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    不同場(chǎng)景下的5G設(shè)備選型淺析

    2021-07-22 03:06:18王鎮(zhèn)鑫王鑫炎石賢富李曉東許舒建
    江蘇通信 2021年3期
    關(guān)鍵詞:陣子波束寬度樓層

    王鎮(zhèn)鑫 王鑫炎 石賢富 李曉東 許舒建

    中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司紹興分公司

    0 引言

    在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段,首先要考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能及質(zhì)量,同時(shí)需要考慮基站抱桿空間,那么重量與體積就會(huì)受到限制,而不同設(shè)備選型會(huì)影響最終的建設(shè)效果,因此在規(guī)劃階段針對(duì)不同場(chǎng)景科學(xué)選擇5G設(shè)備類(lèi)型非常重要。當(dāng)前中國(guó)聯(lián)通總部針對(duì)密集城區(qū)、一般城區(qū)、縣城等作了大致要求,但是具體到各站點(diǎn)的設(shè)備選型需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線環(huán)境來(lái)確定。

    1 多維度對(duì)比分析大規(guī)模天線

    以華為設(shè)備為例,不同類(lèi)型的設(shè)備覆蓋性能、體積、重量均存在明顯差異,這些與天線陣子排列相關(guān),目前華為32TRx與64TRx的AAU主流存在以下三種陣子分布,如圖1所示。

    圖1 32TRx對(duì)比64TRx陣子分布

    1.1 陣子分布維度分析8TRx與32TRx

    在對(duì)比32TRx與64TRx之前,先確認(rèn)一個(gè)參考點(diǎn),拿8TRx的RRU5258建立參考,如圖2所示。32TRx 16H2V垂直覆蓋維度增加為2層波束覆蓋,而8TRx只有一層波束,在底層覆蓋場(chǎng)景,要同時(shí)照顧到近點(diǎn)覆蓋和中遠(yuǎn)點(diǎn)覆蓋的平衡,8TRx覆蓋下傾角會(huì)相對(duì)于32TRx壓得更低,從而照顧近點(diǎn)覆蓋,這樣32TRx的上層波束邊緣EIRP會(huì)更高,其邊緣RSRP能得到提升。

    圖2 對(duì)比32TRx與8TRx覆蓋差異

    1.2 多維度分析32TRx與64TRx

    如果采用192陣子32TRx的AAU5313對(duì)比同樣192陣子64TRx的AAU5613,功率都是最大輸出功率200W,從天線陣子排列和TRx通道數(shù)兩個(gè)維度來(lái)進(jìn)行對(duì)比,分析其差異。首先從陣子分布維度來(lái)進(jìn)行分析,按照8TRx與32TRx對(duì)比思路來(lái)分析16TRx、32TRx和64TRx,如圖3所示,16TRx只有單層波束覆蓋,64TRx支持4層波束覆蓋,極致覆蓋效果對(duì)比中會(huì)首選64TRx,只是受限于重量和體積的需求差異。

    圖3 對(duì)比16TRx、32TRx與64TRx覆蓋差異

    面朝AAU天線的波束方向圖上對(duì)比64TRx與32TRx如圖4、圖5所示,64TRx垂直面支持4層波束,32TRx垂直面支持2層波束。

    圖4 64TRx波束方向圖

    圖5 32TRx波束方向圖

    同時(shí)64TRx垂直面同極化方向采用1驅(qū)3,而32TRx垂直面同極化方向采用1驅(qū)6,理論上垂直面達(dá)到2T及以上可以實(shí)現(xiàn)3D MIMO,以更大范圍實(shí)現(xiàn)垂直覆蓋。而垂直面1驅(qū)N,N越大,兩T之間的距離就越大,可轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整角度就越小,所以相同下傾角的前提下,32TRx比64TRx可調(diào)角度小50%,因此高層覆蓋4V要更好,窄波束,EIRP更優(yōu),深度覆蓋效果更好。同理,32TRx的8H4V對(duì)比16H2V更適合密集城區(qū)的高層深度覆蓋,但是8H4V的水平覆蓋角度會(huì)比16H2V的水平覆蓋角度小。

    總結(jié)天線陣子數(shù)量的影響,EIRP的影響決定覆蓋場(chǎng)景應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)SSB覆蓋場(chǎng)景定義的Scenario_1~Scenario_16中,AAU5313(16H2V)支持的場(chǎng)景化波束雖然要少一些,但是也可以支持Scenario12-15這四種垂直3dB波寬寬度25°的場(chǎng)景。這里AAU5313的垂直面最大還是只能形成2個(gè)波束,只是每個(gè)波束寬度能做到12°,或者形成一個(gè)25°的垂直波束,而64TRx的AAU5613場(chǎng)景化波束支持能力更強(qiáng),且垂直面能做到4層窄波束覆蓋,垂直面增益更強(qiáng)。如表1所示。

