陸健賢，黃濟(jì)丘，胡明星，林衡華

研究與開發(fā)

基于LTE測量報告的2.1GHz和3.5GHz 5G SA覆蓋評估方法

陸健賢1，黃濟(jì)丘1，胡明星2，林衡華3

（1.中國電信股份有限公司云浮分公司，廣東 云浮 527300；2.廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510630；3.中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

2.1 GHz頻段重耕是城區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)部署需要研究的重要課題。分析了仿真預(yù)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在的缺陷?？紤]絕大部分5G基站與LTE同址并采用相同或相似工參的情況，提出了基于LTE 測量報告的2.1 GHz和3.5 GHz 5G SA覆蓋評估方法。該方法首先建立同址2.1 GHz和3.5 GHz 5G SA覆蓋差異模型并通過測試驗證其準(zhǔn)確性，然后根據(jù)LTE測量報告、覆蓋差異模型及速率與鏈路損耗關(guān)系評估兩個頻段的覆蓋質(zhì)量。評估實(shí)例表明，因城區(qū)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋具有10 dB余量，同址20 MHz帶寬內(nèi)的2.1 GHz 5G重耕僅在1～10 Mbit/s上行速率覆蓋率較3.5 GHz有1.3～5.2個百分點(diǎn)的增益。

2.1 GHz頻段重耕；5G SA覆蓋；測量報告；波束成形

0 引言

2021年8月，工業(yè)和信息化部在世界5G大會開幕式上公布的數(shù)據(jù)顯示，我國已開通建發(fā)5G基站99.3萬個，5G網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國所有地級市、95%以上縣區(qū)和35%鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)。因3.5 GHz頻段較高，且設(shè)備價格和能耗遠(yuǎn)高于LTE，使用低頻段低成本提升5G覆蓋已成為業(yè)界共識。中國電信與中國聯(lián)通均已獲得2.1 GHz的5G 頻率使用許可，并在郊區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)部署2.1 GHz 5G基站。而在市區(qū)、縣區(qū)等區(qū)域，相對3.5 GHz網(wǎng)絡(luò)，全面重耕2.1 GHz頻段能否顯著提升5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要研究的重要課題。從鏈路預(yù)算、單站測試結(jié)果看，1.8 GHz /2.1 GHz 5G單個基站的最大覆蓋能力優(yōu)于3.5 GHz[1-2]。但在5G和LTE普遍同址的情況下，重耕2.1 GHz的覆蓋增益，除了從單站微觀層面，還必須從網(wǎng)絡(luò)全局層面準(zhǔn)確評估。

本文分析了網(wǎng)絡(luò)仿真存在的缺陷，根據(jù)絕大部分5G基站利舊LTE站址并繼承LTE工參的情況，提出了基于LTE測量報告（measurement report，MR）的2.1 GHz和3.5 GHz 5G SA（standalone，獨(dú)立組網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估方法。該方法首先建立同址2.1 GHz和3.5 GHz 5G覆蓋差異模型，并利用該模型、LTE MR以及上行速率與鏈路損耗關(guān)系預(yù)測5G覆蓋率。最后，通過實(shí)例對比2.1 GHz相對3.5 GHz的覆蓋增益。

1 網(wǎng)絡(luò)仿真的缺陷

網(wǎng)絡(luò)部署前可通過仿真預(yù)測覆蓋質(zhì)量，但以下3個缺陷降低了預(yù)測結(jié)果的可信度。

（1）傳播模型誤差

對于射線跟蹤模型，大部分仿真工具的室外覆蓋均值誤差可控制在4 dB以內(nèi)[3]，但因缺少建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，仿真一般基于穿透損耗和室內(nèi)每米損耗預(yù)測室內(nèi)覆蓋，準(zhǔn)確性較低。

（2）用戶分布模型誤差

基于測距和位置指紋的室外定位平均誤差為數(shù)十米至上百米[4-5]，但室內(nèi)用戶的精準(zhǔn)定位非常困難。仿真通常根據(jù)各小區(qū)業(yè)務(wù)量、室內(nèi)外比例等輸入?yún)?shù)隨機(jī)散布用戶。由于難以獲取和模擬真實(shí)用戶分布，該因素對仿真準(zhǔn)確性的影響遠(yuǎn)比傳播模型嚴(yán)重。

