A comparação de desempenho entre as bandas de frequência de 2.1 GHz e 3.5 GHz em redes 5G

Sumário

Wom o contínuo desenvolvimento das redes de comunicação móvel, as operadoras possuem recursos de banda de alta, média e baixa frequência. Os recursos do espectro de radiofrequências são recursos estratégicos valiosos e a forma de utilizar os recursos do espectro de forma razoável e eficiente é a principal preocupação dos operadores.

CAtualmente, as faixas de frequência de 2.1 GHz e 3.5 GHz são as principais faixas de frequência para implantação de redes 5G. Este artigo compara o desempenho da cobertura das bandas de 2.1 GHz e 3.5 GHz a partir das perspectivas do orçamento do link e dos testes de campo, e fornece uma análise detalhada de suas diferenças no desempenho da cobertura e na capacidade de serviço. Argumenta também as desvantagens da implantação independente da faixa de frequência de 3.5 GHz e a melhoria da eficiência da implantação subsequente da rede através da reutilização da faixa de frequência de 2.1 GHz. Além disso, apresenta estratégias de construção correspondentes com base na situação atual da rede existente da Shandong Unicom, fornecendo uma base importante para a subsequente construção de redes 5G.

01 Visão geral

Wom a emissão de licenças 5G, a comercialização da rede 5G da China já começou. O Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação autorizou a China Unicom a usar a faixa de frequência de 3.5 GHz para 5G. A banda de frequência de 3.5 GHz tem o melhor suporte da indústria global, mas sua alta frequência leva a uma atenuação de sinal mais rápida. A implantação de redes 5G na faixa de frequência de 3.5 GHz exigirá a adição de mais estações base, levando a um investimento significativamente maior em equipamentos e infraestruturas correspondentes. Construir uma rede 5G competitiva e de alta qualidade a baixo custo tornou-se uma questão importante que a China Unicom enfrenta.

TA iniciativa da China Unicom e da China Telecom de construir e partilhar conjuntamente redes 5G trouxe oportunidades para a construção de redes 5G. Atualmente, a rede 3G da China Unicom tem largura de banda de 15 MHz na banda de frequência de 2.1 GHz, e sua rede 4G tem largura de banda de 10 MHz na banda de frequência de 2.1 GHz. A rede 4G da China Telecom tem largura de banda de 20 MHz na banda de frequência de 2.1 GHz. Juntas, a China Unicom e a China Telecom têm uma largura de banda total de 45 MHz na banda de frequência de 2.1 GHz, com uma largura de banda adicional de 10 MHz restante não alocada. Se aprovado para uso, a China Unicom e a China Telecom terão uma largura de banda total de 55 MHz na banda de frequência de 2.1 GHz. O recurso do espectro de radiofrequências é um recurso estratégico valioso, e a utilização razoável e eficiente das faixas de frequência de 2.1 GHz e 3.5 GHz nas redes 5G é a principal preocupação dos operadores. Este artigo combina orçamento de link e testes de campo para comparar e analisar o desempenho da cobertura e a capacidade de serviço das bandas de frequência de 2.1 GHz e 3.5 GHz, demonstrando as desvantagens da implantação independente da banda de frequência de 3.5 GHz e a melhoria da eficiência da implantação subsequente da rede através da reutilização a faixa de frequência de 2.1 GHz. Também propõe estratégias de construção correspondentes com base na situação atual da rede existente da Shandong Unicom, fornecendo uma base importante para a construção subsequente de redes 5G.

02 Análise Teórica da Capacidade de Cobertura das Faixas de Frequência 2.1 GHz e 3.5 GHz

ADe acordo com o protocolo 3GPP, a banda B42 corresponde à banda de frequência de 3.5 GHz, a banda B1 corresponde à banda de frequência de 2.1 GHz, a banda B3 corresponde à banda de frequência de 1.8 GHz e a banda B41 corresponde à banda de frequência de 2.6 GHz. . O comprimento de onda da banda de frequência de 3.5 GHz é mais curto do que o da banda de frequência de 2.1 GHz, resultando em capacidades naturais de penetração, difração e dispersão mais pobres em comparação com a banda de frequência de 2.1 GHz, levando a uma cobertura de uplink insuficiente no lado do terminal.

