So sánh hiệu suất giữa các dải tần 2.1 GHz và 3.5 GHz trong Mạng 5G

Tóm tắt

WVới sự phát triển không ngừng của mạng thông tin di động, các nhà khai thác sở hữu tài nguyên băng tần cao, trung bình và tần số thấp. Tài nguyên phổ tần số vô tuyến là tài nguyên chiến lược có giá trị và làm thế nào để sử dụng tài nguyên phổ tần một cách hợp lý và hiệu quả là mối quan tâm hàng đầu của các nhà khai thác.

CHiện nay, dải tần 2.1 GHz và 3.5 GHz là dải tần chủ đạo để triển khai mạng 5G. Bài viết này so sánh hiệu suất phủ sóng của các băng tần 2.1 GHz và 3.5 GHz từ góc độ ngân sách liên kết và thử nghiệm hiện trường, đồng thời cung cấp phân tích chi tiết về sự khác biệt của chúng về hiệu suất phủ sóng và năng lực dịch vụ. Nó cũng lập luận về những hạn chế của việc triển khai độc lập băng tần 3.5 GHz và sự cải thiện hiệu quả của việc triển khai mạng tiếp theo bằng cách sử dụng lại băng tần 2.1 GHz. Hơn nữa, nó trình bày các chiến lược xây dựng tương ứng dựa trên tình hình hiện tại của mạng lưới hiện tại của Shandong Unicom, tạo cơ sở quan trọng cho việc xây dựng mạng 5G tiếp theo.

01 Tổng quan

WSau khi cấp giấy phép 5G, quá trình thương mại hóa mạng 5G của Trung Quốc đã bắt đầu. Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin đã ủy quyền cho China Unicom sử dụng băng tần 3.5 GHz cho 5G. Dải tần 3.5 GHz được hỗ trợ tốt nhất trong ngành trên toàn cầu, nhưng tần số cao dẫn đến suy giảm tín hiệu nhanh hơn. Việc triển khai mạng 5G ở băng tần 3.5 GHz sẽ yêu cầu bổ sung thêm nhiều trạm gốc, dẫn đến mức đầu tư cao hơn đáng kể vào thiết bị và cơ sở hạ tầng tương ứng. Xây dựng mạng 5G chất lượng cao và cạnh tranh với chi phí thấp đã trở thành một vấn đề quan trọng mà China Unicom phải đối mặt.

TSáng kiến ​​của China Unicom và China Telecom nhằm cùng xây dựng và chia sẻ mạng 5G đã mang lại cơ hội cho việc xây dựng mạng 5G. Hiện tại, mạng 3G của China Unicom có ​​băng thông 15 MHz ở băng tần 2.1 GHz và mạng 4G của hãng này có băng thông 10 MHz ở băng tần 2.1 GHz. Mạng 4G của China Telecom có ​​băng thông 20 MHz ở dải tần 2.1 GHz. Cùng với nhau, China Unicom và China Telecom có ​​tổng băng thông là 45 MHz trong dải tần 2.1 GHz, với băng thông bổ sung 10 MHz vẫn chưa được phân bổ. Nếu được chấp thuận sử dụng, China Unicom và China Telecom sẽ có tổng băng thông là 55 MHz trong dải tần 2.1 GHz. Tài nguyên phổ tần số vô tuyến là tài nguyên chiến lược có giá trị và việc sử dụng hợp lý và hiệu quả các dải tần 2.1 GHz và 3.5 GHz trong mạng 5G là mối quan tâm hàng đầu của các nhà khai thác. Bài viết này kết hợp ngân sách liên kết và thử nghiệm hiện trường để so sánh, phân tích hiệu suất phủ sóng và dung lượng dịch vụ của hai băng tần 2.1 GHz và 3.5 GHz, thể hiện những hạn chế của việc triển khai độc lập băng tần 3.5 GHz và cải thiện hiệu quả của việc triển khai mạng tiếp theo bằng cách sử dụng lại băng tần 2.1GHz. Nó cũng đề xuất các chiến lược xây dựng tương ứng dựa trên tình hình hiện tại của mạng lưới hiện tại của Shandong Unicom, tạo cơ sở quan trọng cho việc xây dựng mạng 5G tiếp theo.

