Сравнение производительности диапазонов частот 2.1 ГГц и 3.5 ГГц в сетях 5G

Резюме

WВ условиях постоянного развития сетей мобильной связи операторы обладают ресурсами высоких, средних и низких частот. Ресурсы радиочастотного спектра являются ценными стратегическими ресурсами, и то, как разумно и эффективно использовать ресурсы спектра, является основной заботой операторов.

Cв настоящее время диапазоны частот 2.1 ГГц и 3.5 ГГц являются основными частотными диапазонами для развертывания сетей 5G. В этой статье сравниваются характеристики покрытия в диапазонах 2.1 ГГц и 3.5 ГГц с точки зрения бюджета линии и полевых испытаний, а также дается подробный анализ их различий в характеристиках покрытия и пропускной способности обслуживания. Также аргументируются недостатки независимого развертывания полосы частот 3.5 ГГц и повышение эффективности последующего развертывания сети за счет повторного использования полосы частот 2.1 ГГц. Кроме того, в нем представлены соответствующие стратегии строительства, основанные на текущей ситуации в существующей сети Shandong Unicom, что обеспечивает важную основу для последующего строительства сетей 5G.

01 Обзор

WС выдачей лицензий на 5G началась коммерциализация сети 5G в Китае. Министерство промышленности и информационных технологий разрешило China Unicom использовать полосу частот 3.5 ГГц для 5G. Полоса частот 3.5 ГГц имеет лучшую поддержку в отрасли, но ее высокая частота приводит к более быстрому затуханию сигнала. Развертывание сетей 5G в диапазоне частот 3.5 ГГц потребует добавления большего количества базовых станций, что приведет к значительному увеличению инвестиций в соответствующее оборудование и инфраструктуру. Создание высококачественной и конкурентоспособной сети 5G по низкой цене стало важной проблемой, стоящей перед China Unicom.

TИнициатива компаний China Unicom и China Telecom по совместному созданию и совместному использованию сетей 5G открыла новые возможности для строительства сетей 5G. В настоящее время сеть 3G компании China Unicom имеет полосу пропускания 15 МГц в диапазоне частот 2.1 ГГц, а сеть 4G имеет полосу пропускания 10 МГц в диапазоне частот 2.1 ГГц. Сеть 4G компании China Telecom имеет полосу пропускания 20 МГц в диапазоне частот 2.1 ГГц. Вместе China Unicom и China Telecom имеют общую полосу пропускания 45 МГц в диапазоне частот 2.1 ГГц, при этом дополнительная полоса пропускания в 10 МГц остается нераспределенной. В случае одобрения использования China Unicom и China Telecom будут иметь общую полосу пропускания 55 МГц в диапазоне частот 2.1 ГГц. Ресурс радиочастотного спектра является ценным стратегическим ресурсом, а разумное и эффективное использование диапазонов частот 2.1 ГГц и 3.5 ГГц в сетях 5G является основной задачей операторов. В этой статье сочетаются бюджет канала и полевые испытания для сравнения и анализа характеристик покрытия и пропускной способности диапазонов частот 2.1 ГГц и 3.5 ГГц, демонстрируя недостатки независимого развертывания диапазона частот 3.5 ГГц и повышение эффективности последующего развертывания сети за счет повторного использования. полоса частот 2.1 ГГц. В нем также предлагаются соответствующие стратегии строительства, основанные на текущей ситуации в существующей сети Shandong Unicom, что обеспечивает важную основу для последующего строительства сетей 5G.

02 Теоретический анализ возможности покрытия диапазонов частот 2.1 ГГц и 3.5 ГГц

AСогласно протоколу 3GPP полоса B42 соответствует полосе частот 3.5 ГГц, полоса B1 соответствует полосе частот 2.1 ГГц, полоса B3 соответствует полосе частот 1.8 ГГц, полоса B41 соответствует полосе частот 2.6 ГГц. . Длина волны в полосе частот 3.5 ГГц короче, чем в полосе частот 2.1 ГГц, что приводит к ухудшению естественного проникновения, дифракции и рассеяния по сравнению с полосой частот 2.1 ГГц, что приводит к недостаточному покрытию восходящей линии связи на стороне терминала.