UConsiderando a banda B3 (faixa de frequência de 1.8 GHz) na rede existente como ponto de referência, foram calculados os valores teóricos do orçamento do enlace para as bandas de frequência de 1.8 GHz, 3.5 GHz, 2.1 GHz e 2.6 GHz. Uma comparação dos resultados do orçamento do link uplink mostra que a capacidade de uplink da banda de frequência de 3.5 GHz é 7.7 dB pior do que a da banda de frequência de 2.1 GHz (4T4R) e 4.2 dB pior do que a da banda de frequência de 2.6 GHz.

A Tabela 1 mostra os resultados do orçamento do link uplink

Bcom base na análise acima, pode-se observar que a faixa de frequência de 3.5 GHz tem uma cobertura de uplink pior em comparação com a implantação independente de redes 5G na faixa de frequência de 2.1 GHz.

03 Testes de campo da capacidade de cobertura de uplink nas bandas de frequência de 2.1 GHz e 3.5 GHz

TA estação base GuDe Square na zona de desenvolvimento da cidade de Weifang foi selecionada para teste. Como atualmente não há terminais NR que suportem a banda de frequência de 2.1 GHz, um teste de campo foi conduzido implantando equipamento 2.1T4R LTE de 4 GHz e equipamento 3.5TR NR de 64 GHz na mesma estação para comparar as capacidades de cobertura de uplink das frequências de 3.5 GHz e 2.1 GHz. bandas.

3.1 Configurações dos parâmetros de teste

a) Implantar equipamentos 2.1T4R LTE de 4 GHz e equipamentos 3.5TR NR de 64 GHz na mesma estação, com a mesma altura, azimute, ângulo de inclinação e outros parâmetros. Durante o teste, as estações base vizinhas foram temporariamente desligadas e a potência de transmissão foi ajustada para expandir o alcance de cobertura da célula de medição principal para mais de 500 metros.

A Tabela 2 mostra os parâmetros físicos da estação base testada

b) A configuração da estação base de 3.5 GHz é a seguinte: potência configurada em 200 W, parâmetro SSB-RS definido em 17.8 dBm, frequência portadora central de downlink NR em 3,550 MHz, com largura de banda de 100 MHz e relação de slot downlink para uplink de 7:3. A configuração da antena terminal SA requer 2T4R, com potência máxima de transmissão de 26 dBm. A configuração da estação base de 2.1 GHz é a seguinte: potência configurada como 4x40 W, parâmetro CRS RS definido em 21.2 dBm, a configuração da antena terminal SA requer 1T4R, com potência máxima de transmissão de 23 dBm.

3.2 Descrição do Teste

TFoi testada a cobertura das faixas de frequência de 2.1 GHz e 3.5 GHz. Um setor com a mesma direção do lóbulo principal, altura, azimute, ângulo de inclinação (incluindo inclinação eletrônica) e densidade espectral de potência nas bandas de frequência de 2.1 GHz e 3.5 GHz foi selecionado para teste. As figuras a seguir mostram o diagrama esquemático das rotas de teste CQT e DT relevantes:

Diagrama esquemático para rota de teste na Figura 1

Para o teste de acionamento contínuo da área de cobertura externa (teste DT), os requisitos são os seguintes:

a) Coloque 2 terminais lado a lado na área de trabalho ou nos assentos do carro, cada um travado em 3.5 e 2.1 GHz, respectivamente, inicie serviços de uplink FTP de buffer completo e mantenha-os.

b) O lado do gerenciamento da rede deve registrar informações em tempo real, como o nível de ruído do uplink da célula de teste principal durante o período de teste.

c) O veículo de teste carrega terminais de teste e ferramentas de teste para se mover lentamente ao longo da rota predeterminada (não excedendo 5 km/h), atravessando estradas dentro da célula de teste principal, e a duração do teste não deve ser inferior a 1 hora.

d) Se o serviço for desconectado, registre as informações de desconexão, reinicie os serviços de dados próximos e continue o drive test.

e) O software de teste de direção deve registrar dados de LOG em tempo real de acordo com os requisitos durante todo o processo de teste.