02 Phân tích lý thuyết về khả năng phủ sóng của băng tần 2.1 GHz và 3.5 GHz

ATheo giao thức 3GPP, băng tần B42 tương ứng với băng tần 3.5 GHz, băng tần B1 tương ứng với băng tần 2.1 GHz, băng tần B3 tương ứng với băng tần 1.8 GHz và băng tần B41 tương ứng với băng tần 2.6 GHz. . Bước sóng của băng tần 3.5 GHz ngắn hơn băng tần 2.1 GHz, dẫn đến khả năng xuyên thấu, nhiễu xạ và tán xạ tự nhiên kém hơn so với băng tần 2.1 GHz, dẫn đến vùng phủ sóng đường lên không đủ ở phía đầu cuối.

Uhát băng tần B3 (băng tần 1.8 GHz) trong mạng hiện tại làm điểm tham chiếu, các giá trị ngân sách liên kết lý thuyết cho các băng tần 1.8 GHz, 3.5 GHz, 2.1 GHz và 2.6 GHz đã được tính toán. So sánh kết quả ngân sách đường lên cho thấy khả năng đường lên của băng tần 3.5 GHz kém hơn 7.7 dB so với băng tần 2.1 GHz (4T4R) và kém hơn 4.2 dB so với băng tần 2.6 GHz.

Bảng 1 cho thấy kết quả ngân sách đường lên

BDựa trên phân tích trên, có thể thấy băng tần 3.5 GHz có vùng phủ sóng đường lên kém hơn so với việc triển khai mạng 5G độc lập ở băng tần 2.1 GHz.

03 Kiểm tra hiện trường khả năng phủ sóng đường lên ở dải tần 2.1 GHz và 3.5 GHz

Ttrạm cơ sở GuDe Square trong Khu phát triển của thành phố Duy Phường đã được chọn để thử nghiệm. Do hiện tại không có thiết bị đầu cuối NR nào hỗ trợ băng tần 2.1 GHz nên thử nghiệm thực địa đã được tiến hành bằng cách triển khai thiết bị 2.1T4R LTE 4 GHz và thiết bị 3.5TR NR 64 GHz trong cùng một trạm để so sánh khả năng phủ sóng đường lên của tần số 3.5 GHz và 2.1 GHz. ban nhạc.

3.1 Cài đặt thông số kiểm tra

a) Triển khai thiết bị 2.1T4R LTE 4 GHz và thiết bị 3.5TR NR 64 GHz trong cùng một trạm, có cùng độ cao, góc phương vị, góc nghiêng xuống và các thông số khác. Trong quá trình thử nghiệm, các trạm gốc xung quanh đã tạm thời ngừng hoạt động và công suất phát được điều chỉnh để mở rộng phạm vi phủ sóng của ô đo chính lên hơn 500 mét.

Bảng 2 thể hiện các thông số vật lý của trạm gốc được thử nghiệm

b) Cấu hình của trạm gốc 3.5 GHz như sau: công suất được định cấu hình ở mức 200 W, thông số SSB-RS được đặt ở mức 17.8 dBm, tần số sóng mang trung tâm đường xuống NR ở mức 3,550 MHz, với băng thông 100 MHz và tỷ lệ khe cắm đường xuống và đường lên là 7:3. Cấu hình ăng-ten đầu cuối SA yêu cầu 2T4R, với công suất truyền tối đa là 26 dBm. Cấu hình của trạm gốc 2.1 GHz như sau: cấu hình công suất là 4x40 W, thông số CRS RS đặt ở mức 21.2 dBm, cấu hình ăng ten đầu cuối SA yêu cầu 1T4R, với công suất truyền tối đa là 23 dBm.