UИспользуя диапазон B3 (диапазон частот 1.8 ГГц) в существующей сети в качестве контрольной точки, были рассчитаны теоретические значения бюджета канала для диапазонов частот 1.8 ГГц, 3.5 ГГц, 2.1 ГГц и 2.6 ГГц. Сравнение результатов бюджета линии вверх показывает, что пропускная способность линии вверх в полосе частот 3.5 ГГц на 7.7 дБ хуже, чем в полосе частот 2.1 ГГц (4T4R), и на 4.2 дБ хуже, чем в полосе частот 2.6 ГГц.

В таблице 1 показаны результаты бюджета восходящей линии связи.

BСудя по приведенному выше анализу, видно, что полоса частот 3.5 ГГц имеет худшее покрытие восходящей линии связи по сравнению с независимым развертыванием сетей 5G в полосе частот 2.1 ГГц.

03 Полевые испытания возможности покрытия восходящей линии связи в диапазонах частот 2.1 ГГц и 3.5 ГГц

TДля тестирования была выбрана базовая станция GuDe Square в зоне развития города Вэйфан. Поскольку в настоящее время нет терминалов NR, поддерживающих полосу частот 2.1 ГГц, были проведены полевые испытания путем развертывания оборудования 2.1T4R LTE 4 ГГц и оборудования 3.5TR NR 64 ГГц на одной станции для сравнения возможностей покрытия восходящей линии связи на частотах 3.5 ГГц и 2.1 ГГц. группы.

3.1 Настройки параметров тестирования

a) Размещение оборудования 2.1T4R LTE 4 ГГц и оборудования 3.5TR NR 64 ГГц на одной станции, с одинаковой высотой, азимутом, углом наклона и другими параметрами. Во время испытания окружающие базовые станции были временно отключены, а мощность передачи была отрегулирована так, чтобы расширить зону покрытия основной измерительной ячейки до более чем 500 метров.

В таблице 2 приведены физические параметры тестируемой базовой станции.

b) Конфигурация базовой станции 3.5 ГГц следующая: мощность настроена на 200 Вт, параметр SSB-RS установлен на 17.8 дБм, центральная несущая частота нисходящей линии связи NR равна 3,550 МГц, полоса пропускания 100 МГц и соотношение слотов нисходящей линии связи к восходящей линии связи. 7:3. Для конфигурации антенны терминала SA требуется 2T4R с максимальной мощностью передачи 26 дБм. Конфигурация базовой станции 2.1 ГГц следующая: мощность настроена как 4x40 Вт, параметр CRS RS установлен на 21.2 дБм, для конфигурации антенны терминала SA требуется 1T4R, с максимальной мощностью передачи 23 дБм.

3.2 Описание теста

TБыло протестировано покрытие диапазонов частот 2.1 ГГц и 3.5 ГГц. Для тестирования был выбран сектор с одинаковыми направлением главного лепестка, высотой, азимутом, углом наклона (включая электронный наклон) и спектральной плотностью мощности в диапазонах частот 2.1 ГГц и 3.5 ГГц. На следующих рисунках показана принципиальная схема соответствующих маршрутов испытаний CQT и DT:

Принципиальная схема тестового маршрута на рис. 1.

Для испытания непрерывного покрытия зоны покрытия на открытом воздухе (испытание DT) требования следующие:

a) Разместите 2 терминала рядом на рабочем столе или на сиденьях автомобиля, каждый из которых будет заблокирован на частотах 3.5 и 2.1 ГГц соответственно, инициируйте и обслуживайте восходящие службы FTP с полным буфером.

b) Сторона управления сетью должна записывать информацию в режиме реального времени, такую ​​как минимальный уровень шума восходящей линии связи основной тестовой соты, в течение периода тестирования.

c) Испытательный автомобиль имеет испытательные терминалы и инструменты для вождения для медленного движения по заданному маршруту (со скоростью не более 5 км/ч), пересекая дороги в пределах основной испытательной камеры, при этом продолжительность испытания должна быть не менее 1 часа.

d) Если служба отключается, запишите информацию об отключении, повторно запустите службы передачи данных поблизости и продолжите тест диска.

e) Программное обеспечение для тестирования вождения должно записывать данные журнала в реальном времени в соответствии с требованиями на протяжении всего процесса тестирования.

