袁 滿，劉曉燕，王 科

(中國聯(lián)通山東省分公司，山東 濟(jì)南 250001)

0 引言

5G 網(wǎng)絡(luò)共建共享為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和運(yùn)營帶來機(jī)遇的同時(shí)，也帶來諸多技術(shù)層面的挑戰(zhàn)。以中國聯(lián)通和中國電信5G 共建共享網(wǎng)絡(luò)為例，目前兩家運(yùn)營商已經(jīng)在3.5 GHz 頻段進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)共建共享，同時(shí)又分別在2.1 GHz頻段擁有25 MHz 和20 MHz 帶寬。2.1 GHz 和3.5 GHz 頻段在5G 網(wǎng)絡(luò)中如何合理高效地利用是目前運(yùn)營商考慮的重要問題。本文在對(duì)5G NR 2.1 GHz 和3.5 GHz 頻段的覆蓋性能、業(yè)務(wù)承載等方面進(jìn)行對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，對(duì)不同場(chǎng)景下的組網(wǎng)建議和載波間移動(dòng)策略進(jìn)行探索，旨在為后續(xù)5G 雙頻段組網(wǎng)規(guī)劃提供重要依據(jù)。

1 5G NR 2.1 GHz 和3.5 GHz 頻段鏈路預(yù)算理論分析

根據(jù)自由空間傳播模型[1](式(1))，傳播距離(D)越遠(yuǎn)，路徑損耗越大，電磁波的頻率(F)越高，路徑損耗也越大。以1.8 GHz 為基準(zhǔn)，2.1 GHz 比1.8 GHz 的自由空間傳播損耗多1 dB，3.5 GHz 比2.1 GHz 的自由空間傳播損耗多5 dB。如果再考慮衍射和穿透損耗等因素，總體傳播損耗的差異還會(huì)增大。

鏈路預(yù)算是從理論上評(píng)估無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的有效手段，通過對(duì)上下行信號(hào)傳播途徑中各種因素的綜合理論考察，對(duì)系統(tǒng)覆蓋能力進(jìn)行評(píng)估，獲得在保持一定的通信質(zhì)量下鏈路所允許的最大傳播損耗，再使用相應(yīng)的模型來計(jì)算出小區(qū)覆蓋的半徑[2]。鏈路預(yù)算流程如圖1 所示。

圖1 鏈路預(yù)算流程

鏈路預(yù)算質(zhì)量需求如下：

(1)在網(wǎng)絡(luò)中x%概率保障y Mb/s 的感知，如98%的概率滿足25 Mb/s(下行)、5 Mb/s(上行)。

(2)滿足上行業(yè)務(wù)容量需求，如上行每平方公里業(yè)務(wù)需求為50 Gb/s。

(3)滿足下行業(yè)務(wù)容量需求，如下行每平方公里業(yè)務(wù)需求為100 Gb/s。

鏈路預(yù)算輸入包含天線配置、RBS 功率(如100 W 或200 W)、UE 發(fā)射功率(如23 dBm 或26 dBm)、帶寬、頻 段、上下行配置和特殊子幀配置等。

上行估算：逐漸增大站間距，確定滿足質(zhì)量需求的最大站間距；在給定站間距場(chǎng)景下，如果質(zhì)量達(dá)不到要求，則需要放寬質(zhì)量要求或更改輸入條件。

下行估算：計(jì)算下行質(zhì)量和容量滿足情況，當(dāng)不滿足時(shí)，縮小站間距，直至滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

控制信道：驗(yàn)證小區(qū)邊緣的控制信道性能，如果控制信道不能滿足要求，縮小站間距，直至滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

以3.5 GHz 上下行鏈路預(yù)算為例，3.5 GHz 下行性能明顯優(yōu)于上行性能，如圖2 所示；按照5G 規(guī)劃速率目標(biāo)，上行覆蓋范圍明顯小于下行，如圖3 所示?；诂F(xiàn)網(wǎng)4G 基站的平均站間距，下行連續(xù)覆蓋可行性高，但上行連續(xù)覆蓋挑戰(zhàn)很大。

