劉 洋，龔戈勇，丁 遠(yuǎn)

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

2020年，在國(guó)家“新基建”政策的推進(jìn)下5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度超越期望。中國(guó)移動(dòng)預(yù)計(jì)全年建設(shè)5G基站將超過(guò)3.5×105個(gè)。在大規(guī)模進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的同時(shí)中國(guó)移動(dòng)也面臨著較大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，需要考慮如何充分利用已獲得的5G頻段資源，通過(guò)2.6 GHz+4.9 GHz兩個(gè)頻段協(xié)同組網(wǎng)打造5G雙層精品網(wǎng)絡(luò)，有效改善當(dāng)前2.6 GHz單頻段5G網(wǎng)絡(luò)面臨的不足和挑戰(zhàn)，提升其5G網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 2.6G頻段5G單層網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)

與4G相比，5G系統(tǒng)擁有比4G更低的時(shí)延、更大的系統(tǒng)容量以及更高的數(shù)據(jù)下載速率。能夠支持毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，下載速率高達(dá)1 Gb/s，連接數(shù)密度為每平方公里一百萬(wàn)，其移動(dòng)性在500 km/h以上。當(dāng)然，5G網(wǎng)絡(luò)不僅是指速度快，它還是一個(gè)具有萬(wàn)物互聯(lián)和泛在網(wǎng)等特征的完整體系。作為普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)選擇哪個(gè)運(yùn)營(yíng)商主要還是考慮其數(shù)據(jù)速率。因此，最近一兩年時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)的下載速度將是5G運(yùn)營(yíng)商一個(gè)重要的宣傳賣點(diǎn)[1]。

當(dāng)前，中國(guó)移動(dòng)5G基站主要是基于TDD制式的2.6 GHz頻段的基站，上下行共用160 MHz帶寬（2 515～2 675 MHz），部分地市建設(shè)了少量的4.9 GHz頻段的基站。2.6 GHz作為中低頻段，相較于其他運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)采用的3.5 GHz頻段具備穿透能力更強(qiáng)、覆蓋面更廣以及傳播損耗更低等優(yōu)勢(shì)。隨著中國(guó)聯(lián)通與電信在全國(guó)范圍內(nèi)合作共建共享同一張5G網(wǎng)絡(luò)，兩家運(yùn)營(yíng)商的用戶可以在3.5 GHz頻段上共享使用3 400～3 600 MHz共200 MHz的寬頻段資源。通過(guò)利用差異化帶寬優(yōu)勢(shì)和載波聚合技術(shù)，在開啟2CC的同時(shí)5G用戶可以擁有翻倍的數(shù)據(jù)下載速度。因此，中國(guó)聯(lián)通和電信的5G網(wǎng)絡(luò)在3.5 GHz頻段共享的連續(xù)200 MHz超大帶寬超過(guò)了中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有2.6 GHz頻段的帶寬，帶來(lái)了更快更優(yōu)的用戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，中國(guó)移動(dòng)在采用2.6 GHz頻段進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中也存在著頻段內(nèi)退頻困難的問(wèn)題。對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)速率要求高的場(chǎng)景，2.6 GHz單頻段在實(shí)現(xiàn)廣覆蓋的同時(shí)難以滿足大容量靈活覆蓋的連接覆蓋，因此容易產(chǎn)生覆蓋盲區(qū)[2]。

2 2.6 GHz+4.9 GHz的5G基站雙層協(xié)同組網(wǎng)方案

面對(duì)運(yùn)營(yíng)商之間激烈的5G網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)移動(dòng)通過(guò)充分挖掘2.6 GHz＋4.9 GHz的頻率優(yōu)勢(shì)，打造5G基站雙層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)5G雙層精品網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

4.9 GHz頻段具有更為靈活的幀配置和更高的上行峰值速率，可達(dá)2.6 GHz的2倍，但同時(shí)下行峰值速率會(huì)有少量的損失。在數(shù)據(jù)需求非常大的應(yīng)用場(chǎng)景部署4.9 GHz站點(diǎn)可有效改善2.6 GHz頻段單層覆蓋的弱勢(shì)，有效分流熱點(diǎn)區(qū)域突發(fā)的數(shù)據(jù)流量。而在2.6 GHz+4.9 GHz的5G雙層網(wǎng)絡(luò)中，采用2.6 GHz廣覆蓋的特點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域連續(xù)覆蓋，形成打底網(wǎng)，同時(shí)輔以4.9 GHz頻段站點(diǎn)解決網(wǎng)絡(luò)局部熱點(diǎn)及容量需求。4.9 GHz頻段站點(diǎn)可以為微小站的形式，如地面燈桿站等。此外，部分有明確業(yè)務(wù)需求的室內(nèi)部署2.6 GHz室分基站。2.6 GHz+4.9 GHz雙層協(xié)同組網(wǎng)如圖1所示。

