基于eMBB場景下的5G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究

屈彬彬

（中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450000）

1 5G頻率規(guī)劃策略

1.1 高 頻

中國電信和中國聯(lián)通3.5 GHz共建共享（3 400～3 600 MHz）200 MHz，主要滿足城區(qū)及高流量區(qū)域的5G覆蓋，可對標(biāo)移動2.6 GHz、160 MHz。從產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展和用戶體驗(yàn)來看，電聯(lián)共建5 GHz、200 MHz共享網(wǎng)絡(luò)優(yōu)于中國移動2.6 GHz、160 MHz。

1.2 中 頻

中國電信和中國聯(lián)通2.1 GHz為5G基礎(chǔ)覆蓋層，可共建共享2×45 MHz，主要滿足城區(qū)深度覆蓋和農(nóng)村廣覆蓋，可對標(biāo)中國移動700 MHz、2×30 MHz[1]。

1.3 低 頻

目前，700 MHz 5G頻段屬于中國移動，而廣電與中國移動共同建設(shè)700 MHz NR網(wǎng)絡(luò)。中國電信和中國聯(lián)通需重點(diǎn)關(guān)注5G低頻（800 MHz、900 MHz）終端滲透率情況，逐步騰出一方低頻作為5G低頻補(bǔ)充，與中國移動700 MHz NR進(jìn)行對標(biāo)。

2 5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋估算

覆蓋估算過程是根據(jù)頻率的規(guī)劃結(jié)果，結(jié)合規(guī)劃場景、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)容量以及設(shè)備性能等元素進(jìn)行鏈路預(yù)算，得出允許的最大路徑損耗。根據(jù)規(guī)劃區(qū)域的無線傳播模型，可得到最大小區(qū)覆蓋半徑。

2.1 覆蓋估算參數(shù)配置

2.1.1 系統(tǒng)參數(shù)

5G需關(guān)注的系統(tǒng)參數(shù)主要包含工作頻段、工作帶寬以及覆蓋場景（背景噪聲）等。工作頻段為3.4～3.6 GHz和4.8～5.0 GHz，工作帶寬為100 MHz。背景噪聲主要為熱噪聲，即：

式中，K為波爾茲曼常數(shù)，有K=1.38×10-23J/K；T為絕對溫度；B為系統(tǒng)帶寬。

2.1.2 設(shè)備參數(shù)

根據(jù)3GPP 38.104，5G基站的發(fā)射功率如表1所示。根據(jù)3GPP 38.101，用戶設(shè)備（User Equipment，UE）的最大發(fā)射功率為單天線200 MW、23 dBm[2]。5G設(shè)備在64T64R的天線配置情況下，天線增益為18 dBi，基站側(cè)天線分集增益6.5 dB，終端側(cè)天線分集增益2.5 dB。基站饋線及連接器損耗方面，5G采用AAU，饋線損耗為0 dB。信號通過接收機(jī)時，接收機(jī)將對信號增加噪聲。噪聲系數(shù)是設(shè)備的屬性，因此不同設(shè)備的噪聲系數(shù)不同。移動臺噪聲系數(shù)一般取7 dB，基站設(shè)備噪聲系數(shù)一般取2.3 dB。

表1 5G基站設(shè)備發(fā)射功率

2.1.3 環(huán)境參數(shù)

根據(jù)3GPP 38.901，2.6 GHz頻段下穿透損耗為21 dB，3.5 GHz頻段下穿透損耗為25 dB，4.9 GHz頻段下穿透損耗為28 dB[1]。在5G 3.5 GHz與4.9 GHz頻段下，所采納的干擾余量為3 dB[1]。為了保證一定的邊緣覆蓋概率，同時為鏈路預(yù)算預(yù)留一定余量即陰影衰落余量，在進(jìn)行鏈路預(yù)算時，需要根據(jù)陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差和邊緣覆蓋概率要求（運(yùn)營商確定）得到所需的陰影衰落余量[3-5]：