Ao realizar testes CQT de cobertura profunda, selecione pelo menos 7 edifícios na direção próxima a distante da direção normal do lóbulo principal das células 3.5G e 2.1G como edifícios de teste CQT, até que os edifícios estejam a 500 metros de distância da base estação ou não pode ser acessado, conforme mostrado na Figura 2.

seleção de pontos de teste CQT na Figura 2

a) Para cada edifício a ser ensaiado são selecionados para ensaio os pisos alto, médio e baixo, com preferência para ensaios no 1º, 3º e 5º pisos.

b) Coloque 2 terminais lado a lado, bloqueie-os em 3.5 GHz e 2.1 GHz respectivamente, inicie serviços de uplink FTP de buffer completo em cada ponto de teste dentro dos edifícios, atravesse os caminhos internos e mantenha o serviço por pelo menos 1 minuto. Se não for possível completar o acesso dentro do edifício de testes, os fenômenos de teste detalhados deverão ser registrados.

c) Mantenha a mesma altura da antena e ângulo de inclinação, gire as duas células de teste principais no sentido horário em 30 graus (ajuste as células adjacentes conforme necessário) e repita a etapa (b) na posição de teste original ao longo da mesma rota de teste.

3.3 Teste CQT de Capacidade de Cobertura

Os resultados comparativos do teste CQT de cobertura de uplink para células únicas em 2.1G e 3.5G são mostrados na Figura 3.

Os resultados do teste CQT na Figura 3

ADe acordo com os resultados do teste na Figura 3, fica evidente que sob a condição de cobertura de borda celular (LTE RSRP<-105 dBm), a probabilidade de cobertura aproximada para a banda 2.1G é de 94%, enquanto para a banda 3.5G, é é 31%. No caso de testes de cobertura profunda, o valor RSRP para a banda 3.5G é 6-7 dB inferior ao da banda 2.1G, indicando que o desempenho da banda 3.5G é inferior ao da banda 2.1G em termos de cobertura profunda.

3.4 Teste DT de Capacidade de Cobertura

INa análise dos dados do teste DT, os telefones celulares LTE 2.1G e os telefones celulares NR 3.5G são posicionados no mesmo local e realizam simultaneamente testes de cobertura geral dentro da célula. Para efeito de análise comparativa, as taxas LTE e NR no mesmo local são normalizadas de acordo com LTE RSRP.

Fou o teste real de cobertura rodoviária das bandas de frequência 2.1G e 3.5G na rede existente, setores com a mesma direção normal do lóbulo principal, altura de montagem, azimute, ângulo de inclinação descendente (incluindo inclinação descendente elétrica) e densidade espectral de potência são selecionados para ambos as bandas de frequência 2.1G e 3.5G. Os resultados da trajetória do teste DT são mostrados na Figura 4.

Figura 4: Mapa da Situação de Cobertura para Testes 4DT

BCom base na análise comparativa RSRP dos dados do teste de estrada, a intensidade média do sinal para o teste da banda de frequência 2.1G é de -97 dBm, enquanto para o teste da banda de frequência 3.5G é de -105 dBm. Além disso, há um grave problema de áreas que sofrem interrupções na rede durante os testes da banda de frequência 3.5G.

AÀ medida que a distância de cobertura aumenta, em cenários sem linha de visão, a atenuação do sinal para 3.5G é maior do que para 2.1G. Além disso, a diferença na intensidade do sinal entre as duas bandas continua a aumentar com a expansão da distância de cobertura. A análise dos dados está representada na Figura 5.

A análise comparativa da intensidade do sinal e distância de cobertura para testes 5DT é mostrada na Figura 5

ADe acordo com a análise dos dados da Figura 5, pode-se observar que quando a distância de cobertura é relativamente próxima, a intensidade de recepção do sinal de 3.5G em cenários de linha de visada difere de 2.1G em aproximadamente 7 dB. No entanto, em distâncias de cobertura maiores, em cenários sem linha de visão, a diferença de intensidade do sinal entre os dois é de aproximadamente 14 dB.

FAlém disso, uma análise da situação de cobertura para 3.5G e 2.1G na borda da célula é mostrada na Figura 6.

Figura 6: Análise de cobertura de borda para testes 6DT em células pequenas

TA análise da Figura 6 revela que a uma velocidade de 1 Mbit/s na borda da célula, o sinal recebido para 2.1G é de -115 dBm, enquanto para 3.5G é de -106 dBm. Conseqüentemente, a diferença de cobertura entre LTE 2.1G e NR 3.5G no ambiente de rede real é de 9 dB.

