5G 700 MHz覆盖分析

高松

（中国移动通信集团山东有限公司，山东 济南 250001）

0 引言

众所周知，无线电波的物理特性是频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，而且绕射能力越强，建筑物室内覆盖效果越好。700 MHz 相比5G 中高频段（如中国移动2.6 GHz 及高频毫米波），具有穿透力强、覆盖范围广、传输损耗低等优良特性，适合大范围网络覆盖，并且FDD 相比TDD 具有时延低、可增强上行、打造高低频立体网的优点。

随着2020 年底三大运营商SA 商用，5G 网络进入到成熟运营、快速发展用户的新阶段。中国移动重点考虑网络如何持续领跑，在5G 2.6 GHz 覆盖基础上如何进一步提升网络性能、降本增效等是网络的发展必然趋势。如图1 所示，目前中国广电在700 MHz 上拥有整个100 MHz的带宽频谱资源，但由于历史原因，700 MHz 频谱由各地广电申请分配使用，目前省内各地市尚不统一。经过工信部发文明确700 MHz 用于FDD 制式的移动通信后，当前中国广电清频后可用于5G 移动通信网络的频段为703—733 MHz/758—788 MHz。如图2 所示，中国移动将通过利用中国广电的700 MHz 频谱和中国广电进行共建共享，以实现中国移动现有2G&3G&4G&5G 网络+700 MHz 5G 网络共存的全场景全方位无缝网络覆盖，为客户提供优质网络新体验。

图1 中国广电700 MHz频率情况

图2 中国移动5G NR现有网络及未来700 MHz相结合覆盖示意图

1 700 MHz目前面临的干扰

700 MHz 5G 网络要正常使用，至少需要清频8 个广播频道才能保证正常的覆盖需求，即DS-37/DS-38/DS-39/DS-40/DS-44/DS-45/DS-46/DS-47。同时考虑到700 MHz 频率许可变更及中国广电5G 网络隔离度的要求，未来时间内整个DS-36～DS-49 频段一共14 个广播频道均需要清频，如图3 所示：

图3 700 MHz清频涉及广播频道示意图

结合当前全国各地扫频情况来看，中国广电各地频率占用情况不一，但均对700 MHz 频段造成强干扰，干扰信号主要为8 MHz 带宽的广播，其他为毛刺类脉冲信号。实测700 MHz 干扰将显著降低拉网速率，甚至导致接入失败。

2 3GPP 700 MHz频段分配说明

3GPP 协议将700 MHz 频段定义为N28，目前支持30 MHz 带宽，采用FDD 结构，子载波间隔为15 kHz。FDD DL/UL Subframe 频域上互相隔离，同时上传和下载数据，上下行均为5 ms 帧结构。FDD 没有上下行子帧切换的问题，更适合低时延保障，一个无线帧10 ms，包含10 个1 ms 的子帧。目前在30 MHz 带宽下，1T2R 终端下行理论峰值速率340 Mbps，上行峰值速率170 Mbps。

表1 为700MHz 频段5G 标准定义示意图：

表1 700MHz频段5G标准定义示意图

3 700 MHz理论覆盖距离分析

链路预算：如图4 所示，给定边缘用户吞吐率要求，通过链路预算得到最大允许路径损耗（MAPL,Maximum Allowable Path Loss），再结合传播模型计算得到小区覆盖范围。

图4 链路预算MAPL计算示意图

最大允许路损反映的是终端边缘覆盖信号电平下允许的最大损耗，包含穿透损耗、衰落、自由空间传播等损耗，可以通过确定损耗值反推出覆盖距离。

3.1 典型损耗比较

如图5 所示，穿透损耗与建筑物等的材质有很大关系。以混凝土建筑为例，700 MHz 频段相比5G 中高频段，具有穿透力强、覆盖范围广、传输损耗低等优良特性，在穿损上，700 MHz 相对其他频段均有较大优势，可以较大程度地提升5G 深度覆盖。