圖1 2.6 GHz+4.9 GHz雙層協(xié)同組網(wǎng)

4.9 GHz頻段的頻率高，覆蓋能力弱，用于熱點(diǎn)高容量覆蓋可以與2.6 GHz形成互補(bǔ)。通過(guò)2.6 GHz+4.9 GHz兩個(gè)頻段的多載波聚合，將兩個(gè)或多個(gè)載波單元聚合在一起支持更大的傳輸帶寬，從而提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸比特速率，實(shí)現(xiàn)更高的下載速度，有效提升5G網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)力[3]。5G載波聚合示意如圖2所示。

圖2 5G載波聚合示意圖

5G載波聚合是載波間的協(xié)同技術(shù)。中國(guó)移動(dòng)2.6 GHz和4.9 GHz頻段的5G載波都有獨(dú)立的上下行鏈路，能夠支持標(biāo)準(zhǔn)的鄰區(qū)測(cè)量，并支持系統(tǒng)載波獨(dú)立調(diào)度。用戶終端可同時(shí)接入多載波，從中選擇最佳載波進(jìn)行聚合。在2.6 GHz+4.9 GHz雙層組網(wǎng)時(shí)支持跨基站獨(dú)立建設(shè)，聚合方案在實(shí)際組網(wǎng)時(shí)更加靈活，網(wǎng)絡(luò)部署更便捷，單終端速率能達(dá)到較高的理論峰值。通過(guò)采用CA技術(shù)，利用移動(dòng)2.6 GHz+4.9 GHz雙頻段的200 MHz頻譜資源協(xié)同組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)峰值速率與網(wǎng)絡(luò)容量的雙提升，進(jìn)一步滿足行業(yè)和個(gè)人用戶對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的流暢性和使用體驗(yàn)的剛性需求。

采用2.6 GHz＋4.9 GHz雙層覆蓋時(shí)，當(dāng)其中一個(gè)頻段的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)系統(tǒng)也能保證5G網(wǎng)絡(luò)的正常通信。5G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段高，單站點(diǎn)覆蓋面積小。采用2.6 GHz單頻段進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋時(shí)只能在基站小區(qū)的邊緣部分做到交叉覆蓋，而小區(qū)內(nèi)其他部分則不能交叉覆蓋，部分有阻擋的區(qū)域很容易產(chǎn)生覆蓋盲區(qū)。采用2.6 GHz＋4.9 GHz雙層覆蓋時(shí)，通過(guò)2.6 GHz和4.9 GHz兩個(gè)頻段站點(diǎn)的錯(cuò)位布置，能有效解決單層網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)的問(wèn)題。

3 基于2.6 GHz+4.9 GHz頻段的5G基站雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果驗(yàn)證

3.1 2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)能有效提升覆蓋效果，減少覆蓋盲區(qū)

以某區(qū)域站點(diǎn)31個(gè)物理站址來(lái)部署2.6 GHz和4.9 GHz頻段的5G網(wǎng)絡(luò)為仿真對(duì)象，并對(duì)其雙層網(wǎng)進(jìn)行仿真，其工參數(shù)據(jù)參考現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)CCD表進(jìn)行配置。其中，2.6 GHz頻段的AAU單元掛在桿體上層，4.9 GHz頻段的AAU單元掛在桿體下層。假設(shè)區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)如果原有2.6 GHz無(wú)法滿足容量或覆蓋需求時(shí)，那么需要通過(guò)增加4.9 GHz基站來(lái)補(bǔ)充其需求，增加網(wǎng)絡(luò)容量，工參不變。如果原有2.6 GHz基站覆蓋有明顯盲區(qū)，則新增4.9 GHz小區(qū)新增方位角可以補(bǔ)充覆蓋。

比對(duì)2.6 GHz＋4.9 GHz雙層組網(wǎng)與2.6 GHz單層組網(wǎng)的兩種覆蓋模式。在進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，對(duì)比只開通2.6 GHz基站和開通2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)基站的覆蓋效果[4]。只開通2.6 GHz基站時(shí)的RSRP如圖3和表1所示，開通2.6 GHz+4.9 GHz基站的RSRP如圖4和表2所示。

圖3 只開通2.6 GHz基站時(shí)的RSRP

表1 只開通2.6 GHz基站時(shí)的RSRP

圖4 開通2.6 GHz+4.9 GHz基站的RSRP

表2 開通2.6 GHz+4.9 GHz基站的RSRP

通過(guò)仿真結(jié)果看出，開通雙層網(wǎng)后覆蓋率有所提升，其中信號(hào)強(qiáng)的區(qū)域覆蓋率提升明顯。在只開通2.6 GHz基站時(shí)，RSRP＞-100 dB的比率為96.23%，RSRP＞-85 dB的比率為49.43%，在開通2.6 GHz+4.9 GHz基站時(shí)，RSRP＞-100 dB的比率為99.98%，RSRP＞-85 dB的比率為82.14%。下面進(jìn)一步對(duì)SINR進(jìn)行仿真比對(duì)，只開通2.6 GHz基站時(shí)的SINR如圖5和表3所示，開通2.6 GHz+4.9 GHz基站的SINR如圖6和表4所示。