（3）未對室內(nèi)分布系統(tǒng)建模

實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，重要建筑普遍建設(shè)分布系統(tǒng)用于解決深度覆蓋問題，其吸納的業(yè)務(wù)量占比可達(dá)10%～30%。但因建模的復(fù)雜性，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)仿真并未納入室內(nèi)分布系統(tǒng)，而只是針對室外基站，導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)存在較大偏差。

MR是由網(wǎng)絡(luò)控制終端周期性上報RSRP（reference signal receiving power，參考信號接收功率）、RSRQ（reference signal receiving quality，參考信號接收質(zhì)量）等測量報告而生成的大數(shù)據(jù)，反映了實(shí)際用戶真實(shí)感知的網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化[6-8]。因MR包含小區(qū)標(biāo)識，可按需篩選得到室外基站和室內(nèi)分布系統(tǒng)的MR數(shù)據(jù)，針對性地分析兩者對網(wǎng)絡(luò)覆蓋的影響。

以某城區(qū)約25 km2面積、包含107個1.8 GHz LTE基站的區(qū)域為例，使用5 m精度地圖和射線跟蹤模型對該區(qū)域進(jìn)行仿真，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)設(shè)置各類典型建筑穿透損耗和室內(nèi)每米損耗，具體見表1，局部仿真結(jié)果如圖1所示。

表1 穿透損耗和室內(nèi)每米損耗

圖1 某城區(qū)局部區(qū)域覆蓋仿真結(jié)果

仿真結(jié)果與同一區(qū)域107個基站的MR統(tǒng)計對比見表2。通常認(rèn)為約70%的用戶位于室內(nèi)[9]，則仿真的RSRP均值比實(shí)際高4.42 dB，仿真RSRP優(yōu)良（≥?85 dBm）的比例比實(shí)際高17.82個百分點(diǎn)、RSRP弱（

表2 仿真結(jié)果與MR統(tǒng)計對比

2 基于LTE MR評估5G覆蓋的可行性

雖然MR真實(shí)反映網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但現(xiàn)階段無法通過MR數(shù)據(jù)直接比較2.1 GHz和3.5 GHz 5G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋：首先，城區(qū)尚未規(guī)模開展2.1 GHz頻段的5G重耕，不具備MR數(shù)據(jù)；其次，城區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)距全覆蓋尚有較大差距，3.5 GHz的MR還不能準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況。為解決上述問題，本文提出了基于LTE MR的2.1 GHz和3.5 GHz 5G覆蓋評估方法，可行性分析如下。

（1）通過1.8 GHz/2.1 GHz LTE MR預(yù)測2.1 GHz 5G覆蓋

除個別地下停車場和電梯外，1.8 GHz/2.1 GHz LTE已實(shí)現(xiàn)城區(qū)全覆蓋。可預(yù)期，為節(jié)約成本、加快建設(shè)，2.1 GHz重耕將通過LTE設(shè)備升級或更換LTE/5G雙模設(shè)備并利舊原LTE天饋實(shí)現(xiàn)。由于頻率接近且同天饋，重耕后的2.1 GHz 5G具有與LTE基本一致的無線傳播特性。同時，5G用戶是4G用戶的子集。兩者具有基本相同的傳播和用戶分布特性，只需用1.8 GHz/2.1 GHz LTE室外基站MR的RSRP數(shù)據(jù)減去兩者頻率的路徑損耗差值，即可得到重耕后2.1 GHz 5G覆蓋預(yù)測，避免了仿真?zhèn)鞑ツＰ汀⒂脩舴植家约笆覂?nèi)分布系統(tǒng)導(dǎo)致的誤差。

（2）通過同址2.1 GHz和3.5 GHz 5G覆蓋差異模型預(yù)測3.5 GHz 5G覆蓋

為控制租金，除少量因物業(yè)原因無法新增設(shè)備的站址以及用于補(bǔ)盲的微基站外，3.5 GHz 5G基站均與LTE基站同址部署。某城區(qū)1 315個3.5 GHz 5G小區(qū)和同址1.8 GHz/2.1 GHz LTE小區(qū)的工參差異見表3，大部分5G小區(qū)繼承了同址LTE小區(qū)的工參。LTE小區(qū)的天線掛高、方向角、下傾角是綜合各種因素多次優(yōu)化后的結(jié)果。對相同的無線環(huán)境和站址，5G小區(qū)的工參受限于同樣的因素，必然采用與原LTE小區(qū)相同或相似的設(shè)置。個別5G小區(qū)與LTE小區(qū)的天線方向差異較大，是在5G尚未達(dá)到全覆蓋的情況下為改善特定目標(biāo)覆蓋而采取的調(diào)整。

