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探讨5G覆盖问题_通信世界网

gecimao 发表于 2019-05-28 10:07 | 查看: | 回复:

  在4G时通常使用COST231模型来计算路径损耗。这个模型准确性较差,与ITU推荐的3D模型有近40dB的差值。同时还要注意到ITU模型中的距离d为3D空间距离,不是UE到基站之间的2D平面距离。也就是说,5G的链路预算不但要采用新模型,还得采用3D概念的新距离。

  对于LOS场景ITU Uma-LOS路损偏小5dB,对于NLOS场景ITU Uma-NLOS路损则偏大14dB。所以路损与实际地物相关性很大,在应用中应当进行本地化校正。

  如参照LTE(上下行时隙配置UL1:DL3)早期的规划标准,即边缘速率UL=250kbps,DL=1Mbps,小区平均速率UL=2Mbps,DL=10Mbps。设定5G的边缘速率是4G的10倍,5G的上行边缘速率是下行的10%。2.6GHz覆盖距离500米,3.5GHz覆盖距离400米。在现有D频段站点上进行共址建设基本可以满足设计目标。

  穿透损耗与频段和阻挡物材质有关,一般的,频段越高穿透损耗越大,材质密度越大穿透损耗也越大。ITU给出的穿透损耗与频段的关系如下图。

  根据Qualcomm的材料,与4G共址建设,下行边缘速率30Mbps的要求下,站间距小于200米室外覆盖率可达99%,站间距小于250米室外覆盖率可达98%。但由于穿透损耗更大,室内覆盖率明显下降,对于重要楼宇不可避免需要增加室内覆盖系统。

  根据ITU-3D NLOS路损模型,3.5GHz室外路损比2.6GHz平均要大2.58dB,穿透损耗要高2.49dB。这意味着什么?(1)如果站间距不变,仅室外覆盖一项就意味着,在相同覆盖能力下,基站和手机的发射功率要翻一倍。对于终端来说,26dBm已经被叫做高功率用户设备(HPUE),显然已经难以再增加功率。对于基站来说,发射功率增加一倍就意味着设备总能耗要增加50-60%,这是一个相当不小的数字。(2)如果功率不变,站间距要减小15%,基站数要增加38%。

  由于上行时隙数、流数和调制阶数低于下行,使得上行的容量约为下行的十分之一。即使设置上行的边缘速率为下行的10%,受限于终端的发射功率(最大不超过26dBm),上行覆盖大概是下行的60%左右。随着站间距的增大,上行覆盖短板问题越发突出(弱覆盖面积增加)。

  在小站间距的情况下,往往存在LOS覆盖,上行覆盖短板相对不那么突出。在大站间距的情况下,密集城区多为NLOS覆盖,上行短板问题则需要考虑解决。一般的,对于密集城区2.6GHz频段为300米,3.5GHz频段为250米。

  3GPP根据不同场景给了相应的建议,其中25米和35米站高主要沿有现有的塔站和楼面站。而10米高的杆站则不受共享率的限制,将来可能成为各大运营商网络覆盖能力竞争的焦点。

  现阶段的5G相比4G,单用户速率的提升主要来自载波带宽的增加(20M-100MHz),流数的增加(2流-4流)和调制阶数的提高(6阶-8阶),由此带来了10-15倍的速率提升。但4流的获得需要较高的SINR和相关性较低的多径环境。从下图可见,TM3的4流要求SINR20dB。

  需要指出的是,尽管单用户的速率提升仅为10倍量级,采用MassiveMIMO技术可以将小区级的容量提升进100倍量级。这得益于MU-MIMO的充分利用,但随着用户数的增多(一般不超过天线个激活用户),上行干扰将急剧增加,上行短板问题将越发严重。或者说,5G一定程度上是通过牺牲上行单用户性能来获得小区级性能的提升。这也部分解释了为何上行短板被反复提及,并在业内持续探讨通过上下行解耦来解决上行覆盖(与边缘速率有关)不足的问题。

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