При проведении тестирования CQT с глубоким покрытием выберите не менее 7 зданий в направлении «ближний-дальний» от нормального направления основного лепестка ячеек 3.5G и 2.1G в качестве тестовых зданий CQT, пока здания не окажутся на расстоянии 500 метров от основания. станции или недоступен, как показано на рисунке 2.

выбор тестовых точек CQT на рисунке 2

a) Для каждого здания, подлежащего тестированию, для тестирования выбираются высокие, средние и низкие этажи, причем предпочтение отдается тестированию на 1, 3 и 5 этажах.

b) Разместите 2 терминала рядом, зафиксируйте их на частотах 3.5 ГГц и 2.1 ГГц соответственно, инициируйте услуги восходящей линии связи FTP с полным буфером в каждой точке тестирования внутри зданий, пройдите по внутренним путям и поддерживайте услугу не менее 1 минуты. Если невозможно обеспечить полный доступ в испытательное здание, необходимо подробно зарегистрировать явления испытаний.

c) Поддерживая ту же высоту антенны и угол наклона, поверните две основные испытательные ячейки по часовой стрелке на 30 градусов (при необходимости отрегулируйте соседние ячейки) и повторите шаг (b) в исходном испытательном положении по тому же испытательному маршруту.

3.3 Тест CQT на возможность покрытия

Сравнительные результаты теста CQT покрытия восходящей линии связи для одиночных ячеек на скоростях 2.1G и 3.5G показаны на рисунке 3.

Результаты теста CQT на рисунке 3.

AПо результатам испытаний на рисунке 3 видно, что при условии покрытия границ соты (LTE RSRP<-105 дБм) примерная вероятность покрытия для диапазона 2.1G составляет 94%, тогда как для диапазона 3.5G она составляет 31%. В случае тестирования с глубоким покрытием значение RSRP для диапазона 3.5G на 6–7 дБ ниже, чем для диапазона 2.1G, что указывает на то, что производительность диапазона 3.5G уступает диапазону 2.1G с точки зрения глубокого покрытия.

3.4 Тест возможности покрытия DT

IПри анализе данных тестирования DT мобильные телефоны LTE 2.1G и мобильные телефоны NR 3.5G располагаются в одном и том же месте и одновременно проводят тесты общего покрытия внутри соты. Для целей сравнительного анализа скорости LTE и NR в одном и том же месте нормированы в соответствии с LTE RSRP.

Fили при фактическом тестировании дорожного покрытия в полосах частот 2.1G и 3.5G в существующей сети, для обоих выбираются сектора с одинаковым нормальным направлением главного лепестка, высотой установки, азимутом, углом наклона (включая электрический наклон) и спектральной плотностью мощности. диапазоны частот 2.1G и 3.5G. Результаты испытательной траектории DT показаны на рисунке 4.

Рисунок 4. Ситуационная карта покрытия для тестирования 4DT

BСудя по данным сравнительного анализа RSRP, средняя мощность сигнала для тестирования диапазона частот 2.1G составляет -97 дБм, а для тестирования диапазона частот 3.5G - -105 дБм. Кроме того, существует серьезная проблема, связанная с перебоями в работе сети во время тестирования полосы частот 3.5G.

AС увеличением расстояния покрытия в сценариях отсутствия прямой видимости затухание сигнала для 3.5G больше, чем для 2.1G. Более того, разница в мощности сигнала между двумя диапазонами продолжает увеличиваться с увеличением расстояния покрытия. Анализ данных показан на рисунке 5.

Сравнительный анализ мощности сигнала и дальности покрытия для тестирования 5DT показан на рисунке 5.

AСогласно анализу данных на рисунке 5, можно заметить, что при относительно близком расстоянии покрытия мощность приема сигнала 3.5G в сценариях прямой видимости отличается от 2.1G примерно на 7 дБ. Однако на больших расстояниях покрытия, в сценариях отсутствия прямой видимости, разница в уровне сигнала между ними составляет примерно 14 дБ.

FКроме того, анализ ситуации с покрытием для 3.5G и 2.1G на границе соты показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Анализ краевого покрытия для тестирования 6DT в малых сотах

TАнализ рисунка 6 показывает, что при скорости 1 Мбит/с на границе соты принимаемый сигнал для 2.1G составляет -115 дБм, а для 3.5G - -106 дБм. Следовательно, разница в покрытии между LTE 2.1G и NR 3.5G в реальной сетевой среде составляет 9 дБ.

