej do ponad 500 metrów.

W tabeli 2 przedstawiono parametry fizyczne badanej stacji bazowej

b) Konfiguracja stacji bazowej 3.5 GHz przedstawia się następująco: moc skonfigurowana na 200 W, parametr SSB-RS ustawiony na 17.8 dBm, częstotliwość nośnej centralnej łącza w dół NR na 3,550 MHz, szerokość pasma 100 MHz i stosunek szczeliny łącza w dół do łącza w górę 7:3. Konfiguracja anteny terminala SA wymaga 2T4R o maksymalnej mocy nadawania 26 dBm. Konfiguracja stacji bazowej 2.1 GHz przedstawia się następująco: moc skonfigurowana na 4x40 W, parametr CRS RS ustawiony na 21.2 dBm, konfiguracja anteny terminala SA wymaga 1T4R o maksymalnej mocy nadawania 23 dBm.

3.2 Opis testu

TBadano zasięg pasm częstotliwości 2.1 GHz i 3.5 GHz. Do testów wybrano sektor o tym samym kierunku, wysokości, azymucie, kącie pochylenia w dół (w tym pochyleniu elektronicznym w dół) i gęstości widmowej mocy w pasmach częstotliwości 2.1 GHz i 3.5 GHz. Poniższe rysunki przedstawiają schematyczny diagram odpowiednich tras testowych CQT i DT:

Schemat ideowy trasy testowej na rysunku 1

W przypadku testu jazdy na obszarze ciągłego pokrycia kocem zewnętrznym (test DT) wymagania są następujące:

a) Umieść 2 terminale obok siebie na biurku lub siedzeniach samochodu, każdy zablokowany odpowiednio na 3.5 i 2.1 GHz, aby zainicjować usługi przesyłania FTP z pełnym buforem i utrzymywać je.

b) Strona zarządzająca siecią powinna rejestrować w czasie rzeczywistym informacje, takie jak poziom szumów łącza zwrotnego głównej komórki testowej w okresie testowym.

c) Pojazd testowy wyposażony jest w terminale badawcze i narzędzia badawcze, dzięki czemu może poruszać się powoli po ustalonej trasie (nieprzekraczającej 5 km/h), przecinając drogi w obrębie głównej celi badawczej, a czas trwania badania nie powinien być krótszy niż 1 godzina.

d) Jeśli usługa zostanie rozłączona, zapisz informację o rozłączeniu, ponownie zainicjuj usługi danych w pobliżu i kontynuuj test dysku.

e) Oprogramowanie do testowania napędu powinno rejestrować dane LOG w czasie rzeczywistym, zgodnie z wymaganiami, przez cały proces testowania.

Podczas przeprowadzania testów CQT o dużym zasięgu wybierz nie mniej niż 7 budynków w kierunku od bliskiego do dalekiego od normalnego kierunku głównego płata komórek 3.5G i 2.1G jako budynki testowe CQT, aż budynki znajdą się w odległości 500 metrów od bazy stacji lub nie można uzyskać do niej dostępu, jak pokazano na rysunku 2.

wybór punktów testowych CQT na rysunku 2

a) Dla każdego badanego budynku do testów wybierane są wysokie, średnie i niskie piętra, przy czym preferowane jest testowanie pięter 1., 3. i 5.

b) Umieść 2 terminale obok siebie, zablokuj je odpowiednio na 3.5 GHz i 2.1 GHz, zainicjuj usługi łącza FTP z pełnym buforem w każdym punkcie testowym w budynkach, przejdź ścieżkami wewnętrznymi i utrzymuj usługę przez co najmniej 1 minutę. Jeżeli nie ma możliwości całkowitego dostępu do budynku badawczego, należy odnotować szczegółowe zjawiska badawcze.

c) Utrzymuj tę samą wysokość anteny i kąt nachylenia, obróć dwie główne komory testowe zgodnie z ruchem wskazówek zegara o 30 stopni (w razie potrzeby wyreguluj sąsiednie komory) i powtórz krok (b) w oryginalnej pozycji testowej wzdłuż tej samej trasy testowej.

3.3 Test CQT zdolności pokrycia

Wyniki porównawcze testu CQT zasięgu łącza zwrotnego dla pojedynczych komórek przy 2.1G i 3.5G pokazano na rysunku 3.

