5G优化案例：不同场景5G规划探索

不同场景5G规划探索不同场景5G规划探索XX分公司XXXX年XX月目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、 问题描述 3二、 分析过程 32.1. 传播模型及链路预算 32.2. 天线波束调整 9三、 解决措施 93.1. 室外站5G规划 93.2. 室分站5G规划 113.3. 5G天线波束调整规划 11四、 经验总结 18

不同场景5G规划探索XX【摘要】5G作为最新一代蜂窝移动通信技术，致力构建万物互联的信息与通信技术的生态系统，将成为社会经济数字化转型的基石。5G关键技术包括大规模天线阵列（Massive-MIMO），超密集组网（UDN），全频谱接入（FSA），智能网络与网络云化等。本文研究了不同场景下5G的规划方案，通过比较不同边缘速率下城区、农村等不同场景下的站间距、设备选型、穿透损耗并进行了仿真验证。并通过对天线进行立体覆盖波束调整，以验证不同场景下的覆盖效果。【关键字】5G规划边缘速率波束调整【业务类别】规划方法问题描述5G三大应用场景，包括eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量大连接）、uRLLC（低时延高可靠）。eMBB典型应用包括超高清视频、虚拟现实、增强现实、云游戏、云办公等。这类场景对带宽要求极高，同时对涉及到交互类操作的应用还对时延敏感。uRLLC聚焦对网络时延极其敏感及可靠性要求很高的业务场景。典型应用包括工业控制、无人机控制、智能驾驶控制等。mMTC典型应用包括智慧城市、智能家居等。这类应用对连接密度要求较高，同时呈现行业多样性和差异化。5G在不同场景下如何进行规划、如何进行设备选型、以及如何通过天线调整等经济的手段达到良好覆盖效果是业界研究的重要方面。分析过程5G技术和产业发展成熟是一个长期过程，4G将与5G网络长期并存、有效协同，5G网络建设遵循4G与5G协同原则，通过两网有效协同，满足业务承载需求，其中800M定位VoLTE基础覆盖层+NB-IoT物联网+4G基础容量层；1.8G定位4G补充容量层+中高速物联网；2.1G定位4G热点容量层；5G3.5GHz定位面向超高速率和垂直行业应用的室外主力承载层。传播模型及链路预算在进行无线网规划过程中，在给定边缘用户吞吐率要求的情况下，通过链路预算得到最大允许路径损耗，再结合传播模型计算得到小区覆盖范围。SPM模型是半经验模型，使用前需要经过参数校正。射线跟踪模型是一种确定性模型，可以模拟电磁波传播过程中的直射、反射和绕射过程，跟踪所有从基站发射出来的射线，计算出接收机位置处所有射线的相干合成结果，射线跟踪模型可以满足所有场景的仿真，但射线跟踪模型计算量大且需要高精度的3D地图（5m）。决定5G网络的覆盖能力的因素主要有：边缘速率、频段因素（路径损耗、穿透损耗、余量等）、空口因素（接收机灵敏度、天线增益、基站和终端发射功率、子载波间隔、系统带宽、控制信道业务信道配置、上下行时隙配比等）。目前主流的传播模型包括COST231-Hata和3GPPTR38.901中采用的ITU模型。COST231-Hata是由欧洲研究委员会（陆地移动无线电发展）组织，根据Okumura-Hata模型扩展获得频率适用范围是2GHz以下；3GPP采用的传播模型基于ITU传播模型扩展，频率适用范围是0.5GHz~100GHz。5G则一般采用下列4种模型：表15G常用的传播模型对于城市室外场景覆盖，电信集团对边缘速率的要求还未明确，仅给出了取值范围（上行1-5Mbps，下行40-100Mbps）。5G移动网主要为上行业务信道受限，因此本文根据不同边缘速率要求，按照上行1Mbps/2MMbps/5Mbps，计算不同场景的站间距。不同边缘速率下链路预算如下表所示：表25G不同边缘速率下链路预算表项目上行1M上行2M上行5M系统参数频段(GHz)3.53.53.5小区边缘速率（Mbps）125带宽（MHz）100100100上行比率30%30%30%基站天线64T64R64T64R64T64R终端天线2T4R2T4R2T4RRB总数273273273上下行分配20%20%20%需RB数61230SINR门限-4-4-4发射设

备参数最大发射功率262626发射天线增益000赋形增益000EIRP（不含馈损）262626接收设

备参数接收天线增益101010噪声系数3.53.53.5热噪声-174.00-174.00-174.00接收机灵敏度-111.05-108.04-104.06分集接收增益14.514.514.5附加损益干扰余量000负荷因子333切换增益000场景参数-