A Сравнительный анализ скоростей восходящей линии связи показывает, что при мощности сигнала -98 дБм скорость восходящей линии связи для 3.5G NR значительно выше, чем для диапазона частот 2.1G.

Сравнительный анализ скорости восходящего потока для тестирования 7DT в малых сотах и ​​возможности голосовой поддержки 4T4R 2.1G NR

04 Анализ возможностей голосовой поддержки для 4T4R 2.1G NR

AС установлением принципа совместного построения и совместного использования между China Unicom и China Telecom, решения для передачи голосовой информации постепенно развиваются в сторону VoNR. На этапе создания сетей АНБ голос можно гибко распределять по сетям LTE China Unicom или China Telecom через VoLTE. На этапе подключения к сети SA он может сначала вернуться к сети LTE через EPS, а затем плавно активировать функцию VoNR в полосе частот 2.1G.

BСравнивая передачу голоса в сетях VoLTE и WCDMA и анализируя значения MOS и данные RSRP, можно заметить, что качество голоса VoNR в полосе частот 2.1G выше, чем в сети WCDMA.

05   Рекомендации по применению 2.1G и 3.5G

BСудя по предыдущему анализу, становится ясно, что полоса частот 2.1G может эффективно повысить пропускную способность и покрытие полосы частот 3.5G. Однако полоса частот 2.1G не так обширна, как полоса частот 3.5G, а отраслевая цепочка устройств 3.5G NR относительно зрела. После всестороннего анализа можно сделать следующие выводы и рекомендации по использованию диапазонов частот 2.1G и 3.5G:

a) Из-за незрелости отраслевой цепочки устройств 2.1G NR рекомендуется использовать сеть 3.5G в качестве основы для первоначального построения сети 5G для достижения непрерывного покрытия. Впоследствии следует предпринять усилия по ускорению сокращения и ликвидации сетей 2G и 3G, а также своевременному освоению полосы частот 2.1G для создания дифференцированной сети 5G со скоординированными высокими и низкими частотами.

b) Гибридное объединение частотных диапазонов 2.1G и 3.5G является важным подходом для построения высококачественных сетей 5G. Полоса частот 2.1G может обеспечить дополнительную пропускную способность восходящей линии связи и расширенное глубокое покрытие. Благодаря гибкому объединению сетей в соответствии с потребностями строительства можно улучшить восприятие пользователей и повысить влияние бренда China Unicom.

c) Смешанные сети 3G/4G/5G могут использовать обновления программного обеспечения существующего сетевого оборудования для предоставления услуг 5G, тем самым снижая стоимость построения сети 5G и максимально эффективно используя возможности существующего сетевого оборудования. Это также обеспечивает предпосылки для последующей корректировки структуры сети.

06   Заключение

Tв его статье был проведен сравнительный анализ характеристик покрытия диапазонов частот 2.1G и 3.5G с точки зрения бюджета канала и тестирования на месте. Было обнаружено, что затухание сигнала в диапазоне частот 3.5G больше, а по глубине покрытия производительность диапазона частот 3.5G уступает показателям диапазона частот 2.1G. При той же скорости фронта покрытие восходящей линии связи в диапазоне частот 3.5G на 9 дБ хуже, чем в диапазоне частот 2.1G. Путем теоретического анализа и испытаний на месте было обнаружено, что полоса частот 2.1G может эффективно повысить пропускную способность и диапазон покрытия полосы частот 3.5G. Гибридное объединение частотных диапазонов 2.1G и 3.5G для сетей 5G может расширить возможности покрытия восходящей линии связи, тем самым удовлетворяя требованиям к пропускной способности восходящей линии связи и задержке отраслевых приложений 5G. Рекультивация существующей полосы частот 2.1G и оборудования для поддержки 5G может ускорить строительство сетей 5G, сократить затраты строительных ресурсов и снизить сложность строительства, что послужит важным средством повышения эффективности строительства сетей 5G.

Эта статья перепечатана из журнала «Новые технологии 5G». Мы поддерживаем защиту прав интеллектуальной собственности. При перепечатке просьба указывать первоисточник и автора. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления.