基于Massive MIMO与载波聚合特性的5G网络速率提升研究

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.020

摘  要：5G作为新一代移动通信技术，具有大带宽、广连接、低时延三大特点，逐渐得到各行各业的广泛应用，尤其在高清视频直播、VR 等行业的应用更为普遍。5G网络速率不仅是衡量网络性能的一个重要指标，也影响着各行业的体验感知。该文对5G网络速率的提升进行研究，通过Massive MIMO特性和载波聚合特性提升重要场景的5G速率，多次验证并总结了5G速率提升效果。

关键词：5G速率;Massive MIMO;载波聚合

中图分类号：TN919.3;TN929.5      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）08-0067-04

Research on Rate Improvement of 5G Network Based on Massive MIMO and Carrier Aggregation Characteristic

CAO Jun

（Shuozhou Branch of China Mobile Group Shanxi Co.，Ltd.，Shuozhou  036002，China）

Abstract：As a new generation of mobile communication technology，5G has the characteristics of large bandwidth，wide connection and low delay，which has been widely used in all walks of life，especially in HD video live broadcast，VR and other industries. 5G network rate  is not only an important indicator to measure the performance of network，but also affects the experience perception of various industries. This paper studies the 5G network rate improvement，improves the 5G rate of important scenarios through the Massive MIMO characteristics and carrier aggregation characteristics，and verifies and summarizes the 5G rate improvement effect for many times.

Keywords：5G rate;Massive MIMO;carrier aggregation

0  引  言

2019年和2020年是5G飞速发展的两年，当前全国5G基站数量已超70万个，相较于4G，对5G的带宽要求更高，为了能够给用户提供高品质的5G体验，需要不断地对5G网络进行优化，以满足5G垂直行业日新月异的需求。本人的工作所在地开通了363个5G基站，但是5G的平均速率仅为500 Mbps左右，5G速率提升对于感知提升意义重大，大多数城市都在优化提升5G速率，采用的方法大多以传统手段为主，主要是提升信道质量，降低重叠覆盖，优化MCS、误码率等空口指标。

本文主要研究通过Massive MIMO特性和载波聚合特性提升重要场景的5G速率，对于Massive MIMO特性，通过调节天线波束形态可对中高层楼宇等场景产生增益效果。载波聚合技术能够增加无线带宽，使上下行空口可用资源更多。对于Massive MIMO特性验证，分别选取高中低楼宇，无线侧设置对应的波束场景进行多轮测试，最终得出适合对应楼层高度的波束覆盖场景，可进行全地市推广。载波聚合技术是4.9G频段和2.6G频段的叠加聚合，在热点区域部署不仅可以提升容量，还能够满足大带宽相关业务，如VR演示、8K直播等，分别在体育馆、美都汇、人民公园等场景部署2.6+4.9载波聚合，进行多次测试对比特性部署前后的速率值。

1  Massive MIMO波束场景优化提升5G体验速率

Massive MIMO作为5G的关键特性之一，通过集成大规模天线阵列实现了更多的收发通道，能够成倍提升系统容量，并支持通过调整天线权值来改变小区的水平和垂直面覆盖。

Massive MIMO结合波束赋形技术可以针对不同场景，选择不同的广播波束场景应用方案，同时设置合理的电子方位角和电子倾角，可以有效地优化覆盖以及提升用户感知。不同波束场景对不同楼层覆盖增益有所不同，水平及竖直不同波宽可影响信号RSRP的强度、SINR、RANK等空口信道指标，从而对上下行空口传输质量产生一定增益。目前Massive MIMO广播波束场景化配置加默认模式共计17种模式，如表1所示。

我們对常见场景中波束配置进行测试验证，测试仪器采用mate30pro手机和鼎力测试软件，统计空口质量和上下行速率，以步测下行灌包的方式对被测楼宇进行测试。

1.1  高层楼宇场景

高层楼宇由于太高，普通天线很难覆盖到高层，且深度覆盖不足，严重影响到用户体验，华为AAU产品具有可调天线功能，能够设置不同模式的波束，对于高层楼宇，建议使用垂直面覆盖最宽的波束，提升垂直覆盖范围，可以从波束模式12～16中选择。选取多栋高层场景楼宇进行测试，以下行灌包的方式进行测试，采用鼎力软件统计速率，进行多轮测试最终以平均值统计结果。根据覆盖场景选择波束场景化配置模式0，12，14，15，16，测试数据如表2所示。