表3 某城區(qū)3.5 GHz 5G小區(qū)與同址1.8 GHz/2.1 GHz LTE小區(qū)的工參差異

注：天線掛高差=3.5 GHz天線掛高?2.1 GHz天線掛高，方向角和下傾角差也按相同方式計算。

圖2 覆蓋評估方法的總體架構(gòu)

基于LTE MR預(yù)測3.5 GHz 5G覆蓋同樣避免了用戶分布模型引入的誤差?？紤]到絕大部分3.5 GHz 5G基站利舊LTE站址，通過建立同址2.1 GHz和3.5 GHz 5G覆蓋差異模型、利用LTE MR數(shù)據(jù)可預(yù)測3.5 GHz 5G覆蓋率，預(yù)測的準(zhǔn)確性取決于該差異模型。差異模型分為基準(zhǔn)模型和修正因子模型兩部分在第3節(jié)詳細(xì)論述，其中同址同工參的基準(zhǔn)模型與頻率、天線相關(guān)，模型參數(shù)通過對典型站址測試獲??；而同址不同工參的修正因子模型基于傳播模型和天線波瓣圖建模，并可通過實(shí)測驗證其準(zhǔn)確性。

3 評估方法的模型和算法

3.1 總體架構(gòu)

本文覆蓋評估的目的是得到2.1 GHz頻段重耕相對3.5 GHz 5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋增益以支撐投資決策。評估方法基于以下2個條件：第一，只評估某一區(qū)域的總體覆蓋率，而不預(yù)測特定點(diǎn)的覆蓋質(zhì)量；第二，只評估5G室外基站覆蓋質(zhì)量。在目前LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域，5G同樣也必須建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)良好覆蓋。因此，兩個頻段的覆蓋差異主要體現(xiàn)在室外基站而非室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域。評估方法總體架構(gòu)如圖2所示。

3.2 同址2.1 GHz和3.5 GHz 5G覆蓋差異模型

3.2.1 建模方法

由于波束成形提升覆蓋并抑制干擾，3.5 GHz 5G的PDCCH覆蓋優(yōu)于1.8 GHz LTE，與1.8 GHz LTE同址的3.5 GHz 5G覆蓋受限于上行鏈路[1]。終端到基站的鏈路損耗如式（1）所示：

其中，PL為路徑損耗（含穿透損耗），GBS為基站天線增益，Lf為饋線損耗，d為基站與終端之間的距離，f為頻率，h為天線掛高，q和j分別為基站天線至終端連線與基站天線水平面和垂直面主瓣方向的夾角，幾何關(guān)系如圖3所示。

其中，、分別為2.1 GHz和3.5 GHz天線下傾角，和分別為2.1 GHz和3.5 GHz天線方向角。將終端天線理想化為增益為0 dBi的各向同性天線。對于最大增益為BS的基站天線，H()和E()分別表示歸一化水平面和垂直面波瓣圖中、方向的增益，則BS(,)可表示為：

2.1 GHz、3.5 GHz兩個頻段基站和終端的主要參數(shù)差異見表4。

表4 兩個頻段基站和終端的主要參數(shù)差異

預(yù)測路徑損耗可采用經(jīng)驗?zāi)Ｐ突虼_定性模型。若缺少準(zhǔn)確的地圖、地物的電磁參數(shù)，確定性模型與經(jīng)驗?zāi)Ｐ拖啾葻o明顯優(yōu)勢[10]。因此，本文主要采取UMa模型[11]計算路徑損耗。

同址覆蓋差異模型算法如下。

步驟1 根據(jù)典型區(qū)域同址同工參的2.1 GHz和3.5 GHz 5G基站實(shí)測數(shù)據(jù)建立基準(zhǔn)差異模型Dbaseline。

