基于2.6 GHz/3.5 GHz 频段的5G NR 仿真研究*

（安徽电信规划设计有限责任公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

随着5G 商用牌照正式发放，我国5G 网络商用迎来全面冲刺阶段[1-3]。各运营商获取的5G 频段不尽相同，尤其中国移动获取2.6 GHz 低频资源，覆盖优势明显，导致其他两家运营商需要部署更多的基站，以达到同等覆盖效果。由于中国电信、中国联通5G 频段相近，故直接采用3.5 GHz 频段进行分析研究。在理论研究的基础上，利用Planet 仿真软件进行相应的验证，以得出最优的覆盖方案。

1 2.6 GHz/3.5 GHz 频率特性分析

1.1 自由空间损耗分析

频段越高，基站覆盖范围越小[4]。首先从自由空间损耗角度分析计算两种频段的损耗差异[5]。

自由空间损耗公式：

其中，f为工作频率，单位为MHz；d为距离，单位为km。

如果d一定的情况下，L与f是一个以10 为底的对数函数。此函数为增函数，所以频率越高，损耗越大。因此，3.5 GHz 频段的损耗大于2.6 GHz 频段。不同站间距下自由空间损耗曲线，如图1 所示。

图1 不同站间距下自由空间损耗曲线

假定距离d一定，2.6 GHz 频段与3.5 GHz 频段的自由空间的传播损耗差异为：

1.2 5G 链路预算

链路预算是评估无线通信系统覆盖能力的主要方法，主要计算发送端与接收端传播过程中所允许的最大路径损耗[6-7]。链路预算模型如图2 所示，计算方法如下：

1.2.1 分配RB（Resource Block）数的确定

目前5G 还没有明确的TBS表。5G 链路预算中的TBS的计算，目前采用的是将原本LTE 的TBS等比例放大2 倍得到。在上行边缘速率5 Mb/s、30%上行时隙比例的情况下，它对应的等效TBS为：

式中，“/2”指的是30 kHz 子载波带宽和15 kHz子载波带宽的转化。

通过查TBS块表确定分配的RB 数。

图2 链路预算模型

其中：

利用确定分配的RB 数，结合式（5）和式（6）计算接收机灵敏度，并应用式（3）得到最大路径损耗PL。

1.2.2 覆盖距离计算方式

3GPP TR 38.901 中定义的UMa NLOS 传播模型如下：

其中，1.5m ≤hUT≤22.5 m，hBS=25 m，fc单位为GHz，d3D的单位为m。

频率因子（lgfc前的系数）的取值是影响覆盖的主要因素，本次链路预算默认采用TR 38.901 中定义的UMa NLOS 模型[8]。频率因子基于4G CW 波的测试结果，由20 校正为31.57，即传播模型为：

由以上结算方式，可知用户与基站之间的三维距离d3D为：

根据用户在室外的路径损失模型（如图3所示），用户与基站之间的二维距离即站点覆盖半径d2D为：

图3 室外路径损失模型

根据以上链路预算计算方式，得到2.6 GHz 频段的覆盖距离约为3.5 GHz 频段的1.24 倍。

1.2.3 站间距的确定

基站通常采取三扇区蜂窝型覆盖方式，如图4所示。

图4 蜂窝型网络拓扑

站间距为：

式中，S为总覆盖面积，单位km2；m为覆盖范围内的站点数，单位个。

站点数量为：

通过理论计算，同区域3.5 GHz 频段需增加约36%的站点，可以达到与2.6 GHz 频段同覆盖的效果。

2 仿真对比分析

2.1 仿真统计区域

本次仿真针对某密集城区规划119 个5G 站点参与仿真，区域面积24 km2，见图5。

图5 仿真区域

2.2 仿真参数配置

5G 移动通信系统需要满足多样化的场景和极致的性能挑战[9-10]。针对不同频段、场景，按需配置不同的参数，具体包括系统带宽、损耗等。仿真条件与参数配置如表1 所示。

表1 仿真参数条件

2.3 仿真结果及分析

2.3.1 3.5 GHz/2.6 GHz 频段仿真结果及分析

以某密集区域内规划的119 个5G 站点作为案例分析，分别基于2.6 GHz 频段和3.5 GHz 频段，通过Planet 软件实现系统级仿真，并对比分析仿真结果。

（1）参考信号接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）仿真结果如图6 和表2 所示。可见，同区域范围、同站址的情况下，2.6 GHz 频段仿真覆盖效果优于3.5 GHz 频段，RSRP≥-105 dBm，相差1%左右。

图6 RSRP 仿真结果

表2 某密集城区整体RSRP 仿真详细数据

（2）信号与干扰加噪声比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）仿真结果如图7 和表3 所示。仿真结果表明，同站址情况下，3.5 GHz 频段与2.6 GHz 频段的SINR指标差异不大。

图7 SINR 仿真结果

表3 某密集城区整体SINR 仿真详细数据

（3）上行速率仿真结果如图8和表4所示。3.5 GHz频段上行速率平均值为124.17 Mb/s，2.6 GHz频段上行速率平均值为130.82 Mb/s。可见，2.6 GHz频段上行速率仿真效果优于3.5 GHz 频段。

图8 上行速率仿真结果

表4 某密集城区整体上行速率仿真详细数据

（4）下行速率仿真结果如图9 和表5 所示。3.5 GHz频段下行速率平均值为403.74 Mb/s，2.6 GHz频段下行速率平均值为404.05 Mb/s，两种频段下行速率仿真效果无明显差异。

图9 下行速率仿真结果

表5 某密集城区整体下行速率仿真详细数据

仿真结果表明，在网络覆盖方面，同区域同站址的情况下，移动2.6 GHz 频段较3.5 GHz 有更出色的表现。

2.3.2 3.5 GHz 频段增补站点后仿真结果及分析

在3.5 GHz 频段环境下，在现网119 个站点的基础上，对覆盖较弱的区域增补36 个站点，使得加站后达到155 个站点，并进一步仿真分析增补站点后对区域的覆盖效果。

（1）RSRP仿真结果如图10 和表6 所示。可见，3.5 GHz 频段增补36 个站点，可以达到与2.6 GHz频段同覆盖的效果。

图10 RSRP 仿真结果

表6 某密集城区整体RSRP 仿真详细数据

（2）SINR仿真结果如图11 和表7 所示。可见，增补站点后，SINR仿真效果无明显变化。

图11 SINR 仿真结果

表7 某密集城区整体SINR 仿真详细数据

（3）上行速率仿真结果如图12 和表8 所示。增补站点后，上行平均速率为128.34 Mb/s，仿真效果提升较明显，优于2.6 GHz 频段。

图12 上行速率仿真结果

表8 某密集城区整体上行速率仿真详细数据

（4）下行速率仿真结果如图13 和表9 所示。增补站点后，下行平均速率为398.55 Mb/s，变化不明显。

图13 下行速率仿真结果

表9 某密集城区整体下行速率仿真详细数据

经仿真，同区域范围内，3.5 GHz 频段相对于2.6 GHz频段多30%的站点，可以达到同覆盖的效果。

3 结语

通过理论计算和仿真验证研究，分析了3.5 GHz和2.6 GHz 两种频段对某密集城区的覆盖效果。结果表明，2.6 GHz 频段在网络覆盖方面较3.5 GHz 有表现更出色。在3.5 GHz 频段环境下增补站点，结果表明3.5 GHz 频段在2.6 GHz 站点1:1 建设的情况下，另增补30%～40%的站点，可以达到同等覆盖的效果。