5G多频组网探讨

（中国联合网络通信集团有限公司广东省分公司，广东 广州 510000）

0 引言

随着5G 网络建设不断深入，5G 高清视频直播业务、AR/VR 逐步发展，5G 网络对上行速率需求及深度广度覆盖要求越来越高。运营商通过前期3G/4G 网络多年的建设运营，已具备丰富的站址资源，在1.8 GHz/2.1 GHz 频段已具备良好的广度深度覆盖能力。然而5G 网络覆盖以3.5 GHz 频段为主，即使共享现有1.8 GHz/2.1 GHz 站址资源，也会因其覆盖能力明显弱于1.8 GHz 和2.1 GHz[1]，而难以满足业务速率需求，特别是上行速率需求。如何快速部署一张低成本的5G 网络，以满足上述业务的需求，对于运营商提升自身竞争能力是非常重要的。

1 不同频率的覆盖能力分析

1.1 3.5 GHz与2.1 GHz覆盖能力对比分析

在满足业务对边缘速率要求的基础上（下行边缘速率≥100 Mbit/s、上行边缘速率≥5 Mbit/s），对比3.5 GHz 和 2.1 GHz频率在覆盖能力上（特别是上行）的差异情况。设定3.5 GHz基站天线64T64R、2.1 GHz 天线4T4R 和手机天线2T4R 情况下[2]，运用传播模型工具[3]，分别对3.5 GHz 和 2.1 GHz 频率下的小区边缘速率情况进行仿真计算验证，可得出下述结果：（1）处于 3.5 GHz 下行100 Mbit/s 边缘速率时，边缘信号强度-118.5 dBm，站间距868.4 m；（2）处于 3.5 GHz 下行大于100 Mbit/s 且上行 5 Mbit/s 边缘速率时，边缘信号强度-109.89 dBm，站间距382 m；（3）处于2.1 GHz 上行5 Mbit/s 边缘速率时，边缘信号强度-111.3 dBm，站间距643.4 m。在同为满足上行边缘速率≥5 Mbit/s 的要求下，2.1 GHz（频宽20 MHz）基站间距为3.5 GHz（频宽100 MHz）的1.7 倍以上，在上行覆盖能力对比上，2.1 GHz 频段明显优于3.5 GHz 频段。具体如表1 所示。

1.2 3.5 GHz满足上行和下行业务需求时对覆盖能力的电平值要求

为研究下行速率与下行覆盖能力在实际网络中的映射关系[4]，对城区与周边区域相当隔绝的3.5 GHz 连片区域进行了近50 km 的路测。下行测试总采样点27.8 万个，DL RSRP ≥-120 dBm 采样点27.6 万个，其中DL RSRP ≥-120 dBm 且下行速率≥100 Mbit/s 的采样点19.24 万个，占DL RSRP ≥-120 dBm 采样点比例为69.7%。对上述采样点进行拟合后，得出下行覆盖电平DL RSRP 在-120 dBm 以上时，可基本满足下行速率≥100 Mbit/s 要求（见图1）。

上行测试总采样点24.5 万个，DL RSRP ≥-110 dBm 采样点23.3 万个，其中DL RSRP ≥-110 dBm 且上行速率≥5 Mbit/s 的采样点16.33 万个，占比DL RSRP ≥-110 dBm采样点比例为70.1%。对上述采样点进行拟合后，得出下行覆盖电平DL RSRP 在-110 dBm 以上时，可基本满足上行边缘速率≥5 Mbit/s 要求（见图2）。

从上面分析可得出，对于无线空口速率要求达到下行边缘速率100 Mbit/s 和上行边缘速率5 Mbit/s 情况下，对应下行覆盖能力（DL RSRP）电平值最低要求-110 dBm及以上（见表2）。

表1 2.1 GHz与3.5 GHz覆盖能力与速率对比分析表

图1 下行速率与下行覆盖能力拟合图

图2 上行速率与下行覆盖能力拟合图

表2 上下行边缘速率对覆盖能力（DL RSRP）电平值最低要求

2 多频组网仿真分析

2.1 5G网络单频组网覆盖和速率能力受限问题

根据5G 典型业务对网络上下行速率的基本要求（见表3），运营商如果需要快速部署一张满足这些业务速率需求且覆盖良好的网络，基于3.5 GHz 和2.1 GHz 频段进行多频组网是一种较好的选择[5]。

