2.1和3.5 GHz频段在5G网络中的应用建议

曹广山，马 丹，李凤花，马广辉，王森林（.中国联通山东分公司，山东 济南 5000；.山东省邮电规划设计院有限公司，山东济南 5000；.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 50007；.爱立信（中国）通信有限公司，山东济南 500）

1 概述

随着5G 牌照的颁布，中国5G 网络商用拉开了序幕。工信部授权中国联通使用3.5 GHz 作为5G 频段。3.5 GHz 频段在全球产业支撑最好，然而3.5 GHz 频段频率高，信号衰减更快。基于3.5 GHz 频段部署5G 网络将需要新增更多基站，且相应的基站设备投资和配套投资也将会大大提高。如何低成本建设一张高品质、具有竞争力的5G网络成为摆在中国联通面前的一个重要问题。

中国联通和中国电信启动共建共享5G 网络，为5G 网络的建设带来了机遇。目前中国联通3G 网络拥有2.1 GHz 频段15 MHz 带宽，4G 网络拥有2.1 GHz 频段10 MHz 带宽，中国电信4G 网络拥有2.1 GHz 频段20 MHz 带宽。中国联通和中国电信2 家在2.1 GHz 频段拥有45 MHz 带宽，另外国内2.1 GHz 频段还剩余10 MHz带宽未分配，如获得批准使用，中国联通和中国电信在2.1 GHz频段将拥有55 MHz带宽。无线电频段资源是宝贵的战略资源，在5G网络中如何合理高效地利用2.1 GHz 频段和3.5 GHz 频段是目前运营商考虑的首要问题。本文结合链路预算和实地测试对2.1 GHz和3.5 GHz频段的覆盖性能、业务承载等方面进行了对比分析，详细分析了它们在覆盖性能、业务承载上的差异，论证了3.5 GHz 频段独立组网的缺陷及2.1 GHz 频段重耕对后续组网效率的提升，并结合山东联通现网情况提出了对应的建设策略，为后续5G网络建设提供重要依据。

2 2.1 GHz和3.5 GHz频段覆盖能力理论分析

3GPP 协议中规定B42 频段为3.5 GHz 频段，B1 频段为2.1 GHz 频段，B3 频段为1.8 GHz 频段，B41 频段为2.6 GHz频段。3.5 GHz频段波长比2.1 GHz频段短，3.5 GHz频段天然穿透能力、绕射能力以及衍射能力较2.1 GHz频段差，从而导致终端侧的上行覆盖不足。

以现网B3 频段（1.8 GHz 频段）为基准点，分别计算1.8 GHz、3.5 GHz、2.1 GHz、2.6 GHz频段的链路预算理论值。通过上行链路预算结果对比可以发现，3.5 GHz 频段上行能力比2.1 GHz 频段（4T4R）上行能力差7.7 dB，比2.6 GHz频段上行能力差4.2 dB。

表1示出的是上行链路预算结果。

表1 上行链路预算结果

由此可见，与2.1 GHz频段比，3.5 GHz频段独立部署5G网络，上行覆盖较差。

3 2.1 GHz和3.5 GHz频段上行覆盖能力实测

选取潍坊市开发区谷德广场基站进行测试，由于目前尚未有支持2.1 GHz 的NR 终端，因此实地测试时，同站部署2.1 GHz 4T4R LTE 设备与3.5 GHz 64TR NR 设备，对3.5 GHz 与2.1 GHz 频段上行覆盖能力进行实地对比测试。

3.1 测试参数设置

a）同站部署2.1 GHz 4T4R LTE 设备与3.5 GHz 64TR NR 设备，设置相同的挂高、方向角、下倾角等参数。测试时通过临时关闭周围基站、调整发射功率等手段使主测小区覆盖范围扩大至500 m以上。

表2示出的是测试基站物理工参。

b）3.5 GHz 基站配置情况：功率配置为200 W，SSB-RS 参数为17.8 dBm，NR 下行中心载频为3 550MHz，带宽为100 MHz；下上行时隙配比为7∶3。SA 终端天线配置要求2T4R，最大发射功率为26 dBm。2.1 GHz 基站配置：功率配置为4×40 W；CRS RS 参数设置为21.2 dBm；SA 终端天线配置要求1T4R，最大发射功率为23 dBm。

表2 测试基站物理工参

3.2 测试情况说明

对2.1 GHz 和3.5 GHz 频段的覆盖情况进行测试，选择2.1 GHz 与3.5 GHz 频段主瓣法线方向、挂高、方向角、下倾角（包含电子下倾）和功率谱密度相同的扇区进行测试，相关的CQT 及DT 测试路线示意图如图1所示。

连续覆盖区域室外拉网路测（DT测试）要求如下：

图1 测试路线示意图

a）2 部终端并排放置于车内桌面或座位上，分别锁频3.5 和2.1 GHz，各自发起满buffer FTP 上行业务并保持。

b）网管侧实时记录测试时间内主测小区的上行底噪等信息。

c）测试车携带测试终端及路测工具沿预定路线慢速移动（不高于5 km/h），遍历主测小区内道路，且测试时间不小于1 h。

d）如果业务掉线，记录掉线信息，在附近重新发起数据业务，继续路测。

e）路测软件按要求实时记录整个测试过程中的LOG数据。

在进行深度覆盖CQT 测试时，按照图2 在3.5 GHz和2.1 GHz 小区主瓣法线方向由近及远选取不少于7栋楼宇作为CQT 测试楼宇，直至楼宇距离基站500 m以外或无法接入为止。

图2 CQT测试点位选取

a）每栋待测楼宇选择高、中、低层分别进行测试，优选1层、3层、5层进行测试。

b）2部终端并排放置，分别锁频3.5和2.1 GHz后，在各楼宇内测试点发起满buffer FTP 上行业务，遍历楼内道路并至少保持业务1 min；若测试楼宇内无法完成接入，详细记录测试现象。

c）保持站高、下倾角不变，将两主测小区顺时针旋转30°（邻近小区按需调整），在原测试位置，按照相同的测试路线，重复步骤b）。

3.3 覆盖能力CQT测试

2.1 GHz 与3.5 GHz 单小区上行覆盖CQT 测试对比结果如图3所示。

由图3 测试结果可知，在小区覆盖边缘（LTE RSRP＜-105 dBm）情况下，2.1 GHz 频段近似覆盖概率为94%，3.5 GHz频段近似覆盖概率为31%。在深度覆盖情况下，CQT 测试3.5 GHz 频段RSRP 值较2.1 GHz频段少6～7 dB，说明在深度覆盖方面3.5 GHz 频段性能较2.1 GHz频段差。

图3 CQT测试结果

3.4 覆盖能力DT测试

在进行DT 测试数据分析中，LTE 2.1 GHz 手机与NR 3.5 GHz 手机同位置/同时在小区内进行拉网测试，为便于对比分析，把相同位置NR 与LTE 速率按照LTE RSRP归一化处理。

以现网实际道路覆盖测试2.1 GHz 与3.5 GHz 频段，选择2.1 GHz 与3.5 GHz 频段主瓣法线方向、挂高、方向角、下倾角（包含电子下倾）和功率谱密度相同的扇区。DT测试轨迹结果如图4所示。

图4 DT测试覆盖情况

通过路测数据RSRP 对比分析，2.1 GHz 频段测试的平均电平值为-97 dBm；而3.5 GHz 频段测试的平均电平值为-105 dBm，且部分测试区域脱网情况严重。

随着覆盖距离的增加，在非视距场景下3.5 GHz的信号衰落大于2.1 GHz，且两者信号强度差异随着覆盖距离的增加而继续增大，数据分析情况如图5所示。

由图5数据分析可知，在覆盖距离较近时，视距场景内3.5 GHz 的信号接收强度与2.1 GHz 相差约为7 dB，在覆盖距离较远处，非视距场景内两者信号强度相差14 dB。

另外，从小区边缘覆盖情况对3.5 GHz 和2.1 GHz进行分析（见图6）。

图5 DT测试信号强度与覆盖距离的对比分析

图6 DT测试小区边缘覆盖情况分析

由图6 分析可知，在小区边缘速率为1 Mbit/s 时，2.1 GHz 的接收信号为-115 dBm，而3.5 GHz 的接收信号为-106 dBm，LTE 2.1 GHz与NR 3.5 GH在现网实际环境中上行覆盖差异为9 dB。

对上行速率进行了对比分析，信号强度在-98 dBm时，3.5 GHz NR的上行速率明显高于2.1 GHz频段（见图7）。

4 4T4R 2.1 GHz NR语音支撑能力分析

在中国联通和中国电信共建共享大原则确定的前提下，语音承载方案逐渐向VoNR 的方向演进。在NSA 组网阶段时，通过VoLTE 灵活分配至中国联通或中国电信的LTE网络来承载。在SA组网阶段时，初期可以通过EPS回落至LTE网络，后续在2.1 GHz频段上平滑开启VoNR功能。

对VoLTE 和WCDMA 网络语音承载进行对比分析，通过分析MOS 值和RSRP 数据，可发现2.1 GHz 频段上VoNR 的语音质量强于WCDMA 网络的语音质量。

5 2.1 GHz和3.5 GHz应用建议

通过前面的分析可知，2.1 GHz频段能够有效增强3.5 GHz 频段的容量和覆盖，但2.1 GHz 频段带宽不如3.5 GHz 频段带宽资源丰富，且3.5 GHz NR 设备产业链相对成熟。综合分析，对2.1 GHz 和3.5 GHz 频段的应用，总结如下。

a）由于2.1 GHz NR 设备产业链还不成熟，5G 网络建设初期建议以3.5 GHz 网络为打底网，实现连续覆盖。后续加速推进2G、3G 网络的减频退频，适时重耕2.1 GHz频段，高低频协同打造差异化5G网络。

图7 DT测试小区上行速率对比分析

b）5G 网络采用2.1 GHz 与3.5 GHz 频段混合组网，是建设优质5G 网络的重要思路。2.1 GHz 频段可提供上行容量补充及深度覆盖延伸，根据建设需求灵活组网，提升用户感知，增强中国联通品牌影响力。

c）3G/4G/5G 混模组网可利用现网设备软件升级开通5G业务，在降低5G网络建设成本的同时，深度挖掘现网设备能力，实现资源利用最大化。同时也为后续网络结构调整提供前提条件。

6 结束语

本文从链路预算和实地测试2 个方面对2.1 GHz和3.5 GHz 频段的覆盖性能进行了对比分析，3.5 GHz频段信号衰减较大，在深度覆盖方面3.5 GHz 频段性能较2.1 GHz 频段差。在相同的边缘速率下3.5 GHz频段上行覆盖比2.1 GHz 频段差9 dB。通过理论分析及实地测试，发现2.1 GHz 频段能够有效增强3.5 GHz频段的容量和覆盖范围。5G 网络可采用2.1 GHz 与3.5 GHz 频段混合组网，能够增强上行覆盖能力，进而满足5G 行业应用的上行容量和时延的需求。现网2.1 GHz 频段及设备重耕至5G 能够提升5G 网络建设速度，并同时减少建设资源投入，降低建设难度，是提升5G网络建设效率的重要手段。