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5G在室内覆盖性能如何?有哪些问题?

2020-10-14 09:23
来源: C114通信网

Labs 摘要

5G网络具备室内外同频组网和室外宏站深度覆盖能力增强等特点,同时,室内网络频段及覆盖方式的变化,都会对室内覆盖的性能产生影响。本文从5G室内覆盖性能分析出发,针对室内覆盖网络面临的室内外同频干扰和传统室分升级等问题进行分析,给出了5G室内覆盖网络规划升级时需要重点解决问题的建议。

4G时代,室内已经成为用户业务的主要区域。进入5G时代,智慧家庭、智能工厂和AR/VR等超过70%的5G应用发生于室内,加之用户业务需求的增长,室内网络将成为运营商5G网络具备竞争优势的主战场。5G室外宏站采用64T64R大规模天线,宏站深度覆盖能力较4G进一步提升,同时室内外同频组网,宏站对室内覆盖系统的同频干扰问题成为5G室内覆盖面临的新问题。5G深度覆盖采用何种建设方式,已建设大量的室内分布系统能否直接升级,室内外同频组网是否对室内覆盖系统性能产生影响等问题,都成为5G室内覆盖需要关注的核心问题。

本文基于对传统室分系统升级至5G,以及分布式皮基站等新型室分系统的性能进行分析,发现并提出了室分系统升级中需要关注的问题,室内外同频干扰对室内性能的影响,并对5G室内分布系统规划提出了指导性建议,在5G建网初期对室内深度覆盖网络的建设提出了指导。

1 5G室内覆盖系统性能分析

1.1 传统室分升级至5G性能分析

目前,传统DAS系统在室内覆盖系统中的占比约为90%以上,传统室分直接合路5G信源,快速实现5G覆盖是5G网络建设的方案之一。

如果采用传统室分直接升级的方式进行5G建设,可直接安装5G RRU和更换支持5G全频段的合路器,即可实现5G的升级。传统室分直接升级,需要室分系统无源器件的工作频段支持2.6GHz。据统计,2015年之后入网的室分系统,器件均可支持2.6GHz频段,具备直接升级的基础。

本节选取已建设双路室分的场景进行5G与LTE在单路和双路条件下的性能对比测试。单路室分进行5G升级时,LTE与5G的性能对比分析结果如图1所示。从测试结果可以看出,该测试场景下,LTE单路系统下行峰值速率约50Mbit/s,边缘区域的下行速率约为25Mbit/s,上行峰值速率约10Mbit/s,边缘区域的上行速率约3Mbit/s。通过信源馈入的方式直接升级至5G后,下行峰值速率可达400Mbit/s,边缘区域的下行速率约为150Mbit/s,上行峰值速率为60Mbit/s,边缘区域的上行速率约为5Mbit/s。从测试结果可以看出,单路系统直接升级至5G后,性能得到较大幅度的提升,仅在上行边缘区域,受信号质量的影响,性能提升并不明显。

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图1  5G NR单路室分性能测试结果分析

在已有测试场景下进行双路合路,实现5G的2*2MIMO双路室分,并进行LTE与5G在双路情况下的性能对比测试。采用SA模式的2T4R终端,5G双路系统下行峰值速率约800Mbit/s,边缘区域的下行速率约为200Mbit/s,上行峰值速率约120Mbit/s,边缘区域的上行速率约10Mbit/s。

从下图2的测试结果可以看出,对比单路系统,双路系统升级到5G后的性能均有大幅度提升,相比LTE终端采用1T2R,5G上行边缘速率也有明显的提升。

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图2  5G NR双路室分性能测试结果分析

1.2 新型室分与传统室分性能对比

5G室内覆盖系统主要有单路室分、2T2R和4T4R共3种不同的方式,本节主要对比了传统单路室分、2*2MIMO的传统室分和4T4R新型室分3种类型的室内覆盖性能。

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图3 新型室分与传统室分性能对比分析

图3针对3种不同的方式进行对比分析,4T4R方式上行平均速率约90Mbit/s,下行平均速率约750Mbit/s,上行边缘速率50Mbit/s,下行边缘速率约350Mbit/s,在性能上有较大的提升。

由于运营商在5G NR帧结构配置中的差异等因素,双路MIMO系统合路与4T4R数字化室分在下行性能的差异相对较小,但MIMO合路系统上行与4T4R数字化室分的差异明显,且帧结构配置的差异使竞对的4T4R上行也有一定的性能提升,上行速率将成为室内覆盖中的瓶颈。