Wyniki testu CQT na rysunku 3

Az wyników testów przedstawionych na rys. 3 widać, że w warunkach pokrycia brzegowego komórki (LTE RSRP<-105 dBm) przybliżone prawdopodobieństwo pokrycia dla pasma 2.1G wynosi 94%, natomiast dla pasma 3.5G wynosi 31%. W przypadku testów głębokiego zasięgu wartość RSRP dla pasma 3.5G jest o 6-7 dB niższa niż dla pasma 2.1G, co wskazuje, że wydajność pasma 3.5G jest gorsza od pasma 2.1G pod względem głębokiego zasięgu.

3.4 Test DT zdolności pokrycia

IAnaliza danych z testu DT wykazała, że ​​telefony komórkowe LTE 2.1G i NR 3.5G są umieszczane w tym samym miejscu i jednocześnie przeprowadzają testy całkowitego zasięgu w obrębie komórki. Na potrzeby analizy porównawczej stawki LTE i NR w tej samej lokalizacji są normalizowane zgodnie z LTE RSRP.

Flub faktyczne badanie pokrycia dróg pasmami częstotliwości 2.1G i 3.5G w istniejącej sieci, sektory o tym samym kierunku normalnym listka głównego, wysokości montażu, azymucie, kącie pochylenia w dół (w tym pochyleniu elektrycznym w dół) i gęstości widmowej mocy wybiera się dla obu pasma częstotliwości 2.1G i 3.5G. Wyniki trajektorii testu DT przedstawiono na rysunku 4.

Rysunek 4: Mapa sytuacji zasięgu dla testów 4DT

BJak wynika z analizy porównawczej danych z testów drogowych RSRP, średnia siła sygnału dla testu w paśmie 2.1G wynosi -97 dBm, natomiast dla testu w paśmie 3.5G wynosi -105 dBm. Ponadto występuje poważny problem polegający na tym, że podczas testowania pasma częstotliwości 3.5G na obszarach występują przerwy w działaniu sieci.

AGdy zasięg zasięgu wzrasta, w scenariuszach, w których nie ma zasięgu wzroku, tłumienie sygnału w przypadku sieci 3.5G jest większe niż w przypadku sieci 2.1G. Co więcej, różnica w sile sygnału pomiędzy obydwoma pasmami stale rośnie wraz ze zwiększaniem się zasięgu zasięgu. Analizę danych przedstawiono na rysunku 5.

Analizę porównawczą siły sygnału i zasięgu dla testów 5DT przedstawiono na rysunku 5

Az analizy danych na rysunku 5 można zaobserwować, że przy stosunkowo niewielkiej odległości zasięgu siła odbioru sygnału 3.5G w scenariuszach w zasięgu wzroku różni się od 2.1G o około 7 dB. Jednakże przy większych odległościach zasięgu, w scenariuszach, w których nie ma zasięgu wzroku, różnica w sile sygnału między nimi wynosi około 14 dB.

Fponadto analizę sytuacji zasięgu dla sieci 3.5G i 2.1G na krawędzi komórki przedstawiono na rysunku 6.

Rysunek 6: Analiza pokrycia krawędzi dla testów 6DT w małych komórkach

TZ analizy rysunku 6 wynika, że ​​przy prędkości 1 Mbit/s na brzegu komórki odbierany sygnał dla sieci 2.1G wynosi -115 dBm, natomiast dla sieci 3.5G wynosi -106 dBm. Zatem różnica zasięgu pomiędzy LTE 2.1G i NR 3.5G w rzeczywistym środowisku sieciowym wynosi 9 dB.

A Analiza porównawcza szybkości łącza w górę pokazuje, że gdy siła sygnału wynosi -98 dBm, szybkość łącza w górę dla 3.5G NR jest znacznie wyższa niż w paśmie częstotliwości 2.1G.

Analiza porównawcza szybkości przesyłania danych dla testów 7DT w małych komórkach i możliwości obsługi głosu 4T4R 2.1G NR

04 Analiza możliwości obsługi głosu dla 4T4R 2.1G NR

Awraz z ustanowieniem zasady wspólnego budowania i współdzielenia usług pomiędzy China Unicom i China Telecom, rozwiązania do przenoszenia głosu stopniowo ewoluują w kierunku VoNR. Na etapie tworzenia sieci NSA głos można elastycznie przydzielać do sieci LTE China Unicom lub China Telecom za pośrednictwem VoLTE. W fazie sieci SA może początkowo wrócić do sieci LTE poprzez EPS, a następnie płynnie aktywować funkcję VoNR w paśmie częstotliwości 2.1G.