圖2 NR 3.5 GHz 上下鏈路預(yù)算分析

圖3 3.5 GHz 上下行鏈路估算差異示例

以現(xiàn)網(wǎng)4G 1.8 GHz 頻段為基準(zhǔn)點(diǎn)，按照1 Mb/s 上行邊緣速率的基準(zhǔn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)[3]，鏈路預(yù)算結(jié)果顯示，鏈路儲(chǔ)備2.1 GHz 4TR 優(yōu)于3.5 GHz 64TR 約1.2 dB，優(yōu)于3.5 GHz 32TR 2.3 dB，如表1 所示。

表1 鏈路預(yù)算結(jié)果

根據(jù)小區(qū)半徑預(yù)算結(jié)果(如表2 所示)，考慮到實(shí)際部署中3.5 GHz 天線掛高低于1.8/2.1 GHz，而當(dāng)前3.5 GHz大都是與4G LTE 共站址建設(shè)，因而5G 上行覆蓋挑戰(zhàn)較大[6]，需要進(jìn)一步增加站址才能滿足連續(xù)覆蓋的要求。

表2 小區(qū)半徑結(jié)果

2 多場(chǎng)景組網(wǎng)方案

2.1 5G 網(wǎng)絡(luò)高低頻協(xié)同共建共享模式

NR 2.1 GHz 和NR 3.5 GHz 雙頻搭配組網(wǎng)不僅可以提升5G 網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋，還能夠降低因互操作帶來的業(yè)務(wù)感知時(shí)延，提高5G 網(wǎng)絡(luò)對(duì)高速移動(dòng)用戶的支持能力[8]。NR 2.1 GHz 可以低成本部署，進(jìn)行廣覆蓋和深度覆蓋，快速實(shí)現(xiàn)大片區(qū)域連續(xù)覆蓋[9-10]。而3.5 GHz 頻段網(wǎng)絡(luò)原則上可以先在熱點(diǎn)區(qū)域按需部署，根據(jù)數(shù)據(jù)流量需求情況逐步拓展到更多的區(qū)域。移動(dòng)策略上，在業(yè)務(wù)需求不高時(shí)，可以將5G 終端切換到2.1 GHz 網(wǎng)絡(luò)，視具體情況選擇關(guān)閉3.5 GHz 載波、通道和天線，以降低網(wǎng)絡(luò)能耗；2.1 GHz 網(wǎng)絡(luò)不滿足需求時(shí)，按需開啟3.5 GHz高頻段網(wǎng)絡(luò)。在5G 網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)頻段間切換可以達(dá)到毫秒級(jí)響應(yīng)，時(shí)延比在4G 和5G 系統(tǒng)之間切換要小得多。

統(tǒng)籌考慮技術(shù)演進(jìn)、市場(chǎng)需求、競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)效益四要素，利用2.1 GHz 打造高低頻協(xié)同，3.5 GHz 以64TR宏蜂窩站型為主，同時(shí)2.1 GHz 5G 網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)覆蓋，避免大規(guī)模增補(bǔ)3.5 GHz 新站帶來的投資壓力。同時(shí)，對(duì)電聯(lián)來說3.5 GHz 的共享載波模式可以利用雙方的200 MHz 帶寬實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)，5G 容量按需部署。以終為始，規(guī)模部署NR 2.1 GHz 與3.5 GHz 合力打造有競(jìng)爭(zhēng)力的5G 全覆蓋網(wǎng)絡(luò)，整體原則如圖4 所示。

圖4 NR 3.5 GHz 和NR 2.1 GHz 組網(wǎng)整體原則

2.2 室外各種場(chǎng)景組網(wǎng)建議

在上述分析基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際情況，有如下分場(chǎng)景部署建議：