步驟2 根據(jù)UMa模型計算兩者天線掛高差D的修正因子CF(D)，其中Dh=h?h。

步驟3 根據(jù)天線波瓣圖計算兩者天線下傾角差和方向角差的修正因子CF(D)和CF(D)，其中，D=21，D=21。

步驟4 按式（3）計算2.1 GHz和3.5 GHz 5G鏈路損耗差值L：

3.2.2 基準(zhǔn)差異模型

（1）頻率的影響

UMa模型非視距的路徑損耗如式（4）所示。

其中，為街道寬度，為平均建筑高度，BS為基站高度，3D為基站到終端的3維距離（單位為m），UT為終端高度，C為頻率（GHz）。

在高度為40 m、6 m的兩個站址，對1 978 MHz和3 481 MHz連續(xù)波對比測試，兩個頻段路徑損耗差分布如圖4所示，路徑損耗差均值為5.50～6.50 dB。選取不需要建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)的住宅樓、商用樓、臨街商鋪3個典型場景，測試兩個頻段室內(nèi)的路徑損耗差見表5，兩者路徑損耗差均值為8.03～11.90 dB。

圖4 兩個頻段連續(xù)波路徑損耗差分布

表5 兩個頻段連續(xù)波路徑損耗差測試結(jié)果

圖5 1.8 GHz/2.1 GHz LTE定向天線與3.5 GHz AAU波瓣圖對比

（2）天線的影響

1.8 GHz/2.1 GHz LTE定向天線與3.5 GHz AAU波瓣圖對比如圖5所示。定向天線增益約17 dBi、水平半功率角約65°、垂直半功率角約7.5°。市區(qū)3.5 GHz 5G基站SSB（synchronization signal and PBCH block，同步信號和PBCH塊）一般采用7波束配置，波束3增益為25 dBi，水平半功率角約13°，垂直半功率角約6°。主流64T64R AAU采用數(shù)字波束成形，含192個振子[12-13],每3個振子構(gòu)成1個增益約10 dBi的天線單元，共64個天線單元（±45°極化各一半）。理論上陣列增益等于天線單元數(shù)量[14]，64T64R AAU陣列增益為10×lg(64/2)= 15 dB，總天線增益=10+15=25 dBi。微波暗室測試的AAU最大增益約為25 dBi，與理論值一致。典型的SSB水平掃描范圍配置為105°，較定向天線的65°水平半功率角寬，扇區(qū)邊緣區(qū)域覆蓋能力更強(qiáng)。

（3）典型站址的模型參數(shù)

理想情況下每個扇區(qū)覆蓋120°的區(qū)域，因此選取室外測試范圍為天線方向±60°、半徑500 m的扇形區(qū)域。室內(nèi)測試點(diǎn)包括3個住宅樓、4個商用樓和7個臨街商鋪。對于每一個室內(nèi)點(diǎn)，測試前均調(diào)整基站天線使其主瓣方向指向該點(diǎn)。鏈路損耗差計算如式（5）、式（6）所示。

兩個頻段室外和室內(nèi)鏈路損耗差見表6，分布如圖6所示，服從正態(tài)分布。同址同工參3.5 GHz 5G室外覆蓋優(yōu)于2.1 GHz，與文獻(xiàn)[15]的結(jié)論一致。

表6 兩個頻段5G室外和室內(nèi)鏈路損耗測試結(jié)果

從用戶的生活軌跡，可以合理假設(shè)其在各類建筑室內(nèi)的分布：一般19:00至次日7:00用戶位于家中，其他時間位于工作、消費(fèi)娛樂場所。按停留時間，用戶在住宅、商用樓及臨街商鋪的分布概率P分別取0.5、0.25和0.25，3類室內(nèi)場景鏈路損耗差均值和標(biāo)準(zhǔn)差取值見表6，則根據(jù)式（7）、式（8），室內(nèi)鏈路損耗差均值=2.37 dB、標(biāo)準(zhǔn)差=5.03 dB。

圖6 兩個頻段5G鏈路損耗差分布

表7 不同方位的5G鏈路損耗差均值

3.2.3 修正因子模型

（1）天線掛高差值修正因子CF(D)

根據(jù)式（4）可知，距離基站處，天線掛高差h產(chǎn)生的鏈路損耗差CF(D)為：

其中，將小區(qū)簡化成覆蓋范圍為120°、半徑為m的扇區(qū)并對鏈路損耗差加權(quán)平均得到CF(D)，其中，權(quán)重為距離基站、寬度1 m的扇環(huán)相對整個扇區(qū)的面積占比：