3.2 Mô tả kiểm tra

TPhạm vi phủ sóng của dải tần 2.1 GHz và 3.5 GHz đã được thử nghiệm. Một khu vực có cùng hướng búp sóng chính, chiều cao, góc phương vị, góc nghiêng xuống (bao gồm cả độ nghiêng điện tử) và mật độ phổ công suất ở dải tần 2.1 GHz và 3.5 GHz đã được chọn để thử nghiệm. Các hình sau đây thể hiện sơ đồ của các tuyến thử nghiệm CQT và DT có liên quan:

Sơ đồ lộ trình thử nghiệm trong Hình 1

Đối với thử nghiệm lái xe khu vực phủ chăn ngoài trời liên tục (thử nghiệm DT), các yêu cầu như sau:

a) Đặt 2 thiết bị đầu cuối cạnh nhau trên máy tính để bàn hoặc ghế ngồi của ô tô, mỗi thiết bị được khóa tương ứng ở tần số 3.5 và 2.1 GHz, khởi tạo các dịch vụ đường lên FTP đầy đủ bộ đệm và duy trì chúng.

b) Phía quản lý mạng phải ghi lại thông tin thời gian thực như mức nhiễu đường lên của ô kiểm tra chính trong thời gian thử nghiệm.

c) Xe thử nghiệm mang theo các thiết bị đầu cuối thử nghiệm và dụng cụ thử nghiệm lái để di chuyển chậm theo lộ trình đã định trước (không quá 5 km/h), đi qua các con đường trong khu vực thử nghiệm chính và thời gian thử nghiệm không được ít hơn 1 giờ.

d) Nếu dịch vụ ngắt kết nối, hãy ghi lại thông tin ngắt kết nối, khởi động lại các dịch vụ dữ liệu gần đó và tiếp tục kiểm tra ổ đĩa.

e) Phần mềm kiểm tra ổ đĩa phải ghi lại dữ liệu LOG ​​theo thời gian thực theo yêu cầu trong toàn bộ quá trình kiểm tra.

Khi tiến hành thử nghiệm CQT vùng phủ sóng sâu, hãy chọn không ít hơn 7 tòa nhà theo hướng gần xa từ hướng bình thường thùy chính của các ô 3.5G và 2.1G làm tòa nhà thử nghiệm CQT, cho đến khi các tòa nhà cách cơ sở 500 mét trạm hoặc không thể truy cập được, như trong Hình 2.

lựa chọn Điểm Kiểm tra CQT trong Hình 2

a) Đối với mỗi tòa nhà được thử nghiệm, các tầng cao, trung bình và thấp được chọn để thử nghiệm, ưu tiên thử nghiệm ở tầng 1, 3 và 5.

b) Đặt 2 thiết bị đầu cuối cạnh nhau, khóa chúng ở tần số lần lượt là 3.5 GHz và 2.1 GHz, khởi tạo các dịch vụ đường lên FTP toàn bộ đệm tại mỗi điểm kiểm tra trong các tòa nhà, đi qua các đường dẫn trong nhà và duy trì dịch vụ trong ít nhất 1 phút. Nếu không thể tiếp cận hoàn toàn bên trong tòa nhà thử nghiệm thì hiện tượng thử nghiệm chi tiết phải được ghi lại.

c) Duy trì cùng độ cao ăng-ten và góc nghiêng xuống, xoay hai ô kiểm tra chính theo chiều kim đồng hồ 30 độ (điều chỉnh các ô liền kề nếu cần) và lặp lại bước (b) tại vị trí kiểm tra ban đầu dọc theo cùng một lộ trình kiểm tra.

3.3 Kiểm tra CQT về khả năng phủ sóng

Các kết quả so sánh của thử nghiệm CQT vùng phủ sóng đường lên cho các ô đơn lẻ ở 2.1G và 3.5G được hiển thị trong Hình 3.

Kết quả kiểm tra CQT trong Hình 3

ATheo kết quả thử nghiệm trong Hình 3, rõ ràng là trong điều kiện phạm vi phủ sóng ở biên tế bào (LTE RSRP<-105 dBm), xác suất bao phủ gần đúng cho băng tần 2.1G là 94%, trong khi đối với băng tần 3.5G, nó là 31%. Trong trường hợp thử nghiệm vùng phủ sóng sâu, giá trị RSRP cho băng tần 3.5G thấp hơn 6-7 dB so với băng tần 2.1G, cho thấy hiệu suất của băng tần 3.5G kém hơn băng tần 2.1G về phạm vi phủ sóng sâu.