密集市区基站天线高度303030UE天线高度1.51.51.5阴影衰落（95%）11.611.611.6馈线接头损耗000穿透损耗151515场景参数-

一般市区基站天线高度303030阴影衰落（95%）9.49.49.4馈线接头损耗000穿透损耗222222场景参数-

郊区基站天线高度353535阴影衰落（90%）7.27.27.2馈线接头损耗000穿透损耗191919场景参数-

农村基站天线高度404040阴影衰落（90%）6.26.26.2馈线接头损耗000穿透损耗161616MAPL密集市区131.95128.94124.96一般市区127.15124.14120.16郊区132.35129.34125.36农村136.35133.34129.36街道宽度密集市区20.0020.0020.00一般市区20.0020.0020.00郊区20.0020.0020.00农村20.0020.0020.00平均建筑物高度密集市区40.0040.0040.00一般市区20.0020.0020.00郊区10.0010.0010.00农村5.005.005.00覆盖半径密集市区376.75315.17248.94一般市区499.13417.55329.80郊区960.86803.04633.48农村1,555.191,298.681,023.33站间距密集市区565.12472.75373.41一般市区748.69626.32494.70郊区1,441.291,204.57950.23农村2,332.791,948.011,534.99对于无线链路空间损耗，在密集市区3.5G与1.8G链路损耗差异约9dB。图1路损测试图3.5GHz频段在不同物体的穿透损耗为：在钢筋混凝土墙的穿透损耗26.2dB、普通水泥墙的穿透损耗20.4dB。与1.8G频段相比，穿透损耗增大约6-8dB。图2典型物体穿透损耗值天线波束调整在网络结构深度覆盖优化过程中，日常的天馈系统调整受到了诸多客观因素的影响，理想的覆盖智能天线覆盖需求是主瓣覆盖目标用户方向，旁瓣覆盖干扰信号方向，然而实际网络规划受限于无线物理条件，统一的天线权值下部分小区与实际场景覆盖不匹配，大大影响小区有效覆盖性，导致业务量下降和网络质差。因此可考虑通过对天线进行立体覆盖波束调整，以达到最有效的覆盖效果。解决措施以下从城区、室内场景、地铁、郊区农村等场景介绍5G规划方案及相关的仿真验证，并通过天线波束调整验证不同场景下的覆盖效果。室外站5G规划3.1.1城区5G规划对于密集城区，从节约投资、保证覆盖等诸多因素考虑，初期通过与现网4G站址1:1部署，后期随着用户增多、终端发展成熟，考虑热点高流量区域增加站址进行SA组网进行连续覆盖。针对密集城区尤其是高密度、高容量需求的场景，由于往往这类场景高楼林立，建筑密集，易产生多径，64T64R产品在反射、绕射、抗干扰能力方面更强，更适合于城区复杂场景，但建设成本也相对较高。对于一般城区，尤其是低流量区域，从建设成本考虑通过32T32R或16T16R设备加以解决。对于居民区、步行街、景区等区域的补盲补热，通过在路灯杆、监控杆、建筑外墙等部署4T4RPADRRU等微站产品进行覆盖。针对密集城区、一般市区，结合各场景下的传播模型及链路预算情况，进行了仿真验证。对于密集城区，选取楼宇较为集中，建筑物高低错落的区域，设备选用64T64R产品，对于一般市区，选取了包含不同树木、水域等自然场景的区域，设备选用32T32R产品，仿真效果图如下：图3密集市区仿真图图4一般市区仿真图通过仿真，在采用3D-UmaNlos传播模型，在边缘速率上行5M情况下，密集城区站间距设置为350米—400米，一般市区站之间设置为450米—550米能达到较理想效果。3.1.2郊区农村5G规划对于郊区农村场景，用户数及流量密度相对较低，在确需建设的区域，满足覆盖容量需求的同时，兼顾投资成本，建议采用16T16R设备。根据链路预算，郊区农村站间距建议设置为1000米—1600米为宜。室分站5G规划3.2.1室内站及微站5G规划随着越来越多的业务和流量发生在室内，根据预测未来70%的5G典型业务场景将发生在室内，室内覆盖的建设将成为5G网络建设的一大重点。5G规划需考虑室内、从室内到室外、从室外到室内的覆盖场景。5G时代，室分技术将逐渐从无源向有源数字化方向演进，并率先在价值较高的机场、车站、体育场馆等大中型公共建筑内使用。目前已建设的无源室分，将继续发挥价值，多种室分技术将在一定时期内并存，互为补充。由于传统室内馈线分布系统无法满足3.5GHz及以上射频信号传输需求，在高流量和战略地标室分站点可采用5G有源分布系统，微AAU等方式进行覆盖，兼顾考虑覆盖和容量需求。5G室内覆盖通过微站及有源室分解决，5G微站初期主要覆盖居民小区、商业街等场景，后期将全场景部署，且由于微站覆盖能力较4G有所降低，需要增加部署密度来加以弥补。