（2）天線下傾差值修正因子CF(D)

由圖3中天線掛高、下傾及距離關(guān)系，可知在距離基站處，1和2為：

天線下傾差值D產(chǎn)生的鏈路損耗差值CF(,D)為：

按照天線掛高差值修正因子的加權(quán)平均方法，小區(qū)的天線下傾差值修正因子加權(quán)平均值為：

（3）天線方向角差值修正因子CF(D)

根據(jù)天線方向和波瓣圖，在天線方向處，天線方向差D產(chǎn)生的鏈路損耗差值CF(,D)如式（16）所示。

對天線方向±60°范圍加權(quán)平均，小區(qū)天線方向角差值修正因子為：

為驗證修正因子模型預(yù)測準(zhǔn)確性，以天線掛高63 m、方向230°、下傾10°的5G小區(qū)為基準(zhǔn)，調(diào)整天線方向、下傾、掛高，在230°±60°、500 m范圍的扇形區(qū)域，工參調(diào)整后相對基準(zhǔn)設(shè)置的RSRP差異測試結(jié)果見表8，模型預(yù)測誤差在?1.67 dB～1.76 dB。

3.3 上行速率與鏈路損耗的關(guān)系

若發(fā)射天線等功率分配，非頻率選擇性信道的點(diǎn)對點(diǎn)MIMO信道容量如式（18）所示[16]，其中T和R分別為發(fā)射和接收天線數(shù)量，IR為單位矩陣，為發(fā)射功率，為信道矩陣（上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置），為底噪：

參照文獻(xiàn)[17]，將信道矩陣分解為大尺度衰落和小尺度衰落信道矩陣兩部分，則為所示的從終端到基站鏈路損耗。

LTE和5G均為寬帶系統(tǒng)，OFDM將上行帶寬分解為12RB個子載頻，因遠(yuǎn)小于載頻頻率，可認(rèn)為不變，根據(jù)文獻(xiàn)[18]，上行速率可用式（22）表示：

即上行速率受限于上行帶寬、終端發(fā)射功率UT、從終端到基站鏈路損耗以及無線環(huán)境。圖7是5G及LTE上行速率隨鏈路損耗變化的測試結(jié)果。因測試小區(qū)為無負(fù)載小區(qū)，曲線中的鏈路損耗已減去3 dB作為上行干擾余量。

表8 修正因子預(yù)測值與實(shí)測值對比

圖7 5G及LTE上行速率隨鏈路損耗變化的測試結(jié)果

對于鏈路損耗小于126 dB的中、近區(qū)域，10 MHz帶寬的2.1 GHz 5G速率高于LTE。5G上行引入了256QAM調(diào)制[19]，較LTE的64QAM速率提高1.33倍，10 MHz帶寬5G的RB為52[20]、較LTE提升4%，因此在非功率受限區(qū)域，5G通過高階調(diào)制和更多RB獲得顯著增益。而對于鏈路損耗大于126 dB的遠(yuǎn)區(qū)，終端因發(fā)射功率受限無法調(diào)度更多RB及高階調(diào)制，20 MHz、10 MHz的5G及LTE上行速率基本相當(dāng)。

對于相同的鏈路損耗，3.5 GHz上行速率高于20 MHz帶寬的2.1 GHz。在中、近區(qū)域，3.5 GHz因更高的帶寬及雙發(fā)射天線獲得更高的上行速率。而在距離基站較遠(yuǎn)的功率受限區(qū)域，由于3.5 GHz終端最大發(fā)射功率比2.1 GHz高，在相同鏈路損耗下，3.5 GHz具有更高的接收SINR，因此其速率也高于2.1 GHz。

3.4 基于LTE MR的5G覆蓋評估算法

本文采用按小區(qū)聚類的MR數(shù)據(jù)評估5G覆蓋質(zhì)量。計算中將帶有AGPS（assisted global positioning system，輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）信息的MR歸類為室外，其他MR歸類為室內(nèi)。

從用戶感知定義2個5G覆蓋指標(biāo)如下。

（1）5G網(wǎng)絡(luò)駐留比：現(xiàn)網(wǎng)5G到LTE重定向的RSRP門限一般設(shè)置為?120 dBm，ss-PBCH- BlockPower一般設(shè)置為18 dBm，因此終端駐留5G的鏈路損耗門限2.1NR和3.5NR為138 dB。