2 5G室内覆盖系统面临的主要问题

2.1 室内外同频干扰对室内覆盖性能影响

5G室内外均采用2.6GHz进行组网,同频组网引入干扰问题,尤其在室外宏站加载的情况下,对室内性能的影响需要在5G室内深度覆盖网络建设初期充分考虑。

选择4T4R分布式皮基站部署的室内场景进行室内外同频干扰测试与分析,在室内覆盖设备开启且室外宏站空载的情况下,室内下行速率均值在609Mbit/s,室外宏站50%加扰的情况下,室内下行速率均值降至438Mbit/s,平均容量损失在28.1%,如表1所示。

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表1 室外空扰/加扰情况下的室内性能分析

室内与室外不同电平差情况下,驻留室内用户的速率分布图如图4所示。根据统计分析,在室内与室外信号电平差在-5dB以上时,室外50%加载情况下速率损失达到44%,室内与室外信号电平差在0~5dB时,室内用户容量损失在30%,室内与室外信号电平差在5~10dB时,室内用户性能损失可降低至20%以下。室内外同频组网,室外对室内的性能产生较大影响,尤其是室外信号强度高于室内信号时,性能损失在40%以上。为保证室内用户性能,室内覆盖网络的信号强度要满足室内电平高于室外电平6dB,才能保证室内用户性能损失在20%以内。

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图4 室内外电平差对室内性能影响分析

2.2 传统室分升级可行性分析

5G室内采用2.6GHz频段,相比LTE采用2.3GHz频段,功分器、耦合器的直通端、天线的插损在2.6G频段和2.3G频段基本相当,差值在0.01dB左右,影响极小,耦合器的耦合端存在1.41dB损耗,1/2馈线百米损耗2.6G相比2.3G高1.4dB。7/8馈线百米损耗2.6G相比2.3G高0.9dB。同时,考虑到墙体损耗和空间损耗等的差异,理论评估2.6GHz相比2.3GHz的损耗差异约4.2dB,通过空口覆盖性能测试对比分析,实际测试的空口差异均值约4.6dB,分析数据如表2所示。

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表2  LTE与NR空口覆盖效果对比分析

基于分析结果进行4G/5G性能对比分析,按照4G MR覆盖要求RSRP大于-110dBm采样点比例大于90%进行估计,针对传统室分合路场景,要保证5G的覆盖达到4G水平,4G MR覆盖率必须满足RSRP大于105dBm的采样点比例高于90%。

2.3 双通道不平衡对5G性能影响

对于已部署LTE双路室分的系统,可进行5G NR直接升级,本节主要分析双通道不平衡对5G NR性能的影响。如图5所示,双通道差异5dB时性能损失速率约20%,双通道差异10dB时性能平均损失速率约30%,远点性能损失更大。因此,为保证5G性能,采用双路DAS系统建设时,应至少保证双路之间的电平差在5dB以内。

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图5 双通道不平衡对5G NR性能影响分析

对于LTE网络,采用Rank2占比对双通道的平衡性进行评估,如表3所示。当双通道差异为0dB时,Rank2占比为76%,双通道差异5dB时,Rank2占比为60%左右,当双通道差异进一步增大时,Rank2的占比进一步降低,对网络性能产生较大影响,因此,可采用Rank2的占比对双通道平衡性进行评估。

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表3 室外空扰/加扰情况下的室内性能测试对比分析

经过分析,若已有双路室分,在进行双路室分升级时,可对双路系统中LTE的Rank2占比进行测试,当Rank2的占比低于60%时,双路不平衡对5G NR性能影响超过20%。因此,在进行已有双路室分合路5G时,需要先进行双路平衡性改造。

3 结束语

5G室内覆盖性能相比LTE提升明显,采用4T4R新型设备下行性能相比竞对具备优势,但上行性能成为瓶颈。同时,室外同频干扰成为影响室内网络性能的关键因素,为保证室内覆盖性能损失不超过20%,在进行室内覆盖规划时,应规划室内信号高于宏站信号6dB以上。目前,90%的室内场景已部署了传统室分,在进行5G升级时,应考虑与LTE系统覆盖性能的差异,以及MIMO系统双通道平衡性对性能的影响。在进行5G升级前,首先开展传统室内分布系统质量评估,只有LTE室分系统满足覆盖要求且双通道电平差小于5dB要求,直接进行5G升级才能保证网络性能,满足后续5G业务等需要。

参考文献

[1] 樊恒波,查昊. 5G网络室内覆盖方案分析[J]. 技术交流,2018(5).

[2] 黄伟峰. 5G网络室内覆盖方案分析[J]. 通信设计与应用,2019(4).

[3] 张传福,赵立英,张宇. 5G移动通信系统及关键技术[M]. 北京:电子工业出版社,2018.

[4] 赵培,李剀,张需溥. 室内无线通信技术院里与工程实践[M]. 北京:北京邮电大学出版社,2015

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