3.4 Kiểm tra DT khả năng phủ sóng

ITrong quá trình phân tích dữ liệu kiểm tra DT, điện thoại di động LTE 2.1G và điện thoại di động NR 3.5G được đặt ở cùng một vị trí và đồng thời tiến hành kiểm tra vùng phủ sóng trong phạm vi ô. Với mục đích phân tích so sánh, tốc độ LTE và NR tại cùng một vị trí được chuẩn hóa theo LTE RSRP.

Fhoặc kiểm tra phạm vi phủ sóng đường thực tế của các dải tần 2.1G và 3.5G trong mạng hiện tại, các khu vực có cùng hướng bình thường của búp chính, chiều cao lắp đặt, góc phương vị, góc nghiêng (bao gồm cả độ nghiêng điện) và mật độ phổ công suất được chọn cho cả hai dải tần 2.1G và 3.5G. Kết quả quỹ đạo thử nghiệm DT được thể hiện trên Hình 4.

Hình 4: Bản đồ tình hình phủ sóng cho thử nghiệm 4DT

BTheo phân tích so sánh RSRP của dữ liệu thử nghiệm trên đường, cường độ tín hiệu trung bình cho thử nghiệm dải tần 2.1G là -97 dBm, trong khi đối với thử nghiệm dải tần 3.5G là -105 dBm. Ngoài ra, còn có một vấn đề nghiêm trọng là các khu vực bị mất mạng trong quá trình thử nghiệm dải tần 3.5G.

AKhi khoảng cách phủ sóng tăng lên, trong các tình huống không có tầm nhìn, độ suy giảm tín hiệu của 3.5G sẽ lớn hơn độ suy giảm tín hiệu của 2.1G. Hơn nữa, sự khác biệt về cường độ tín hiệu giữa hai băng tần tiếp tục tăng khi khoảng cách phủ sóng được mở rộng. Phân tích dữ liệu được mô tả trong Hình 5.

Phân tích so sánh cường độ tín hiệu và khoảng cách phủ sóng cho thử nghiệm 5DT được thể hiện trong Hình 5

ATheo phân tích dữ liệu trong Hình 5, có thể nhận thấy rằng khi khoảng cách phủ sóng tương đối gần, cường độ thu tín hiệu của 3.5G trong các tình huống tầm nhìn thẳng khác với 2.1G khoảng 7 dB. Tuy nhiên, ở khoảng cách phủ sóng lớn hơn, trong các tình huống không có tầm nhìn thẳng, chênh lệch cường độ tín hiệu giữa hai khoảng cách này là khoảng 14 dB.

Fhơn nữa, phân tích về tình hình phủ sóng của 3.5G và 2.1G ở rìa tế bào được mô tả trong Hình 6.

Hình 6: Phân tích vùng bao phủ biên để thử nghiệm 6DT trong ô nhỏ

TPhân tích của Hình 6 cho thấy rằng ở tốc độ 1 Mbit/s ở rìa tế bào, tín hiệu nhận được đối với 2.1G là -115 dBm, trong khi đối với 3.5G là -106 dBm. Do đó, chênh lệch vùng phủ sóng giữa LTE 2.1G và NR 3.5G trong môi trường mạng thực tế là 9 dB.

A phân tích so sánh tốc độ đường lên cho thấy khi cường độ tín hiệu là -98 dBm, tốc độ đường lên của 3.5G NR cao hơn đáng kể so với băng tần 2.1G.

Phân tích so sánh tốc độ ngược dòng cho thử nghiệm 7DT trong ô nhỏ và khả năng hỗ trợ giọng nói 4T4R 2.1G NR

04 Phân tích khả năng hỗ trợ giọng nói cho 4T4R 2.1G NR

ASau khi nguyên tắc đồng xây dựng và chia sẻ giữa China Unicom và China Telecom được thiết lập, các giải pháp truyền giọng nói đang dần phát triển theo hướng VoNR. Trong giai đoạn kết nối mạng NSA, giọng nói có thể được phân bổ linh hoạt cho các mạng LTE của China Unicom hoặc China Telecom thông qua VoLTE. Trong giai đoạn kết nối mạng SA, ban đầu nó có thể quay trở lại mạng LTE thông qua EPS và sau đó kích hoạt trơn tru chức năng VoNR ở dải tần 2.1G.

