5G NR覆盖性能研究

唐 昊，赵永强，李 源（中国联通武汉分公司，湖北武汉 430014）

1 5G概述

4G网络带动移动数据业务成熟，随着各类移动高清视频、游戏、支付、浏览等业务快速发展，人们已习惯移动互联网生活，并进入流量时代。同时，在提速降费的背景下，流量资费大幅下降，移动数据流量快速增长，导致目前4G 网络承载能力基本饱和，往往无法满足用户业务体验需求。随着互联网与传统行业的垂直整合，VR、AR 等技术的应用，移动数据通信在速率、时延、连接能力等方面要求大幅提升，5G网络应运而生。

2 5G新空口频段资源

5G 网络在设计上满足3 种场景的业务需求，分别是增强的宽带接入（eMBB）、大规模的物联网（mMTC）、极致的实时通信（uRLLC），设计带宽达到每连接10 Gbit/s、100 万连接/km2、端到端时延1 ms。为实现这一目标，5G 网络在空口上引入了新的频率资源、新波形、新编码、灵活的帧结构、灵活双工、mMIMO等多项技术。

3GPP为5G定义了2个频段，一个是低于6 GHz的FR1，一个是6 GHz以上的FR2。

FR1 就是sub 6 GHz 频段，该频段将是5G 当前的主流应用范围。频率越低，覆盖能力越强，穿透能力越好，但目前低于3 GHz的部分，已经在之前的网络中使用，各国使用状况不同，因此，3～6 GHz这部分频段，即C-band 频段中的3.5 GHz 是5G 应用的主流，但同时，3GPP 同时划定了其他可用的频段，以便于灵活部署。FR1 频段NR 支持100 MHz 带宽，是4G 网络的5倍（见表1）。

表1 FR1频段

FR2频段是高频，也就是通常说的毫米波频段，穿透能力较弱，但带宽十分充足，且没有什么干扰，频谱干净，未来的应用也十分广泛。FR2 频段（见表2）NR设计支持1 GHz 带宽，是4G 网络的50 倍，但目前的3GPP最新版本暂支持400 MHz带宽。

3 5G新空口C-band覆盖性能

3.1 室外覆盖性能

为了验证3.5 GHz NR 与1.8 GHz、900 MHz LTE 室外覆盖效果，选取汤逊湖NSA 试验网区域内滨湖路进行拉远覆盖测试，测试NR 在200 W 窄波束（本文窄波束均配置为4+3 窄波束）、200 W 宽波束下的覆盖情况。

表2 FR2频段

NR 下行中心载频3 450 MHz，带宽100 MHz，发射天线配置为64T64R，终端支持2T4R；LTE 配置RS 功率15.2 dBm，p-a取值为-3 dB，p-b的取值为1，下行中心载频分别为1 832.5 MHz 和957.5 MHz，带宽5 MHz，终端支持1T2R。

3.1.1 5G NR与LTE连续覆盖对比

在室外单站覆盖条件下，3.5 GHz NR 与1.8 GHz、900 MHz LTE 在NR 分别配置为窄波束和宽波束下的覆盖情况如图1所示。

图1 3.5 GHz NR与LTE覆盖对比

从图1 可以看出，得益于波束赋形和MIMO 等天线技术的应用，5G NR 窄波束的覆盖均明显优于宽波束。在视距范围内，3.5 GHz NR 的覆盖效果优于1.8 GHz LTE（1.5 km左右开始持平），与900 MHz LTE大致持平。

覆盖效果可以总结为：

900 MHz LTE≈NR 窄波束＞1.8 GHz LTE≫NR 宽波束（视距范围内）

3.1.2 5G NR与LTE定点覆盖对比

在室外单站覆盖条件下，选取定点进行测试，比较5G NR 窄波束在不同锚点站下近点（200 m）、中点（1 000 m）、远点（1 800 m）的信号覆盖情况。在锚点站为1.8 GHz LTE 和900 MHz LTE条件下，5G NR侧和LTE侧的信号情况如表3所示。

表3 3.5 GHz NR与1.8 GHz LTE、900 MHz LTE在不同位置定点测试信号对比情况

图2 不同RSRP下的5G NR上下行速率情况

图3 不同SINR时的MCS、PDCP下行吞吐量

图4 拉远距离对5G NR RSRP和SINR的影响

从表3 可以看出，5G NR 小区在近中点处覆盖效果优于1.8 GHz LTE，与900 MHz LTE 大致持平，在远点处覆盖开始弱于LTE。因此，从计算结果看，为了保障5G 室外连续覆盖，在网络规划初期，在LTE 站点较为密集的城区内，建议5G NR 和1.8 GHz LTE 按照1∶3配比建网，后期按需逐步加密；在LTE 站点较为稀疏的郊区，建议5G NR 与1.8 GHz LTE 或900 MHz LTE 按照1∶1配比加站。