圖5 只開通2.6 GHz基站時(shí)的SINR

表3 只開通2.6 GHz基站時(shí)的SINR

圖6 開通2.6 GHz+4.9 GHz基站時(shí)的SINR

表4 開通2.6 GHz+4.9 GHz基站時(shí)的SINR

通過(guò)仿真前后的結(jié)果看出，開通雙層網(wǎng)后信號(hào)強(qiáng)的區(qū)域干擾也增大，但整體干擾并無(wú)明顯提升，在可控范圍內(nèi)。在只開通2.6 GHz基站時(shí)，SINR＞15 dB的比率為16%，即站點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)的區(qū)域干擾小，在開通2.6 GHz+4.9 GHz基站時(shí)，SINR＞15 dB的比率為6.51%，即站點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)的區(qū)域干擾大。在干擾可控情況下2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)覆蓋效果得到明顯提升，覆蓋盲區(qū)比例減少。

3.2 2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)絡(luò)利用載波聚合實(shí)現(xiàn)峰值速率與容量的雙提升

為了提供更高的業(yè)務(wù)速率，2.6 GHz+4.9 GHz雙層網(wǎng)絡(luò)可使用載波聚合技術(shù)，充分利用中國(guó)移動(dòng)雙5G頻譜優(yōu)勢(shì)，將2.6 GHz和4.9 GHz兩個(gè)100 MHz帶寬載波聚合成200 MHz帶寬載波，從而大幅提升用戶的上下行峰值速率體驗(yàn)。

2020年5 月沿海某地市移動(dòng)公司攜手國(guó)內(nèi)主流設(shè)備廠家通過(guò)充分挖掘頻譜效率，在高價(jià)值和高容量等特點(diǎn)區(qū)域分別驗(yàn)證2.6 GHz+4.9 GHz NR 200 MHz頻段間載波聚合、2.6 GHz NR 160 MHz頻段內(nèi)載波聚合以及2.6 GHz LNR動(dòng)態(tài)頻譜共享等關(guān)鍵技術(shù)。該次測(cè)試中將2.6 GHz頻段作為5G主覆蓋層，4.9 GHz頻段將作為熱點(diǎn)容量層，對(duì)兩個(gè)頻段的頻點(diǎn)采用不同優(yōu)先級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)在5G網(wǎng)絡(luò)的差異性駐留，保證了用戶在2.6 GHz+4.9 GHz雙頻網(wǎng)絡(luò)中分層駐留。在測(cè)試過(guò)程中，針對(duì)高價(jià)值體驗(yàn)場(chǎng)景，用戶終端可借助2.6 GHz+4.9 GHz NR 200 MHz載波聚合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5G單用戶下行速率達(dá)到3 Gb/s。從而為高樓環(huán)境最復(fù)雜，話務(wù)量最高的CBD城區(qū)提供了更快的5G體驗(yàn)速率。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)和測(cè)試結(jié)果分別如圖7和圖8所示。

雙載波能力是5G網(wǎng)絡(luò)、用戶終端以及芯片的整合載波聚合，需要網(wǎng)絡(luò)支持，也需要終端、芯片以及天線等多方面整合。利用載波聚合技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)下載速度和5G網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)，充分運(yùn)用運(yùn)營(yíng)商的已有頻段資源，讓更多的用戶在使用5G業(yè)務(wù)時(shí)能體驗(yàn)更高的速度傳輸。尤其在景區(qū)和會(huì)場(chǎng)這類大量用戶使用網(wǎng)絡(luò)的情況下，通過(guò)提升容量和速率大大提升網(wǎng)絡(luò)感知。

圖7 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

圖8 測(cè)試結(jié)果

4 結(jié) 論

中國(guó)移動(dòng)通過(guò)2.6 GHz+4.9 GHz雙頻協(xié)同實(shí)現(xiàn)5G精品雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋。利用兩個(gè)頻段的交叉覆蓋和載波融合中更大的載波帶寬為用戶提供更快的數(shù)據(jù)下載服務(wù)，拉開與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間的差距。同時(shí)，中國(guó)移動(dòng)與廣電簽署了5G共建共享700 MHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，后期中國(guó)移動(dòng)可用700 MHz作為5G網(wǎng)絡(luò)的打底網(wǎng)，利用2.6 GHz+4.9 GHz實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)域的容量覆蓋，提升中國(guó)移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的上下行容量和覆蓋性能。