2.2 仿真区域选取

为对5G 多频组网技术方案进行深入研究分析，在某城市城区选取一区域A，其面积18 km2，开通5G 宏站点85 个，道路测评平均速率为800 Mbit/s，峰值速率为2.7 Gbit/s。在区域A 内，部分密集区域仍存在下行覆盖深度不足和速率不达标的问题。根据栅格化MR 覆盖评估，MR 覆盖率为95.53%（RSRP 大于-110 dBm 的MR 采样点占比），下行弱覆盖栅格占比10.75%（RSRP＜-110 dBm 比例大于20%的栅格）。

为满足5G 典型业务应用的速率需求，下面对区域A在网络下行覆盖能力（DL RSRP）≥-110 dBm 的基础上，以下行边缘速率≥100 Mbit/s，上行边缘速率≥5 Mbit/s 满足度98%为网络规划目标，重点对基于3.5 GHz 和2.1 GHz的5G 组网进行研究。

2.3 不同组网方案仿真

在网络负荷70% 场景下进行网络规划，通过对不同路径的仿真结果进行择优对比，最终获得达成目标且网络建设运营成本最优的技术方案。规划仿真步骤及路径如图3 所示，仿真评估参数如表4 所示。

步骤一：以满足下行边缘速率≥100 Mbit/s 为目标，结合区域A 现有已开通3.5 GHz 的 85 个站点数据进行仿真测算，得出当前下行边缘速率≥100 Mbit/s 比例为96.62%，上行边缘速率≥5 Mbit/s 比例为87.84%。

步骤二：在完成步骤一现状仿真后，为使下行和上行的速率满足度均达到98%以上，按方案一（3.5 GHz 单频）：在原85 个3.5 GHz 基础上，继续新增3.5 GHz 独立站址基站；方案二（3.5 GHz 独立站+2.1 GHz 独立站，即独立多频）：在原85 个3.5 GHz 基础上，继续新增2.1 GHz 独立站址基站；方案三（混合多频）：在原85 个3.5 GHz 基础上，继续新增2.1 GHz 共部分现网站址的基站等三个方案分别仿真，结果如表5 所示，三个方案的仿真示意如图4 所示。

2.4 仿真结果分析

在达成区域A 以下行边缘速率≥100 Mbit/s，上行边缘速率≥5 Mbit/s 满足度98%为网络规划目标要求下，方案一需要建设3.5 GHz 站址172 个，其中含现网3.5 GHz 独立站点站址85 个，共需要3.5 GHz 设备172 套（含现网85 套）。方案二需要建设站址共116 个，其中含现网3.5 GHz 独立站点站址85 个及新增2.1 GHz 独立站点站址31 个，需要设备共116 套，对比方案一节省站址56 个、设备56 套。方案三需要建设站址共85 个，其中3.5 GHz 独立站址25 个，3.5 GHz 和2.1 GHz 共站址60 个，需要设备共145 套，其中3.5 GHz 设备85 套、2.1 GHz 设备60 套，对比方案一节省站址87 个、设备27 套。采用3.5 GHz 和2.1 GHz 多频组网的方案二和方案三比3.5 GHz 单频组网的方案所需站址和设备数量更少，实现网络建设及运营成本更优。

3 结束语

本文通过对基于3.5 GHz 和2.1 GHz 多频组网下的技术方案进行仿真分析及研究，提出了5G 网络由传统的单一频段（3.5 GHz）组网演进为3.5 GHz+2.1 GHz 多频组网方式的思路。通过选择某城市典型城区区域A 的5G 网络为分析对象，在满足达到网络边缘覆盖和速率目标要求，且加载负荷达70%的情况下，采用3.5 GHz+2.1 GHz 多频组网方案比3.5 GHz 单频组网方案所需站址和设备数量更少，网络建设及运营成本更优。因此，建议3.5 GHz+2.1 GHz 多频组网方式为5G 网络的快速低成本部署的主要方向。

表3 5G典型业务对网络速率要求

图3 规划仿真步骤及路径示意图

表4 仿真评估参数表

表5 三种实施方案需建站点总数及满足度情况

图4 三个方案的仿真示意图