3.1.3 5G NR空口吞吐量性能研究

在室外条件下，通过拉远测试，分析不同RSRP、SINR、拉远距离下5G NR 空口吞吐率性能，以探究5G边缘速率对终端接收信号的需求（5G NR 边缘速率定义为下行100 Mbit/s、上行10 Mbit/s）。测试结果如图2～图4所示。

通过对测试数据处理分析：

a）从图2 可以看出，当5G NR 要满足下行边缘速率为100 Mbit/s 时，NR_RSRP 要不低于-110 dBm，同理，要满足上行边缘速率超过10 Mbit/s 时，NR_RSRP要超过-106 dBm。即5G 终端接收电平在-106 dBm 左右才能满足下行100 Mbit/s、上行10 Mbit/s的边缘速率要求。

b）从图3 可以看出，下行PDCP 吞吐量随NR_SINR 的增加而增加，且当NR_SINR≥6 dB 时5G NR才满足下行边缘速率要求。

c）从图4可以看出，NR拉远距离在2.7 km以内满足边缘速率对RSRP 的要求，拉远距离在2.4 km 以内满足边缘速率对SINR 的要求。综上所述，NR 覆盖距离在2.4 km 以内NR 满足RSRP≥-106 dBm、SINR≥6 dB的边缘速率质量要求。

3.2 室内深度覆盖性能

为了验证3.5 GHz NR 与1.8 GHz LTE、900MHz LTE 室外宏站覆盖室内效果，选取xxxNSA 试验网区域内xx 大厦，选择低层（3 层）、中层（7 层）、高层（12 层）3种场景分别进行室内遍历测试。测试NR 在200 W 窄波束、宽波束下的覆盖情况。

NR 下行中心载频3 450 MHz，带宽100 MHz，发射天线配置为64T64R，终端支持2T4R；LTE 配置RS 功率15.2 dBm，p-a取值为-3 dB，p-b的取值为1，下行中心载频分别为1 832.5 MHz 和957.5 MHz，带宽5 MHz，终端支持1T2R。

3.2.1 5G NR宽窄波束对各楼层的覆盖情况

宽窄波束在大厦不同楼层的覆盖情况如图5 所示。从图5 可以看出，在楼宇覆盖中，窄波束对中、低层覆盖相当，对高层覆盖稍弱于中、低层；宽波束对中、低层覆盖相当，但对高层覆盖明显弱于中、低层。

宽窄波束对相同楼层的覆盖情况如图6所示。从图6 可以看出，5G NR 窄波束在高、中、低层楼宇的覆盖效果均明显优于宽波束，对楼宇的立体覆盖相比宽波束优势明显。

图5 宽窄波束在大厦不同楼层的覆盖情况

图6 宽窄波束对相同楼层的覆盖情况

3.2.2 5G NR与LTE深度覆盖对比

5G NR 与1.8 GHz LTE 和900 MHz LTE 对不同楼层深度覆盖和穿墙损耗情况如图7 所示。从图7 可以看出，LTE 在高、中、低层的深度覆盖情况均优于5G NR。随着楼层升高，LTE 信号衰减开始加重，得益于波束赋形的增益，NR在高层的信号衰减较为平缓。

从测试结果看，5G NR 室内外平均损耗比LTE 大10 dB 左右。因此，浅层深度覆盖，建议宏站覆盖室内为主，针对高层深度覆盖，建议部署室内分布来提升覆盖效果。

4 总结

综上所述，在室外覆盖场景，由于波束赋形技术带来的信号增益，在1.5 km内，5G NR窄波束的覆盖效果优于1.8 GHz LTE。同时，为了满足下行速率100 Mbit/s、上行10 Mbit/s 的边缘速率要求，5G NR 信号电平需满足RSRP≥-106 dBm，SINR≥6 dB。在室内深度覆盖场景，由于3.5 GHz 的频段相较于LTE 偏高，5G NR在穿墙损耗上要比LTE平均大10 dB左右。

因此，在未来的5G 网络规划部署工作中，建议如下。

图7 5G NR与1.8 GHz LTE和900 MHz LTE对不同楼层深度覆盖和穿墙损耗情况

a）在室外覆盖场景，为了保障5G 连续覆盖，在网络规划初期，在LTE 站点较为密集的城区内，建议5G NR 和1.8 GHz LTE 按照1∶3 配比建网，后期按需逐步加密；在LTE 站点较为稀疏的郊区，建议5G NR 与1.8 GHz LTE或900 MHz LTE按照1∶1配比加站。

b）在室内深度覆盖场景，对于浅层深度覆盖，建议部署宏站覆盖室内为主，针对高层深度覆盖，建议部署室内分布来提升覆盖效果。