BPorównując transmisję głosu w sieciach VoLTE i WCDMA oraz analizując wartości MOS i dane RSRP, można zaobserwować, że jakość głosu VoNR w paśmie częstotliwości 2.1G jest lepsza niż w sieci WCDMA.

05   Zalecenia dotyczące zastosowania 2.1G i 3.5G

Bz poprzedniej analizy jasno wynika, że ​​pasmo częstotliwości 2.1G może skutecznie zwiększyć przepustowość i zasięg pasma częstotliwości 3.5G. Jednakże szerokość pasma pasma częstotliwości 2.1G nie jest tak duża, jak pasma częstotliwości 3.5G, a łańcuch branżowy urządzeń NR 3.5G jest stosunkowo dojrzały. Po kompleksowej analizie można wyciągnąć następujące wnioski i zalecenia dotyczące zastosowania pasm częstotliwości 2.1G i 3.5G:

a) Ze względu na niedojrzałość łańcucha branży urządzeń 2.1G NR, zaleca się wykorzystanie sieci 3.5G jako podstawy wstępnej budowy sieci 5G w celu uzyskania ciągłego zasięgu. Następnie należy podjąć wysiłki, aby przyspieszyć redukcję i eliminację sieci 2G i 3G oraz w odpowiednim czasie ponownie wykorzystać pasmo częstotliwości 2.1G, aby stworzyć zróżnicowaną sieć 5G ze skoordynowanymi wysokimi i niskimi częstotliwościami.

b) Hybrydowe tworzenie sieci pasm częstotliwości 2.1G i 3.5G jest ważnym podejściem do budowy wysokiej jakości sieci 5G. Pasmo częstotliwości 2.1G może zapewnić dodatkową przepustowość łącza zwrotnego i rozszerzony, głęboki zasięg. Dzięki elastycznemu połączeniu sieci zgodnie z potrzebami konstrukcyjnymi można poprawić postrzeganie użytkowników i zwiększyć wpływ marki China Unicom.

c) Sieć mieszana 3G/4G/5G może wykorzystywać aktualizacje oprogramowania istniejącego sprzętu sieciowego, aby umożliwić usługi 5G, zmniejszając w ten sposób koszty budowy sieci 5G i maksymalizując wykorzystanie możliwości istniejącego sprzętu sieciowego. Stanowi także warunek wstępny dla późniejszych dostosowań struktury sieci.

06   Wniosek

Tw jego artykule przeprowadzono analizę porównawczą wydajności pokrycia pasm częstotliwości 2.1G i 3.5G z punktu widzenia budżetu łącza i testów na miejscu. Stwierdzono, że tłumienie sygnału w paśmie częstotliwości 3.5G jest większe, a pod względem głębokiego zasięgu wydajność pasma częstotliwości 3.5G jest gorsza w porównaniu z pasmem częstotliwości 2.1G. Przy tej samej szybkości brzegowej zasięg łącza zwrotnego w paśmie częstotliwości 3.5G jest o 9 dB gorszy niż w paśmie częstotliwości 2.1G. Dzięki analizie teoretycznej i testom na miejscu odkryto, że pasmo częstotliwości 2.1G może skutecznie zwiększyć pojemność i zasięg pasma częstotliwości 3.5G. Hybrydowe połączenie pasm częstotliwości 2.1G i 3.5G dla sieci 5G może zwiększyć zasięg łącza zwrotnego, spełniając w ten sposób wymagania dotyczące przepustowości łącza zwrotnego i opóźnień w zastosowaniach przemysłowych 5G. Ponowne zagospodarowanie istniejącego pasma częstotliwości 2.1G i sprzętu do obsługi 5G może przyspieszyć budowę sieci 5G, zmniejszyć nakłady na zasoby budowlane i zmniejszyć stopień trudności budowy, co może stanowić ważny sposób poprawy wydajności budowy sieci 5G.

Ten artykuł jest przedrukowany z „Nowej technologii 5G”. Wspieramy ochronę praw własności intelektualnej. Przy przedruku proszę podać oryginalne źródło i autora. Jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami w celu usunięcia.