（2）上行速率的覆蓋率：根據(jù)圖8，若速率Mbit/s對應(yīng)的鏈路損耗門限值為th，則上行速率均值不低于的覆蓋率為（鏈路損耗≤th）。

評估算法描述如下。

輸入 評估區(qū)域的1.8 GHz/2.1 GHz 室外LTE小區(qū)MR及工參、3.5 GHz 5G小區(qū)工參。

輸出 5G網(wǎng)絡(luò)駐留比及上行速率覆蓋率。

步驟1 對按小區(qū)聚類的個1.8/2.1LTE室外小區(qū)MR數(shù)據(jù)，以1 dB步長（總步長為）分別統(tǒng)計室外樣本的RSRP MR分布矩陣ODMJ和室內(nèi)樣本的RSRP MR分布矩陣IDMJ，其中矩陣ODM中每一元素ODM[]為小區(qū)中RSRP測量值等于RSRP的AGPS MR樣本數(shù)量，矩陣IDM中每一元素IDM[]為小區(qū)中RSRP報測量值等于RSRP的全量MR樣本數(shù)量減去AGPS MR樣本數(shù)量。

步驟3 預(yù)測小區(qū)滿足駐留2.1 GHz 5G的MR樣本數(shù)量CC2.1NR()：

步驟4 按覆蓋差異模型計算小區(qū)的2.1 GHz和3.5 GHz鏈路損耗差值D。

步驟5 預(yù)測小區(qū)滿足駐留3.5 GHz 5G的MR樣本數(shù)量CC3.5NR()：

其中，

其中，、為基準(zhǔn)差異模型的室外或室內(nèi)鏈路損耗差均值和標(biāo)準(zhǔn)差，取值見第3.2.2節(jié)。

步驟6 預(yù)測小區(qū)滿足2.1 GHz 5G上行速率不低于的MR樣本數(shù)量RC2.1NR：

步驟7 預(yù)測小區(qū)滿足3.5 GHz 5G上行速率不低于的MR樣本數(shù)量RC3.5NR。

步驟8 預(yù)測評估區(qū)域2.1 GHz和3.5 GHz 5G網(wǎng)絡(luò)駐留比CP2.1NR和CP3.5NR：

步驟9 預(yù)測評估區(qū)域2.1 GHz和3.5 GHz 5G速率不低于的概率RP2.1NR和RP3.5NR：

4 評估實(shí)例

某大城市局部區(qū)域面積約80 km2，建筑物平均高度30 m，同址5G/LTE基站210個，其中2.1 GHz+1.8 GHz LTE載波聚合基站157個、1.8 GHz基站53個，LTE網(wǎng)絡(luò)MR統(tǒng)計如圖8所示，RSRP均值為?92.3 dBm，網(wǎng)絡(luò)覆蓋良好。

圖8 某大城市局部區(qū)域1.8 GHz/2.1 GHz LTE RSRP MR分布

根據(jù)第3節(jié)的評估方法，以LTE覆蓋為基準(zhǔn)，兩個頻段5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標(biāo)見表9、表10。2.1 GHz頻段重耕后的覆蓋與3.5 GHz對比如下。

（1）5G網(wǎng)絡(luò)駐留比

2.1 GHz 5G駐留比較3.5 GHz提升約1.4個百分點(diǎn)。

（2）上行速率

對于不超過20 MHz帶寬的2.1 GHz 5G，10 Mbit/s以上的上行速率覆蓋率劣于3.5 GHz，在1～10 Mbit/s區(qū)間，2.1 GHz相對3.5 GHz具有1.3～5.2個百分點(diǎn)的覆蓋提升，增益較為有限。

