基于eMBB场景下的5G无线网络规划研究

2020-03-06屈彬彬

通信电源技术 2020年21期

屈彬彬

（中国通信建设集团设计院有限公司，河南郑州 450000）

1 5G频率规划策略

1.1 高频

中国电信和中国联通3.5 GHz共建共享（3 400～3 600 MHz）200 MHz，主要满足城区及高流量区域的5G覆盖，可对标移动2.6 GHz、160 MHz。从产业链发展和用户体验来看，电联共建5 GHz、200 MHz共享网络优于中国移动2.6 GHz、160 MHz。

1.2 中频

中国电信和中国联通2.1 GHz为5G基础覆盖层，可共建共享2×45 MHz，主要满足城区深度覆盖和农村广覆盖，可对标中国移动700 MHz、2×30 MHz[1]。

1.3 低频

目前，700 MHz 5G频段属于中国移动，而广电与中国移动共同建设700 MHz NR网络。中国电信和中国联通需重点关注5G低频（800 MHz、900 MHz）终端渗透率情况，逐步腾出一方低频作为5G低频补充，与中国移动700 MHz NR进行对标。

2 5G网络覆盖估算

覆盖估算过程是根据频率的规划结果，结合规划场景、网络设计容量以及设备性能等元素进行链路预算，得出允许的最大路径损耗。根据规划区域的无线传播模型，可得到最大小区覆盖半径。

2.1 覆盖估算参数配置

2.1.1 系统参数

5G需关注的系统参数主要包含工作频段、工作带宽以及覆盖场景（背景噪声）等。工作频段为3.4～3.6 GHz和4.8～5.0 GHz，工作带宽为100 MHz。背景噪声主要为热噪声，即：

式中，K为波尔兹曼常数，有K=1.38×10-23J/K；T为绝对温度；B为系统带宽。

2.1.2 设备参数

根据3GPP 38.104，5G基站的发射功率如表1所示。根据3GPP 38.101，用户设备（User Equipment，UE）的最大发射功率为单天线200 MW、23 dBm[2]。5G设备在64T64R的天线配置情况下，天线增益为18 dBi，基站侧天线分集增益6.5 dB，终端侧天线分集增益2.5 dB。基站馈线及连接器损耗方面，5G采用AAU，馈线损耗为0 dB。信号通过接收机时，接收机将对信号增加噪声。噪声系数是设备的属性，因此不同设备的噪声系数不同。移动台噪声系数一般取7 dB，基站设备噪声系数一般取2.3 dB。

表1 5G基站设备发射功率

2.1.3 环境参数

根据3GPP 38.901，2.6 GHz频段下穿透损耗为21 dB，3.5 GHz频段下穿透损耗为25 dB，4.9 GHz频段下穿透损耗为28 dB[1]。在5G 3.5 GHz与4.9 GHz频段下，所采纳的干扰余量为3 dB[1]。为了保证一定的边缘覆盖概率，同时为链路预算预留一定余量即阴影衰落余量，在进行链路预算时，需要根据阴影衰落标准差和边缘覆盖概率要求（运营商确定）得到所需的阴影衰落余量[3-5]：

式中，ρ为阴影衰落余量；NORMSINV(x)函数为标准正态分布累计函数的逆函数；x为边缘覆盖概率；σ为阴影衰落标准差。一般从标准正态分布表中可以得到衰落余量与边缘覆盖概率的对应关系，其中ρ与σ的关系符合Q函数。在此链路预算中，阴影衰落方差取值为8，边缘覆盖概率取值75%，得到阴影衰落余量为6.4 dB。

2.2 传播模型的选取

现有网络的传播模型主要Okumura、Okumura-Hata、COST231-Hata以及COST231-WI等，主要应用在2 GHz以下频段，无法适用于5G频段3.5 GHz以及毫米波，具体如表2所示。

表2 现网传播模型

3GPP与2017年12月发布的36.873标准中的3D UMa模型，频率支持2～6 GHz。2018年6月38.901标准中又进行了演变，频率范围扩展到0.5～100 GHz。该模型主要适用于宏蜂窝规划中的密集城区、城区以及郊区等场景。

3D UMa模型主要分为视距场景（Line of Sight，LOS）和非视距场景（Not Line of Sight，NLOS）两种场景。

LOS场景：

式中，PL为路径损耗；d3D为基站发射天线到终端接收天线的距离；fc为频段；其他相关参数为通过测试拟合出的相关函数值。

NLOS场景：

式中，PL3D-UMa-NLOS为路径损耗；W为街道宽度；h为建筑物高度；hBS为基站天线挂高；hUT为终端高度；d3D为基站发射天线到终端接收天线的距离；fc为频段；其他相关参数为通过测试拟合出的相关函数值。

路径损耗模型可以应用于2～6 GHz的频率范围和不同天线高度，具体参数设置如图1所示。其中，d2D为基站水平位置到终端接收天线水平位置的直线距离。

图1 基站参数说明

从图1可以看出，终端至天线的距离为：

式中，d3D-out为基站天线到室内终端接收天线直线距离的室外部分距离；d3D-in为基站天线到室内终端接收天线直线距离的室内部分距离；d2D-out为基站水平位置到室内终端接收天线水平位置的直线距离的室外部分距离；d2D-in为基站水平位置到室内终端接收天线水平位置的直线距离的室内部分距离。

2.3 覆盖估算结果

根据覆盖估算参数设置情况及传播模型的选取，计算2.6 GHz、3.5 GHz以及4.9 GHz在16天线和64天线情况下的覆盖能力[6,7]，如表3所示。

表3 不同频段不同天线数对应的覆盖能力和需要基站数量

2.4 仿真验证

某市5G智慧岛项目共计规划基站26个，平均站间距300 m。通过Atoll仿真验证，它基本达到了室外连续覆盖的要求。智慧岛RSRP仿真结果如图2所示，95%的区域RSRP大于-105.4 dBm，整体室外覆盖良好，个别室内深度覆盖需要通过室内分布系统进行覆盖加强。智慧岛PDSCH SINR仿真结果如图3所示，95%的区域PDSCH SINR大于11.38 dB，整体质量较好[8-10]。