不同场景下的5G设备选型浅析

2021-07-22王镇鑫王鑫炎石贤富李晓东许舒建

江苏通信 2021年3期

王镇鑫王鑫炎石贤富李晓东许舒建

中国联合网络通信集团有限公司绍兴分公司

0 引言

在网络规划阶段，首先要考虑网络覆盖性能及质量，同时需要考虑基站抱杆空间，那么重量与体积就会受到限制，而不同设备选型会影响最终的建设效果，因此在规划阶段针对不同场景科学选择5G设备类型非常重要。当前中国联通总部针对密集城区、一般城区、县城等作了大致要求，但是具体到各站点的设备选型需结合现场无线环境来确定。

1 多维度对比分析大规模天线

以华为设备为例，不同类型的设备覆盖性能、体积、重量均存在明显差异，这些与天线阵子排列相关，目前华为32TRx与64TRx的AAU主流存在以下三种阵子分布，如图1所示。

图1 32TRx对比64TRx阵子分布

1.1 阵子分布维度分析8TRx与32TRx

在对比32TRx与64TRx之前，先确认一个参考点，拿8TRx的RRU5258建立参考，如图2所示。32TRx 16H2V垂直覆盖维度增加为2层波束覆盖，而8TRx只有一层波束，在底层覆盖场景，要同时照顾到近点覆盖和中远点覆盖的平衡，8TRx覆盖下倾角会相对于32TRx压得更低，从而照顾近点覆盖，这样32TRx的上层波束边缘EIRP会更高，其边缘RSRP能得到提升。

图2 对比32TRx与8TRx覆盖差异

1.2 多维度分析32TRx与64TRx

如果采用192阵子32TRx的AAU5313对比同样192阵子64TRx的AAU5613，功率都是最大输出功率200W，从天线阵子排列和TRx通道数两个维度来进行对比，分析其差异。首先从阵子分布维度来进行分析，按照8TRx与32TRx对比思路来分析16TRx、32TRx和64TRx，如图3所示，16TRx只有单层波束覆盖，64TRx支持4层波束覆盖，极致覆盖效果对比中会首选64TRx，只是受限于重量和体积的需求差异。

图3 对比16TRx、32TRx与64TRx覆盖差异

面朝AAU天线的波束方向图上对比64TRx与32TRx如图4、图5所示，64TRx垂直面支持4层波束，32TRx垂直面支持2层波束。

图4 64TRx波束方向图

图5 32TRx波束方向图

同时64TRx垂直面同极化方向采用1驱3，而32TRx垂直面同极化方向采用1驱6，理论上垂直面达到2T及以上可以实现3D MIMO，以更大范围实现垂直覆盖。而垂直面1驱N，N越大，两T之间的距离就越大，可转动调整角度就越小，所以相同下倾角的前提下，32TRx比64TRx可调角度小50%，因此高层覆盖4V要更好，窄波束，EIRP更优，深度覆盖效果更好。同理，32TRx的8H4V对比16H2V更适合密集城区的高层深度覆盖，但是8H4V的水平覆盖角度会比16H2V的水平覆盖角度小。

总结天线阵子数量的影响，EIRP的影响决定覆盖场景应用，发现SSB覆盖场景定义的Scenario_1～Scenario_16中，AAU5313（16H2V）支持的场景化波束虽然要少一些，但是也可以支持Scenario12-15这四种垂直3dB波宽宽度25°的场景。这里AAU5313的垂直面最大还是只能形成2个波束，只是每个波束宽度能做到12°，或者形成一个25°的垂直波束，而64TRx的AAU5613场景化波束支持能力更强，且垂直面能做到4层窄波束覆盖，垂直面增益更强。如表1所示。

表1 AAU/RRU支持的覆盖场景

图6 32TRx对比64TRx垂直覆盖差异

分析射频通道的差异，通道数的变化对设备的成本影响较大，在实际场景中，通道数不能任意增加，同时信道条件也是受限的，支持的最大流数也是有限的，所以设备的通道数和通道的排列方式需要综合考虑需求、性能、信道条件、可生产性、成本等因素，如图7所示，TRx在有源部分，对应增加TRx数量，AAU的重量、体积、功耗等问题也会随之而来。

图7 32TRx AAU通道与阵子构成图

64TR和32TR AAU通道数不同以及天线设计的差异如图8所示，这带来系统容量和覆盖的差异。

图8 天线阵列排布

容量：由于空分复用能力的差异，相较于32通道，64通道小区平均吞吐量上下行均有30%以上的增益，同时边缘速率上行有50%以上提升，下行有35%以上提升。

覆盖：64通道AAU垂直面波束宽度为24度，32通道垂直面波束宽度为12度。相较于32通道，64通道在高楼层覆盖更有优势，在中高层楼层有20～45%以上的容量增益。

2 32TRx与64TRx场景选择

64TRx可以提供更大的容量和频谱效率，32TRx会降低频谱效率、降低成本，可根据网络的容量需求，选配不同类型的产品，以实现在满足需求的前提下降低设备成本。考虑到5G现有主流频段在3400MHz-3600MHz，为保证与4G网络同覆盖，结合前述阵子数量的分析，设备的阵子数不能低于128阵子（8×8×2排列），目前有128和192（8×12×2）两种主流的阵子数。同样考虑到天面的迎风面积，天面的尺寸不宜过大。在通道数和阵子数进行组合选择时，需要综合考虑覆盖性能和覆盖范围。

通道数量与数据流数有关，理论上，在信道条件需要的情况下，通道数越多，可以支持的传输流数越多。虽然目前受限于波束正交干扰影响，64TRx与32TRx对下行PDSCHMUMIMO特性中承诺都是支持16流，但从波束隔离度的达标要求来看，后续64TRx如果采用24个准正交的DMRS序列，那么64TRx也是可以将支持的16流数扩展到24流，而32TRx本身波束个数受限，其最大流数也将受限。

综上所述，从覆盖和容量两方面对比，64TRx具备更多优势。64TR设备相对于32TR设备，空分能力更强，上下行容量均有30%的提升，小区边缘速率也有35%以上的提升。64TR在高楼层覆盖方面更有优势，在中高层楼层的容量方面相对于32TR可提升20%以上，符合密集城区网络建设需求。因此建议在密集城区以3.5G 64TR设备建设为主。