A a análise comparativa das taxas de uplink mostra que quando a intensidade do sinal é de -98 dBm, a taxa de uplink para 3.5G NR é significativamente maior do que a da banda de frequência 2.1G.

Análise de comparação da taxa upstream para testes 7DT em células pequenas e capacidade de suporte de voz 4T4R 2.1G NR

04 Análise da capacidade de suporte de voz para 4T4R 2.1G NR

AÀ medida que o princípio de co-construção e partilha entre a China Unicom e a China Telecom é estabelecido, as soluções de transporte de voz estão gradualmente a evoluir para VoNR. Durante a fase de rede da NSA, a voz pode ser alocada de forma flexível às redes LTE da China Unicom ou da China Telecom através de VoLTE. Durante a fase de rede SA, ele pode inicialmente retornar à rede LTE por meio de EPS e, posteriormente, ativar suavemente a função VoNR na banda de frequência 2.1G.

BComparando o transporte de voz das redes VoLTE e WCDMA e analisando os valores MOS e dados RSRP, pode-se observar que a qualidade de voz do VoNR na banda de frequência 2.1G é mais forte que a da rede WCDMA.

05   Recomendações para aplicação de 2.1G e 3.5G

BCom base na análise anterior, fica claro que a banda de frequência 2.1G pode efetivamente aumentar a capacidade e a cobertura da banda de frequência 3.5G. No entanto, a largura de banda da banda de frequência 2.1G não é tão abundante quanto a da banda de frequência 3.5G, e a cadeia da indústria de dispositivos 3.5G NR é relativamente madura. Após uma análise abrangente, podem ser tiradas as seguintes conclusões e recomendações para a aplicação das faixas de frequência 2.1G e 3.5G:

a) Devido à imaturidade da cadeia industrial de dispositivos 2.1G NR, recomenda-se usar a rede 3.5G como base para a construção inicial da rede 5G para obter cobertura contínua. Posteriormente, devem ser envidados esforços para acelerar a redução e eliminação das redes 2G e 3G, e recriar oportunamente a banda de frequência 2.1G para criar uma rede 5G diferenciada com altas e baixas frequências coordenadas.

b) A rede híbrida das bandas de frequência 2.1G e 3.5G é uma abordagem importante para a construção de redes 5G de alta qualidade. A banda de frequência 2.1G pode fornecer capacidade de uplink suplementar e cobertura profunda estendida. Ao estabelecer uma rede flexível de acordo com as necessidades de construção, a percepção do usuário pode ser melhorada e a influência da marca China Unicom pode ser aumentada.

c) A rede de modo misto de 3G/4G/5G pode utilizar atualizações de software de equipamentos de rede existentes para permitir serviços 5G, reduzindo assim o custo de construção da rede 5G e maximizando a utilização das capacidades dos equipamentos de rede existentes. Também fornece um pré-requisito para ajustes subsequentes na estrutura da rede.

06   Conclusão

TEste artigo conduziu uma análise comparativa do desempenho da cobertura das bandas de frequência 2.1G e 3.5G sob as perspectivas do orçamento do link e dos testes no local. Verificou-se que a atenuação do sinal na banda de frequência 3.5G é maior e, em termos de cobertura profunda, o desempenho da banda de frequência 3.5G é inferior ao da banda de frequência 2.1G. Na mesma taxa de borda, a cobertura de uplink da banda de frequência 3.5G é 9 dB pior do que a da banda de frequência 2.1G. Através de análises teóricas e testes no local, descobriu-se que a banda de frequência 2.1G pode efetivamente aumentar a capacidade e a faixa de cobertura da banda de frequência 3.5G. A rede híbrida das bandas de frequência 2.1G e 3.5G para redes 5G pode melhorar a capacidade de cobertura de uplink, atendendo assim à capacidade de uplink e aos requisitos de latência das aplicações da indústria 5G. O recultivo da banda de frequência 2.1G existente e dos equipamentos para suportar 5G pode acelerar a construção de redes 5G, reduzir a utilização de recursos de construção e diminuir a dificuldade de construção, servindo assim como um meio importante para melhorar a eficiência da construção de redes 5G.

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