    表1 AAU/RRU支持的覆蓋場(chǎng)景

    圖6 32TRx對(duì)比64TRx垂直覆蓋差異

    分析射頻通道的差異,通道數(shù)的變化對(duì)設(shè)備的成本影響較大,在實(shí)際場(chǎng)景中,通道數(shù)不能任意增加,同時(shí)信道條件也是受限的,支持的最大流數(shù)也是有限的,所以設(shè)備的通道數(shù)和通道的排列方式需要綜合考慮需求、性能、信道條件、可生產(chǎn)性、成本等因素,如圖7所示,TRx在有源部分,對(duì)應(yīng)增加TRx數(shù)量,AAU的重量、體積、功耗等問(wèn)題也會(huì)隨之而來(lái)。

    圖7 32TRx AAU通道與陣子構(gòu)成圖

    64TR和32TR AAU通道數(shù)不同以及天線設(shè)計(jì)的差異如圖8所示,這帶來(lái)系統(tǒng)容量和覆蓋的差異。

    圖8 天線陣列排布

    容量:由于空分復(fù)用能力的差異,相較于32通道,64通道小區(qū)平均吞吐量上下行均有30%以上的增益,同時(shí)邊緣速率上行有50%以上提升,下行有35%以上提升。

    覆蓋:64通道AAU垂直面波束寬度為24度,32通道垂直面波束寬度為12度。相較于32通道,64通道在高樓層覆蓋更有優(yōu)勢(shì),在中高層樓層有20~45%以上的容量增益。

    2 32TRx與64TRx場(chǎng)景選擇

    64TRx可以提供更大的容量和頻譜效率,32TRx會(huì)降低頻譜效率、降低成本,可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的容量需求,選配不同類(lèi)型的產(chǎn)品,以實(shí)現(xiàn)在滿(mǎn)足需求的前提下降低設(shè)備成本??紤]到5G現(xiàn)有主流頻段在3400MHz-3600MHz,為保證與4G網(wǎng)絡(luò)同覆蓋,結(jié)合前述陣子數(shù)量的分析,設(shè)備的陣子數(shù)不能低于128陣子(8×8×2排列),目前有128和192(8×12×2)兩種主流的陣子數(shù)。同樣考慮到天面的迎風(fēng)面積,天面的尺寸不宜過(guò)大。在通道數(shù)和陣子數(shù)進(jìn)行組合選擇時(shí),需要綜合考慮覆蓋性能和覆蓋范圍。

    通道數(shù)量與數(shù)據(jù)流數(shù)有關(guān),理論上,在信道條件需要的情況下,通道數(shù)越多,可以支持的傳輸流數(shù)越多。雖然目前受限于波束正交干擾影響,64TRx與32TRx對(duì)下行PDSCHMUMIMO特性中承諾都是支持16流,但從波束隔離度的達(dá)標(biāo)要求來(lái)看,后續(xù)64TRx如果采用24個(gè)準(zhǔn)正交的DMRS序列,那么64TRx也是可以將支持的16流數(shù)擴(kuò)展到24流,而32TRx本身波束個(gè)數(shù)受限,其最大流數(shù)也將受限。

    綜上所述,從覆蓋和容量?jī)煞矫鎸?duì)比,64TRx具備更多優(yōu)勢(shì)。64TR設(shè)備相對(duì)于32TR設(shè)備,空分能力更強(qiáng),上下行容量均有30%的提升,小區(qū)邊緣速率也有35%以上的提升。64TR在高樓層覆蓋方面更有優(yōu)勢(shì),在中高層樓層的容量方面相對(duì)于32TR可提升20%以上,符合密集城區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。因此建議在密集城區(qū)以3.5G 64TR設(shè)備建設(shè)為主。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    相較于32TR,64TR具有覆蓋和容量方面的優(yōu)勢(shì),但建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本更高。在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中,需綜合考慮建筑場(chǎng)景、用戶(hù)密集程度、業(yè)務(wù)需求,合理選取64TR和32TR設(shè)備,低成本建設(shè)高質(zhì)量的5G網(wǎng)絡(luò),助推公司高質(zhì)量發(fā)展。

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