(1)在發(fā)達(dá)縣城以上，優(yōu)先采用3.5 GHz 進(jìn)行覆蓋，2.1 GHz 用于補(bǔ)充深度覆蓋，密集城區(qū)優(yōu)先采用3.5 GHz 64TR 組網(wǎng)；對(duì)于高負(fù)荷、高價(jià)值商務(wù)區(qū)、高密度住宅區(qū)三高場(chǎng)景，采用3.5 GHz 64TR 200 MHz 雙載頻覆蓋；對(duì)于高速、高鐵等快速移動(dòng)場(chǎng)景，采用3.5 GHz 32TR 或8TR 覆蓋。對(duì)于像密集住宅等深度覆蓋的需求場(chǎng)景，與NR 3.5 GHz 共站疊加NR 2.1 GHz，利用低頻傳播優(yōu)勢(shì)改善深度覆蓋效果。

(2)一般城區(qū)根據(jù)容量和建筑物類型選擇3.5 GHz 32TR 或64TR，發(fā)達(dá)縣城或者縣城核心區(qū)優(yōu)先采用3.5 GHz 32TR 組網(wǎng)。

(3)一般縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村優(yōu)先采用2.1 GHz 組網(wǎng)覆蓋，3.5 GHz 用作熱點(diǎn)區(qū)域擴(kuò)容。

3 不同場(chǎng)景下的多載波策略研究

3.1 5G 多載波策略

5G SA 組網(wǎng)空閑態(tài)多載波策略：5G SA 組網(wǎng)空閑態(tài)多載波策略是基于重選優(yōu)先級(jí)的差異實(shí)現(xiàn)不同層次網(wǎng)絡(luò)的駐留[11-12]?？紤]到NR 3.5 GHz 網(wǎng)絡(luò)帶寬資源豐富，終端成熟，共站雙拼場(chǎng)景下建議5G 終端優(yōu)先駐留在NR 3.5 GHz 網(wǎng)絡(luò)，因此在配置重選優(yōu)先級(jí)時(shí)需遵循重選優(yōu)先級(jí)NR 3.5 GHz>NR 2.1 GHz。當(dāng)終端移出NR 3.5 GHz 覆蓋區(qū)，UE 將由高優(yōu)先級(jí)NR 3.5 GHz 重選到低優(yōu)先級(jí)NR 2.1 GHz，需滿足NR 3.5 GHz 小區(qū)電平低于服務(wù)門限且目標(biāo)小區(qū)高于低優(yōu)先級(jí)重選門限，才能重選到NR 2.1 GHz 小區(qū)；而當(dāng)UE 移動(dòng)到NR 3.5 GHz 良好覆蓋區(qū)時(shí)，UE 將由低優(yōu)先級(jí)NR 2.1 GHz 重選到高優(yōu)先級(jí)NR 3.5 GHz，根據(jù)重選策略，只需滿足目標(biāo)小區(qū)高于高優(yōu)先級(jí)重選門限即可。具體策略如圖5 所示，重選門限詳見表3。其中，S 和N 分別表示同頻重選過程中服務(wù)小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度，S_cell 和N_cell 分別指在異頻重選過程中服務(wù)小區(qū)和異頻目標(biāo)小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度。

圖5 空閑態(tài)重選策略

表3 空閑態(tài)多載波重選門限設(shè)置

5G SA 組網(wǎng)連接態(tài)多載波策略[13-14]：SA NR 為3.5 GHz頻點(diǎn)時(shí)，在高穿損區(qū)域(例如建筑物密集區(qū)域)電平下降較快，此時(shí)終端需要回落到NR 2.1 GHz 網(wǎng)絡(luò)；如果SA NR 用NR 2.1 GHz 頻點(diǎn)組網(wǎng)，覆蓋可能好于NR 3.5 GHz，可以將NR 2.1 GHz 作為底層覆蓋網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合NR 3.5 GHz和NR 2.1 GHz 容量和覆蓋性能，移動(dòng)性切換策略總體思路如圖6 所示。

圖6 連接態(tài)移動(dòng)策略

(1)各頻段之間均開啟雙向切換。

(2)NR 3.5 GHz 頻段向NR 2.1 GHz 頻段的切換采用A5 事件(源側(cè)差、目標(biāo)好)，通過設(shè)置A5 門限，讓用戶盡量駐留在NR 3.5 GHz 頻段，在3.5 GHz 信號(hào)差的情況下才切換到2.1 GHz 頻段。

(3)NR 2.1 GHz 向NR 3.5 GHz 切換時(shí)采樣A4 事件，當(dāng)3.5 GHz 信號(hào)滿足A4 門限時(shí)，切換到3.5 GHz 頻段，讓用戶盡量使用頻率資源豐富的3.5 GHz 頻段，以保障使用感知。

(4)相同優(yōu)先級(jí)之間采用A3 事件(相比最好)，保證用戶及時(shí)切換到信號(hào)好的小區(qū)。

5G SA 組網(wǎng)多載波語音策略：5G SA 網(wǎng)絡(luò)下語音業(yè)務(wù)解決方案有兩種方式：(1)SA 網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期采用EPS FB，(2)當(dāng)SA 網(wǎng)絡(luò)成熟后采用VONR。目前5G 網(wǎng)絡(luò)上使用的語音業(yè)務(wù)解決方案是EPS FB。EPS FB 回落模式有3 種[14]：盲重定向、基于測(cè)量重定向、基于測(cè)量IRAT HO?；芈浞绞竭x擇還需要考慮N26 支持情況。

(1)AMF 不支持N26 接口：NG-RAN 只能采用重定向方式。

(2)AMF 支持N26 接口：NG-RAN 可以采用切換或者重定向方式。

EPS FB 3 種回落方式各有利弊，表4 從技術(shù)實(shí)現(xiàn)、回落時(shí)延及網(wǎng)絡(luò)配置要求等三方面進(jìn)行了對(duì)比。盲重定向的回落時(shí)延最短且技術(shù)實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單，回落穩(wěn)定性(容錯(cuò)性)最高。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，覆蓋不連續(xù)，鄰區(qū)關(guān)系不穩(wěn)定，建議EPS FB 回落使用盲重定向方式。

表4 3 種EPS FB 回落方式對(duì)比

3.2 不同場(chǎng)景的策略設(shè)置建議

3.2.1 熱點(diǎn)區(qū)域多層組網(wǎng)場(chǎng)景

在某些特殊場(chǎng)景如校園和工業(yè)園區(qū)，話務(wù)較為集中，100 MHz 帶寬不足以滿足用戶需求，需要開通NR 3.5 GHz雙載波，滿足容量需求。而在住宅密集區(qū)域，為了保證深度覆蓋效果，需NR 2.1 GHz 和NR 3.5 GHz 協(xié)同覆蓋。

(1)NR 3.5 GHz 頻段雙載波覆蓋區(qū)域：典型覆蓋場(chǎng)景有高校、交通樞紐、機(jī)場(chǎng)、地鐵、大型活動(dòng)保障場(chǎng)景(音樂節(jié)、體育賽事、啤酒節(jié)等)、三甲醫(yī)院、大型購物中心、高檔寫字樓、聚類市場(chǎng)及大型酒店等。該類場(chǎng)景用戶密集，話務(wù)量高，建議開通NR 3.5 GHz 載波聚合功能[15]，有效提高用戶感知速率。由于兩個(gè)載波的帶寬都是100 MHz，覆蓋性能相同。重選方面采用同優(yōu)先級(jí)異頻重選方案：兩個(gè)3.5 GHz 載波的優(yōu)先級(jí)均為6，異頻啟動(dòng)門限(SNon-IntraSearch)為-110 dB～-105 dBm。連接態(tài)策略詳見圖7，不同載波間采取異頻A3 事件(相比最好)，保證用戶及時(shí)切換到信號(hào)好的載波，兩個(gè)同覆蓋載波開通載波聚合功能，提升用戶感知速率。

圖7 NR 3.5 GHz 頻段雙載波覆蓋區(qū)域

(2)NR 3.5 GHz 和NR 2.1 GHz 雙頻段覆蓋區(qū)域：典型應(yīng)用于NR 3.5 GHz 深度覆蓋不足、室分因各種原因無法建設(shè)的場(chǎng)景，如密集住宅、工業(yè)園區(qū)等。NR 3.5 GHz小區(qū)在相同信號(hào)強(qiáng)度下速率優(yōu)勢(shì)明顯，NR 2.1 GHz 載波覆蓋效果更好，該場(chǎng)景下NR 3.5 GHz 小區(qū)主用于吸收話務(wù)，NR 2.1 GHz 小區(qū)重點(diǎn)用于加強(qiáng)深度覆蓋。考慮到用戶業(yè)務(wù)多為下載類業(yè)務(wù)，所以重選方面采用不同優(yōu)先級(jí)重選方案：NR 3.5 GHz 重選優(yōu)先級(jí)為6，NR 2.1 GHz重選優(yōu)先級(jí)為5，NR 2.1 GHz 重選到NR 3.5 GHz 載波，高優(yōu)先級(jí)門限(ThreshXhigh)為-114 dBm～-110 dBm；NR 3.5 GHz 重選到NR 2.1 GHz 載波，服務(wù)小區(qū)低優(yōu)先級(jí)門限(threshServingLowP)為-114 dBm～-110 dBm，目標(biāo)小區(qū)低優(yōu)先級(jí)重選門限(ThreshXlow)為-110 dBm～-106 dBm。連接態(tài)策略參見圖8，NR 3.5 GHz 切換到NR 2.1 GHz采用A2(即異頻和異系統(tǒng)起測(cè)門限)+A5 方式，A2 門限為-106 dBm～-100 dBm，A5 本端門限為-114 dBm～-110 dBm，A5 對(duì)端門限為-110 dBm～-106 dBm；NR 2.1 GHz 切換到NR 3.5 GHz 載波采用A2+A4 方式，A2 門限為-95 dBm～-85 dBm，A4 門限為-110 dBm～-106 dBm。

圖8 NR 3.5 GHz+NR 2.1 GHz 雙載波覆蓋區(qū)域

3.2.2 室內(nèi)外異頻組網(wǎng)場(chǎng)景

根據(jù)室分容量需求，室分頻點(diǎn)分為NR 3.5 GHz(建議與大網(wǎng)3.5 GHz 異頻)和NR 2.1 GHz 兩種情況。由于室分覆蓋有限的區(qū)域，信號(hào)很干凈，即使信號(hào)較弱時(shí)，也能保持較高SINR 值，能保證較高數(shù)據(jù)下載速率，因而本文采用宏站與室分之間的重選和切換策略使宏站盡可能及時(shí)重選或切入室分小區(qū)，室分與小區(qū)在信號(hào)較弱時(shí)才重選或切入宏站。連接態(tài)移動(dòng)性策略參見圖9，優(yōu)先級(jí)設(shè)置及切換門限設(shè)置詳見表5。

表5 室分NR 3.5 GHz 異頻組網(wǎng)參數(shù)設(shè)置

圖9 室內(nèi)外組網(wǎng)策略

3.2.3 邊界單層異頻組網(wǎng)場(chǎng)景

典型應(yīng)用場(chǎng)景：鄉(xiāng)鎮(zhèn)與農(nóng)村邊界場(chǎng)景。考慮3.5 GHz和2.1 GHz 的帶寬資源，建議NR 3.5 GHz 往NR 2.1 GHz移動(dòng)時(shí)切換采用A2+A5 方式，NR 2.1 GHz 往NR 3.5 GHz移動(dòng)時(shí)切換采用A2+A4 方式，讓用戶盡量使用頻率資源豐富的3.5 GHz 頻段。連接態(tài)移動(dòng)性策略參見圖10，優(yōu)先級(jí)設(shè)置及切換門限設(shè)置詳見表6。

表6 邊界單層異頻組網(wǎng)參數(shù)設(shè)置

圖10 邊界單層異頻組網(wǎng)

4 結(jié)論

本文利用鏈路預(yù)算對(duì)比分析了3.5 GHz 和2.1 GHz覆蓋性能，結(jié)合3.5 GHz 和2.1 GHz 頻率資源情況，給出了不同場(chǎng)景下的3.5 GHz+2.1 GHz 高低頻組網(wǎng)技術(shù)方案，并結(jié)合各種組網(wǎng)場(chǎng)景給出NR 網(wǎng)絡(luò)多載波間的互操作策略，為下一步5G 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展建設(shè)提供了重要依據(jù)。