图5 不同频段混凝土穿损

如图6 所示，自由空间的传播损耗上，700 MHz 也有较大的优势，在无遮挡的空旷区域，700 MHz 相对其他频段覆盖更远，需要站点数更少。

图6 700 MHz与其他频段穿损对比图

3.2 700 MHz与其它频段参数对比分析

5G 700 MHz 与4G/5G 结构参数方面存在较多共同点，主要差异在带宽、终端天线配置及基站天线配置方面，如表2 所示。

如表3 所示，站间距为1 000 m 场景下，对比理论状态下700 MHz 与4G/5G 其他频段覆盖速率差异，700 MHz在带宽不占优势的情况下，在弱场环境下上行边缘速率均要占优。

表2 700 MHz与其他频段参数差异对比

3.3 链路预算参数设置

上行速率5 Mbps，满足1 080P 上网体验；上行速率3 Mbps，可满足用户720P 上网体验。农村建议满足行政村VONR 业务。按照上行3 Mbps 和上行5 Mbps 覆盖半径，评估RSRP 需求，参考如表4：

表4 700 MHz链路预算标准建议值

以典型场景为例，综合考虑覆盖区域的不同建筑穿透损耗，以及5G eMBB 场景不同频段上行参数设置差异，可以看到表5 中NR 700 MHz 的优势明显，穿透损耗小、无线传播损耗小，NR 700 MHz 比NR 2.6 GHz 增益10.6 dB，相比NR 3.5 GHz 增益14.2 dB。

3.4 传播模型选择

5G NR 协议38.901、36.873 中提到了UMi（Urban Micro）、Uma（Urban Macro）和RMa（Rural Macro）三种无线传播模型，其中UMi 适用于微站场景，宏站链路预算使用的是UMa 和RMa。为了对比覆盖距离，所有频段均使用UMa 模型。

模型的传播损耗表达式分为LOS 和NLOS 两种场景，链路预算方面，本文主要关注NLOS 场景。UMa 的路损表达式如式(1)。

表3 700 MHz与其他频段理论速率对比

表5 不同频段链路预算主要参数设置

RMa 的路损表达式为：

当hUT=1.5 m 时，UMa 和RMa 的路损表达式是完全一样的。

其中：

h为平均建筑物高度，5 m＜h＜50 m，UMa 典型取值20 m，RMa 典型取值5 m；

W为街道宽度（平均建筑物距离），5 m＜W＜50 m，典型取值20 m；

HBS为基站高度，10 m＜hBS＜150 m，UMa 典型取值25 m，RMa 典型取值35 m；

hUT为终端高度，UMa 中1.5 m＜hUT＜22.5 m，RMa中1.5 m＜hBS＜10 m，典型取值1.5 m；

fc是中心频率，单位为GHz，UMa 的频率适用范围为0.5～100 GHz。

d2D和d3D的示意图如图7 所示，两者分别是直角三角形的直角边和斜边：

在算得最大允许路径损耗MAPL 之后，通过传模公式计算d3D，再通过上述公式计算d2D。在以往的2G/3G/4G 链路预算中，传模损耗公式中的传播距离d通常直接认为是基站到终端的距离，不做d2D和d3D的区分。

按照典型取值，UMa 25 m 天线挂高，建筑物高度=街道宽度=40 m，密集城区公式简化为：

RMa 35 m 天线挂高，建筑物高度=20 m，街道宽度=25 m，一般城区公式简化为：

3.5 700 MHz频段覆盖半径（链路预算结果）

以密集城区-核心城区、密集城区-一般城区为例，分别计算了700 MHz、2.6 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz 频段理论覆盖半径，通过覆盖半径可以估算出700 MHz 相对于2.6 GHz 网络的建设规模比例。经计算得出核心城区700 MHz 与2.6 GHz 站点建设规模比为1:3.4，可见700 MHz 频段覆盖优势非常明显，可以节约投资，非常适合城市深度覆盖及农村广覆盖场景。