式中，ρ為陰影衰落余量；NORMSINV(x)函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布累計(jì)函數(shù)的逆函數(shù)；x為邊緣覆蓋概率；σ為陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差。一般從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表中可以得到衰落余量與邊緣覆蓋概率的對應(yīng)關(guān)系，其中ρ與σ的關(guān)系符合Q函數(shù)。在此鏈路預(yù)算中，陰影衰落方差取值為8，邊緣覆蓋概率取值75%，得到陰影衰落余量為6.4 dB。

2.2 傳播模型的選取

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的傳播模型主要Okumura、Okumura-Hata、COST231-Hata以及COST231-WI等，主要應(yīng)用在2 GHz以下頻段，無法適用于5G頻段3.5 GHz以及毫米波，具體如表2所示。

表2 現(xiàn)網(wǎng)傳播模型

3GPP與2017年12月發(fā)布的36.873標(biāo)準(zhǔn)中的3D UMa模型，頻率支持2～6 GHz。2018年6月38.901標(biāo)準(zhǔn)中又進(jìn)行了演變，頻率范圍擴(kuò)展到0.5～100 GHz。該模型主要適用于宏蜂窩規(guī)劃中的密集城區(qū)、城區(qū)以及郊區(qū)等場景。

3D UMa模型主要分為視距場景（Line of Sight，LOS）和非視距場景（Not Line of Sight，NLOS）兩種場景。

LOS場景：

式中，PL為路徑損耗；d3D為基站發(fā)射天線到終端接收天線的距離；fc為頻段；其他相關(guān)參數(shù)為通過測試擬合出的相關(guān)函數(shù)值。

NLOS場景：

式中，PL3D-UMa-NLOS為路徑損耗；W為街道寬度；h為建筑物高度；hBS為基站天線掛高；hUT為終端高度；d3D為基站發(fā)射天線到終端接收天線的距離；fc為頻段；其他相關(guān)參數(shù)為通過測試擬合出的相關(guān)函數(shù)值。

路徑損耗模型可以應(yīng)用于2～6 GHz的頻率范圍和不同天線高度，具體參數(shù)設(shè)置如圖1所示。其中，d2D為基站水平位置到終端接收天線水平位置的直線距離。

圖1 基站參數(shù)說明

從圖1可以看出，終端至天線的距離為：

式中，d3D-out為基站天線到室內(nèi)終端接收天線直線距離的室外部分距離；d3D-in為基站天線到室內(nèi)終端接收天線直線距離的室內(nèi)部分距離；d2D-out為基站水平位置到室內(nèi)終端接收天線水平位置的直線距離的室外部分距離；d2D-in為基站水平位置到室內(nèi)終端接收天線水平位置的直線距離的室內(nèi)部分距離。

2.3 覆蓋估算結(jié)果

根據(jù)覆蓋估算參數(shù)設(shè)置情況及傳播模型的選取，計(jì)算2.6 GHz、3.5 GHz以及4.9 GHz在16天線和64天線情況下的覆蓋能力[6,7]，如表3所示。

表3 不同頻段不同天線數(shù)對應(yīng)的覆蓋能力和需要基站數(shù)量

2.4 仿真驗(yàn)證

某市5G智慧島項(xiàng)目共計(jì)規(guī)劃基站26個，平均站間距300 m。通過Atoll仿真驗(yàn)證，它基本達(dá)到了室外連續(xù)覆蓋的要求。智慧島RSRP仿真結(jié)果如圖2所示，95%的區(qū)域RSRP大于-105.4 dBm，整體室外覆蓋良好，個別室內(nèi)深度覆蓋需要通過室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋加強(qiáng)。智慧島PDSCH SINR仿真結(jié)果如圖3所示，95%的區(qū)域PDSCH SINR大于11.38 dB，整體質(zhì)量較好[8-10]。

圖2 智慧島RSRP仿真結(jié)果

圖3 智慧島PDSCH SINR仿真結(jié)果

3 結(jié) 論

針對5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，通過研究5G網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及傳播模型，給出了eMBB場景下的規(guī)劃覆蓋能力的建議，并通過實(shí)例進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，密集城區(qū)站間距300 m的情況下，室外可以達(dá)到連續(xù)覆蓋，能夠滿足eMBB場景下的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。