By so sánh khả năng truyền giọng nói của mạng VoLTE và WCDMA, đồng thời phân tích các giá trị MOS và dữ liệu RSRP, có thể thấy rằng chất lượng thoại của VoNR ở băng tần 2.1G mạnh hơn mạng WCDMA.

05   Khuyến nghị cho ứng dụng 2.1G và 3.5G

BNhư phân tích trước đó, rõ ràng băng tần 2.1G có thể nâng cao hiệu quả dung lượng và vùng phủ sóng của băng tần 3.5G. Tuy nhiên, băng thông của dải tần 2.1G không dồi dào như băng tần 3.5G và chuỗi ngành thiết bị 3.5G NR tương đối trưởng thành. Sau khi phân tích toàn diện, có thể rút ra các kết luận và khuyến nghị sau đây cho việc áp dụng dải tần 2.1G và 3.5G:

a) Do chuỗi ngành thiết bị 2.1G NR còn non nớt nên nên sử dụng mạng 3.5G làm nền tảng cho việc xây dựng mạng 5G ban đầu để đạt được phạm vi phủ sóng liên tục. Sau đó, cần nỗ lực đẩy nhanh việc giảm và loại bỏ mạng 2G và 3G, đồng thời tái thiết lập kịp thời dải tần 2.1G để tạo ra mạng 5G khác biệt với các tần số cao và thấp phối hợp.

b) Mạng kết hợp dải tần 2.1G và 3.5G là một phương pháp quan trọng để xây dựng mạng 5G chất lượng cao. Dải tần 2.1G có thể cung cấp dung lượng đường lên bổ sung và vùng phủ sóng sâu mở rộng. Bằng cách kết nối mạng linh hoạt theo nhu cầu xây dựng, nhận thức của người dùng có thể được cải thiện và ảnh hưởng thương hiệu của China Unicom có ​​thể được nâng cao.

c) Mạng chế độ hỗn hợp 3G/4G/5G có thể sử dụng nâng cấp phần mềm của thiết bị mạng hiện có để kích hoạt dịch vụ 5G, từ đó giảm chi phí xây dựng mạng 5G và tối đa hóa việc sử dụng khả năng của thiết bị mạng hiện có. Nó cũng cung cấp điều kiện tiên quyết cho việc điều chỉnh cấu trúc mạng tiếp theo.

06   Kết luận

Tbài báo của ông đã tiến hành phân tích so sánh về hiệu suất phủ sóng của dải tần 2.1G và 3.5G từ góc độ ngân sách liên kết và thử nghiệm tại chỗ. Người ta nhận thấy rằng độ suy giảm tín hiệu ở dải tần 3.5G lớn hơn và xét về độ phủ sóng sâu, hiệu suất của dải tần 3.5G kém hơn so với dải tần 2.1G. Ở cùng tốc độ biên, vùng phủ sóng đường lên của dải tần 3.5G kém hơn 9 dB so với dải tần 2.1G. Qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm tại chỗ, người ta phát hiện ra rằng dải tần 2.1G có thể nâng cao hiệu quả công suất và phạm vi phủ sóng của dải tần 3.5G. Mạng kết hợp các dải tần 2.1G và 3.5G cho mạng 5G có thể nâng cao khả năng phủ sóng đường lên, từ đó đáp ứng các yêu cầu về dung lượng đường lên và độ trễ của các ứng dụng công nghiệp 5G. Việc tái phát triển băng tần 2.1G hiện có và thiết bị để hỗ trợ 5G có thể đẩy nhanh quá trình xây dựng mạng 5G, giảm đầu vào tài nguyên xây dựng và giảm độ khó khi xây dựng, do đó đóng vai trò là phương tiện quan trọng để nâng cao hiệu quả xây dựng mạng 5G.

Bài viết này được in lại từ "Công nghệ mới 5G". Chúng tôi ủng hộ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi tái bản. Nếu có bất kỳ vi phạm nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa.