中国移动在A频段5G部署策略研究

2021-03-30韩春娜张建国

移动通信 2021年2期

关键词：时隙载波频段

韩春娜，张建国

（1.诺基亚通信系统技术（北京）有限公司浙江分公司，浙江杭州 310053；2.华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州 310052）

0 引言

频率资源是移动通信最宝贵的资源，频率资源直接决定了无线网络的建设成本和网络容量，中国移动可以使用的频率主要有：

900 MHz 频段（UL：889—904 MHz，DL：934—949 MHz）：共计有30 MHz 带宽，FDD 制式，中国移动在900 MHz 频段部署的是GSM、LTE FDD 和NB-IoT。

1 800 MHz 频段（UL：1 710—1 735 MHz，DL：1 805—1 830 MHz）：共计有50 MHz 带宽，FDD 制式，中国移动在1 800 MHz 频段部署的是GSM 和LTE FDD。

F 频段（1 885—1 915 MHz）：共计30 MHz 带宽，TDD制式，中国移动在F 频段部署的是TD-LTE。

A 频段（2 010—2 025 MHz）：共计15 MHz 带宽，TDD制式，中国移动在A 频段部署的是TD-SCDMA。

E 频段（2 320—2 370 MHz）：共计50 MHz 带宽，TDD制式，中国移动在E频段部署的是TD-LTE，用于室内分布覆盖。

D 频段（2 515—2 675 MHz）：共计160 MHz 带宽，TDD 制式，中国移动在D 频段部署的是TD-LTE 和5G NR。

4.9 GHz 频段（4 800—4 900 MHz）：共计100 MHz 带宽，TDD 制式，是新分配的5G NR 频段，中国移动还没有大规模使用4.9 GHz 频段。

目前，D 频段是中国移动部署5G NR 的主力频段，由于在D 频段上还存在着大量的4G 用户，5G NR 在D 频段上可以使用的最大带宽是100 MHz，因为时隙配置的不同，与竞争对手的5G 网络相比，单个UE 的上行峰值速率较低。

随着3G 用户的大幅度减少，中国移动的TD-SCDMA基站开始逐步关闭，A 频段面临着重耕问题，本文建议在A频段上部署5G 网络。

在A 频段上部署5G 网络有两种方式。一种是采用TDD 方式，即A 频段作为独立载波，同时有上行链路和下行链路，由于A 频段的带宽只有15 MHz，与100 MHz 带宽相比，上行速率和下行速率都非常低，没有显著竞争力，不建议在A 频段上以TDD 方式部署5G 网络。另一种是采用SUL（Supplementary UpLink，补充上行）方式，即A 频段作为D 频段的上行补充，只有上行链路，本文建议在A 频段上以SUL 方式部署5G 网络[1-2]。

1 SUL载波和NUL载波的调度方式

当采用SUL 方式在A 频段上部署5G 网络时，UE 在上行方向有两个载波，A 频段上的上行链路称为SUL 载波，D频段上的上行链路称为NUL（Normal UpLink，普通上行）载波，D 频段上的下行链路称为DL（DownLink，下行）载波。

中国移动在D 频段的时隙配置为5 ms 单周期，每5 ms周期内有10 个时隙，包括7 个下行时隙、1 个特殊时隙、2 个上行时隙，特殊时隙有6 个下行符号、4 个保护符号、4 个上行符号，其中2 个上行时隙和特殊时隙的4 个上行符号可以用于上行数据传输[3]。

中国移动的5G 终端，天线配置通常是2T4R，即2 个发射通道，4 个接收通道。对于UE 的2 个发射通道，有两种调度方式，一种调度方式是1 个通道持续的发射SUL 载波，1 个通道在D 频段的上行时刻发射NUL 载波。其好处是可以通过SUL 载波及时反馈PDSCH 的ACK/NACK 信息，因此可以降低空中接口的时延；其缺点是在NUL 载波上无法实现100 MHz 带宽的双流复用，导致上行峰值速率低，且需要2 个PDCCH 信道分别调度SUL 载波的PUSCH 和NUL 载波的PUSCH，控制信令负荷较大。

另外一种调度方式是UE 的2 个发射通道在D 频段的上行时刻发射NUL 载波，在D 频段的下行时刻发射SUL载波。其好处是UE 的2 个上行通道都能进行持续的数据传输，且在NUL 载波上，是100 MHz 的双流复用，因此可以实现最高的上行峰值速率，同时可以降低空中接口的时延。

两种调度方式的上行发射时隙示意图如图1 所示。

由于SUL 载波上只有上行链路，因此需要通过D频段的下行链路来调度SUL 载波，D 频段的PDCCH DCI 格式0_1 中含有载波指示字段，该字段不存在表示调度的是NUL 载波的PUSCH，该字段取值为1 表示调度的是SUL 载波的PUSCH，NUL 载波和SUL 载波的PUSCH 是否被基站正确接收，则通过PDCCH DCI 格式0_1 中的新数据指示通知给UE[4-5]。

2 SUL载波参数配置

UE 既可以在NUL 载波上进行小区选择和发起随机接入过程，也可以在SUL 载波上进行小区选择和发起随机接入过程。如果UE 驻留在NUL 载波上，则UE 的最小接收功率（dBm）必须大于q-RxLevMin，如果UE 选择驻留在SUL 载波上，则UE 的最小接收功率（dBm）必须大于q-RxLevMinSUL，q-RxLevMin 和q-RxLevMinSUL的步长是2 dBm。当下行路径损耗的RSRP（Reference Signal Received Power，参考信号接收功率）高于rsrp-ThresholdSSB-SUL 时，UE 在NUL 载波上发起随机接入过程，当下行路径损耗的RSRP 低于rsrp-ThresholdSSB-SUL时，UE 在SUL 上发起随机接入过程，rsrp-ThresholdSSBSUL 的步长是1 dBm。本文建议根据D 频段和A 频段的路径损耗差来确定q-RxLevMinSUL[6-7]。

图1 UE天线的上行发射时隙示意图

无线信号的路径损耗包括2 个部分，分别是传播损耗和穿透损耗。

根据3GPP 协议，适合于城区场景的UMa NLOS 传播模型的路径损耗见式(1)：

式(1)中，d3D是UE 和基站之间的欧式距离，单位是m；fc是载波的中心频率，单位是GHz；hUT是终端的高度，单位是m[8]。根据式(1)，可以发现，在其它参数相同的情况下，D 频段和A 频段的路径损耗只与载波的中心频率fc有关，把D 频段的中心频率2.565 和A 频段的中心频率2.017 5 带入式(1)，可以得到D 频段和A 频段的路径损耗差是20log10(2.565)-log10(2.0175)=2.09dB。

低损耗模型和高损耗模型的穿透损耗分别见式(2) 和式(3)：

在式(2) 和式(3) 中，Lglass、LIRRglass和Lcomcrete分别是标准玻璃、IRR（Infrared Reflecting，红外反射）玻璃和混凝土的穿透损耗，分别见式(4)～式(6)：

在式(4)～式(6)中，fc是载波的中心频率，单位是GHz。把fc=2.565 带入上述公式，可以得到在低损耗模型和高损耗模型下，D 频段的穿透损耗分别是12.23 dB 和24.25 dB；把fc=2.0175 带入上述公式，可以得到在低损耗模型和高损耗模型下，A 频段的穿透损耗分别是11.84 dB和22.48 dB，也即在低损耗模型和高损耗模型下，A 频段的穿透损耗比D 频段分别低0.39 dB 和1.77 dB。

在低损耗模型和高损耗模型下，A 频段总的路径损耗比D 频段分别低2.09+0.39=2.48 dB 和2.09+1.77=3.86 dB。在A 频段和D 频段的EIRP（Equivalent Isotropic Radiated Power，等效全向辐射功率）相同的情况下，针对低损耗模型和高损耗模型，本文建议q-RxLevMinSUL 比q-RxLevMin 分别低2 dBm 和4 dBm[9]。

3 峰值速率分析

5G NR 峰值速率的计算方法可以参见文献[10]。本文接下来给出两种调度方式的峰值速率，作为对比，本文也给出了3.5 GHz 频段的峰值速率。

对于A 频段，主要参数配置如下：

（1）SUL 制式；系统带宽是15 MHz，由于D 频段的子载波间隔是30 kHz，建议A 频段的子载波间隔也是30 kHz，15 MHz 的系统带宽对应38 个PRB，时隙长度是0.5 ms。

（2）假设每个时隙都有PUCCH 且占用2 个PRB，则PUSCH 信道占用36 个PRB；由于PUSCH 数据层数只有1 层或2 层，因此DM-RS 可以配置为单个OFDM符号，每个PRB 上有6 个RE 用于DM-RS。

对于2.6 GHz 频段和3.5 GHz 频段，主要参数配置如下：

（1）TDD 制式；系统带宽是100 MHz，子载波间隔是30 kHz，对应273 个PRB；时隙长度是0.5 ms。

（2）PDSCH 分配273 个PRB，假设每个下行时隙都有PDCCH 且占用1 个OFDM 符号，PDSCH 数据层数是4 层，DM-RS 配置为单个OFDM 符号，每个PRB 上有12 个RE 用于DM-RS。

（3）假设每个上行时隙都有PUCCH 且占用2 个PRB，则PUSCH 占用271 个PRB，由于PUSCH 数据层数只有1 层或2 层，因此DM-RS 可以配置为单个OFDM符号，每个PRB 上有6 个RE 用于DM-RS。

（4）对于3.5 GHz 频段，时隙配置为2.5 ms 双周期，每2.5 ms 周期内有5 个时隙，其中第1 个2.5 ms 周期内有3个下行时隙、1 个特殊时隙、1 个上行时隙；第2 个2.5 ms周期内有2 个下行时隙、1 个特殊时隙、2 个上行时隙，每个特殊时隙有10 个下行符号、2 个保护符号、2 个上行符号。

根据以上参数，可以分别计算出A 频段、D 频段和3.5 GHz 频段的峰值速率，如表1 所示。

通过表1，可以发现，如果中国移动不使用A 频段部署5G 网络，单个UE 在D 频段上的上行峰值速率（283 Mbit·s-1）只有3.5 GHz 频段的上行峰值速率（375 Mbit·s-1）的75%，上行峰值速率明显低于竞争对手。中国移动采用SUL 方式在A 频段上部署5G 网络，如果采用调度方式1，单个UE 在D频段上的上行峰值速率（225 Mbit·s-1）只有3.5 GHz 频段的上行峰值速率（375 Mbit·s-1）的60%，上行峰值速率进一步低于竞争对手；如果采用调度方式2，单个UE 在D 频段和A 频段的上行峰值速率合计可以达到407 Mbit·s-1，是3.5 GHz 频段上行峰值速率（375 Mbit·s-1）的109%，中国移动的上行峰值速率可以与竞争对手相匹敌。本文建议采用调度方式2。