表9 2.1 GHz和3.5 GHz 5G網(wǎng)絡(luò)駐留比

造成該結(jié)果的原因是城區(qū)LTE站間距余量較大。LTE規(guī)劃要求城區(qū)上行速率不低于256 kbit/s的面積覆蓋概率為95%。由圖7可知，LTE上行速率256 kbit/s對應(yīng)的鏈路損耗約為137 dB，而根據(jù)MR統(tǒng)計，現(xiàn)網(wǎng)95%區(qū)域的鏈路損耗不大于127 dB，即實(shí)際網(wǎng)絡(luò)具有約10 dB的覆蓋余量。該余量主要由3個原因造成：首先，現(xiàn)實(shí)中大量用戶在室外或分布系統(tǒng)區(qū)域使用網(wǎng)絡(luò)，而LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的站間距計算均假設(shè)用戶位于室內(nèi)，城區(qū)預(yù)留了18～20 dB的穿透損耗余量，站間距規(guī)劃值較為保守；其次，1.8 GHz/2.1 GHz LTE并非按全新網(wǎng)絡(luò)的理想網(wǎng)格布局，而是在原有的800 MHz CDMA站址基礎(chǔ)上內(nèi)插新站址加密而成，實(shí)際站間距小于規(guī)劃值；再次，為彌補(bǔ)選點(diǎn)偏移，局部補(bǔ)點(diǎn)導(dǎo)致過多的重疊覆蓋。

5 結(jié)束語

為了盡可能避免網(wǎng)絡(luò)仿真的預(yù)測誤差，本文提出了基于LTE MR的5G SA覆蓋評估方法。評估實(shí)例表明，由于LTE站間距具有較大余量，相對于已建成的3.5 GHz 5G網(wǎng)絡(luò)，20 MHz帶寬內(nèi)2.1 GHz重耕的覆蓋增益有限。在4G流量仍顯著超過5G流量的情況下，市區(qū)2.1 GHz大帶寬重耕的條件并不成熟。雖然通過動態(tài)頻譜共享（dynamic spectrum sharing，DSS）[21]可實(shí)現(xiàn)LTE和5G在2.1 GHz頻段的同時部署，但DSS的LTE和5G速率比同帶寬純LTE的速率低3%～6%[22]，若無顯著的覆蓋增益，采用DSS得不償失。因此，近期市區(qū)2.1 GHz 重耕主要用于站址難以獲取的大型樓盤、城中村等弱覆蓋區(qū)域以及接入原有無源分布系統(tǒng)快速低成本實(shí)現(xiàn)5G室內(nèi)覆蓋。中遠(yuǎn)期來看，隨著4G流量向5G遷移，可將原2.1 GHz LTE設(shè)備逐步升級或替換為LTE/5G雙模設(shè)備，通過載波聚合或超級上行提升速率。

表10 2.1 GHz和3.5 GHz 5G不同上行速率的覆蓋率

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An approach of LTE measurement report based 2.1 GHz and 3.5 GHz 5G SA coverage evaluation

LU Jianxian1, HUANG Jiqiu1, HU Mingxing2, LIN Henghua3

1. Yunfu Branch of China Telecom Co., Ltd., Yunfu 527300, China 2. Guangdong Planning and Designing Institute of Telecommunications Co., Ltd., Guangzhou 510630, China 3. Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China

2.1 GHz refarming is a key issue for the evolution of 5G network. Limitations of network simulation were analyzed. Since most of 5G sites were co-sited with LTE and adopted the same or similar engineering parameters, an approach of 2.1 GHz and 3.5 GHz 5G SA network coverage evaluation was proposed. A co-site coverage differential model between 2.1 GHz and 3.5 GHz 5G SA was given and its accuracy was verified by field trial. Then the coverage of two frequencies were predicted based on LTE MR, the differential model and the uplink rate curve relative to link loss. The evaluation instance indicates only 1.3～5.2 pp coverage gain is achieved at uplink rate between 1 Mbit/s and 10 Mbit/s by refarming 2.1 GHz within 20 MHz bandwidth, because of the 10 dB margin of LTE coverage.

2.1 GHz refarming, 5G SA coverage, measurement report, beamforming

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022032

2021?09?11；

2022?02?09

陸健賢（1975? ），男，中國電信股份有限公司云浮分公司正高級工程師，主要研究方向為移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、移動網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用等。

黃濟(jì)丘（1977? ），男，現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司云浮分公司，主要研究方向為移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、移動網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用等。

胡明星（1988? ），男，現(xiàn)就職于廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，主要研究方向為無線網(wǎng)、承載網(wǎng)、傳送網(wǎng)規(guī)劃及設(shè)計等。

林衡華（1979? ），男，現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司研究院，主要研究方向為移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)性能及應(yīng)用等。