（1）密集城区-核心城区覆盖分析

密集城区核心区域，按照UL 3 Mbps/DL 40 Mbps 和RSRP-91 dBm 做链路预算，不同频段的链路预算结果，如图8、表6 所示。

图7 d2D和d3D示意图

图8 密集城区核心区域链路预算结果

参照当前2.6 GHz/3.5 GHz NR 网络的规划指标及站间距，结合700 MHz 网络设计目标以及链路预算结果，对应站点比例如表7 所示。

（2）密集城区-一般区域覆盖分析

密集城区一般区域，按照UL 3 Mbps/DL 40 Mbps 和RSRP-94 dBm 做链路预算，不同频段的链路预算如图9、表8 所示。

参照当前2.6 GHz/3.5 GHz NR 网络的规划指标及站间距，结合700 MHz 设计目标以及链路预算结果，对应站点比例如表9 所示。

4 700 MHz覆盖能力相关验证测试

为验证700 MHz 覆盖能力情况，从单站、深度覆盖、道路遍历测试3 个维度阐述说明实际测试情况。如图10所示，在实际的站点规划中，700 MHz 要同时兼顾室内深度覆盖，站间距的规划小于链路预算的站间距。如图11 所示，相同边缘速率情况下，实测电平值高于链路预算所要求的电平值，更能体现出700 MHz 在深度覆盖方面的优势。

表6 密集城区核心城区链路预算结果（覆盖半径） m

表7 密集城区核心区域不同设备规模对比

图9 密集城区一般区域链路预算结果

表8 密集城区一般区域链路预算结果（覆盖半径） m

表9 密集城区一般区域不同设备规模对比

图10 链路预算&实际测试站间距对比

图11 链路预算&实际测试电平对比

4.1 700 MHz单站能力测试

选取某700 MHz 小区进行测试，带宽配置为30 MHz，使用Mate30 Pro 手机选取好中差点进行定点上传下载速率测试，峰值下载速率327 Mbps、峰值上传速率139 Mbps，测试结果如表10、图12 所示：

表10 700 MHz单站能力测试

图12 单站峰值能力测试结果

4.2 700 MHz深度覆盖能力测试

选取市区某站点对室内一楼定点深度覆盖测试，3 个小区覆盖方向主要为中低层住宅，3 个小区基础信息如表11 所示：

表11 测试站点工参信息

3 个小区测试环境示意图如图13 所示：

图13 测试环境示意图

各楼宇1 层与地下室距离基站距离与RSRP 分布图如图14 所示。

从图12 可以看出：

（1）中低层一楼室内定点测试RSRP 随楼宇与基站距离的拉远逐渐衰减，距离基站400～500 m 范围内楼宇一楼室内RSRP 在-100～-120 dBm 区间内，覆盖基站距离大于500 m 时，楼宇室内一楼无覆盖；

（2）地下室室内定点测试，距离基站距离小于350 m时RSRP在-100～-120 dBm之间波动，距离基站大于400 m时，楼宇地下室无覆盖。

图14 各楼宇1层与地下室距离基站距离与RSRP分布图

4.3 700 MHz道路遍历测试

覆盖对比测试以700 MHz 站点分布为中心，在一个连片的主城区内，700 MHz/800 MHz/FDD 1 800 MHz/2.6 GHz遍历性测试数据进行统计分析，如表12 所示。

各频段RSRP 与SINR 轨迹如表13 所示。

表12 遍历数据对比

表13 RSRP与SINR轨迹数据分析

5 结束语

700 MHz 具有覆盖范围广的优势，同时传播损耗低，能有效提升室内深度覆盖。采用上下行双通道的频分FDD 模式天然具有网络时延低的优势，多普勒频偏小，移动信号稳定好。5G 时代，中国移动与中国广电在“黄金频段”700 MHz 的建设合作，不仅有利于中国移动5G网络的多层组网、立体覆盖、降本增效，而且可帮助中国迅速建成覆盖全国的5G 网络。