5G有源室分定位为容量+覆盖，立足于全覆盖部署。3.2.2地铁场景5G规划地铁场景，站厅层主要通过布放射频天线一体化单元的建设方式进行覆盖，天线间距约20米。对于安全入口应急通道等位置以及站厅出入口位置加装PPRU引导内外网切换。岛式站台通过布放射频天线一体化单元+隧道内漏缆的建设方式进行覆盖。对于侧式站台，由于隧道壁侧无法安装漏缆，故通过布放射频天线一体化单元进行覆盖。漏缆主要对车厢内进行覆盖，出入车厢的乘客由站台侧天线进行覆盖。隧道内采用支持3.5GHz的5/4型漏缆进行覆盖，采用2xMIMO进行设计，该方式建设成本较高，需由铁塔公司负责承建，电信公司每年支付租赁费，成本支出压力较大。另一种方式隧道内通过壁挂RRU+对数周期天线覆盖，该方案通过地铁公司代建，后续不产生铁塔租赁费用，但由于目前国内无相关类似建设经验，后期优化维护存在一定不确定性。5G天线波束调整规划为了合理改善网络覆盖情况，丰富无线网络优化手段，发挥智能天线权值调整在网络优化工作中的作用，本次针对5GNR小区进行立体覆盖波束调整，针对16种覆盖场景下的权值设置进行寻优验证，已达到最有效的覆盖效果评估。表3不同场景权值设置表覆盖场景ID覆盖场景场景介绍水平3dB波宽垂直3dB波宽倾角可调范围方位角可调范围SCENARIO_1广场场景非标准3扇区组网，适用于水平宽覆盖，水平覆盖比场景2大，比如广场场景和宽大建筑。近点覆盖比场景2略差。110°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°0°SCENARIO_2干扰场景非标准3扇区组网，当邻区存在强干扰源时，可以收缩小区的水平覆盖范围，减少邻区干扰的影响。由于垂直覆盖角度最小，适用于低层覆盖。90°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°-10°~10°SCENARIO_3干扰场景非标准3扇区组网，当邻区存在强干扰源时，可以收缩小区的水平覆盖范围，减少邻区干扰的影响。由于垂直覆盖角度最小，适用于低层覆盖。65°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°l64T（AAU5612、AAU5613）：-22°~22°SCENARIO_4楼宇场景低层楼宇，热点覆盖。45°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°-32°~32°SCENARIO_5楼宇场景低层楼宇，热点覆盖。25°6°lAAU5612：-3°~15°lAAU5613及其他AAU：-2°~9°-42°~42°SCENARIO_6中层覆盖广场场景非标准3扇区组网，水平覆盖最大，且带中层覆盖的场景。110°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°0°SCENARIO_7中层覆盖干扰场景非标准3扇区组网，当邻区存在强干扰源时，可以收缩小区的水平覆盖范围，减少邻区干扰的影响。由于垂直覆盖角度相对于SCENARIO_1~SCENARIO_5变大，适用于中层覆盖。90°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-10°~10°SCENARIO_8中层覆盖干扰场景非标准3扇区组网，当邻区存在强干扰源时，可以收缩小区的水平覆盖范围，减少邻区干扰的影响。由于垂直覆盖角度相对于SCENARIO_1~SCENARIO_5变大，适用于中层覆盖。65°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-22°~22°SCENARIO_9中层楼宇场景中层楼宇，热点覆盖。45°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-32°~32°SCENARIO_10中层楼宇场景中层楼宇，热点覆盖。25°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-42°~42°SCENARIO_11中层楼宇场景中层楼宇，热点覆盖。15°12°lAAU5612：0°~12°lAAU5613及其他AAU：0°~6°-47°~47SCENARIO_12广场+高层楼宇场景非标准3扇区组网，水平覆盖最大，且带高层覆盖的场景。当需要广播信道体现数据信道的覆盖情况时，建议使用该场景。110°25°lAAU5612：3°lAAU5613及其他AAU：6°0°SCENARIO_13高层覆盖干扰场景非标准3扇区组网，当邻区存在强干扰源时，可以收缩小区的水平覆盖范围，减少邻区干扰的影响。由于垂直覆盖角度最大，适用于高层覆盖。65°25lAAU5612：3°lAAU5613及其他AAU：6°64T（AAU