对利用室外站点覆盖高楼的场景来说，选择波束模式12时，SS-RSRP、SS-SINR和上下行速率都达到了最优值，大多数高层楼宇场景可考虑借鉴本次测试结果。

1.2  中层楼宇场景

对于高档小区或商业圈，建议使用垂直面覆盖比较宽的波束，保证垂直覆盖范围，可以从波束模式6～11中选择。选择有天线直接面對测试楼宇的场景进行测试，对被测楼宇采用步测下行灌包的方式进行测试，进行多轮测试最终以平均值统计结果。根据覆盖场景选择波束场景化配置模式0，6，7，8，9，10，11，不同波束场景模式下水平和竖直薄板宽度有一定差别，测试数据如表3所示。

对于中层楼宇场景，选择波束模式6时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，大多数中层楼宇场景可考虑借鉴本次测试结果。

1.3  低层密集小区场景

普通居民小区或城中村，此场景对垂直覆盖范围要求不高，可以从波束模式0～5中选择。选取楼宇较为密集的小区进行测试，在小区内进行DT测试以及对扇区正对的楼宇采用步测下行灌包的方式进行测试，进行多轮测试最终以平均值统计结果。根据覆盖场景选择波束场景化配置模式0，1，4，5。测试数据如表4所示。

本次测试中，选择波束模式1时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，低层密集小区场景可考虑借鉴本次测试结果。

1.4  空旷场景

广场、绿化带或市内自然风景区这些地方无高层建筑物，对垂直覆盖范围没有要求，但是场景内用户流量大，需考虑平面覆盖和容量。空旷地带由于没有高层建筑，5G信号很难产生多径折射效应，下行流数不会太高，所以空旷场景下的优化难度也随之提高。选择多个空旷场景进行DT测试，进行多轮测试最终以平均值统计结果。根据覆盖场景选择波束场景化配置模式0，1，4，5。测试数据如表5所示。

本次测试中，选择波束模式4时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，空旷场景可考虑借鉴本次测试结果。

1.5  聚类市场场景

集市、演唱会、大型体育、文艺盛典这些场景无高层建筑物，对垂直覆盖范围没有要求;但是场景内用户流量大且分布范围广，需考虑平面覆盖和容量。选取用户数量较为密集的市场场景进行测试，在大市场内进行DT测试，最终以平均值统计结果。根据覆盖场景选择波束场景化配置模式0，1，4，5。测试数据如表6所示。

本次测试中，选择默认波束模式0时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，聚类市场场景可考虑借鉴本次测试结果。

综合这5种测试结果，不同应用场景下选择的最优波束场景如表7所示。

2  多频段载波聚合提升5G体验速率

载波聚合是将2个或更多个载波单元聚合在一起以支持更大的空口传输带宽，这样可以高效地利用不同的频谱，中国移动当前有2.6G和4.9G频段，目前已实现2.6G频段和4.9G频段载波聚合技术，利用5G频段载波聚合技术，在本地市热点区域进行部署，可以满足大带宽的需求。

利用载波聚合技术使速率得到明显提升。本次测试为定点测试，采用市场上华为mateX终端，以及手机自带的speedtest软件测速，进行多轮测试后取平均值，测试结果如表8所示。

3  结  论

在5G大带宽标准的要求下，就如何提升5G网络速率，一线通信工作人员一直在不断地探究和总结，本文也从实际需求出发，从5G网络产品的特性方面总结速率提升经验。研究Massive MIMO特性优化，使用不同波束匹配不同高度的楼宇场景测试验证，选出最优波束场景。实施后提升效果明显，能够切实提升城区用户感知体验。此外，为提升下载速率，本文研究了载波聚合技术，在不同地点进行多轮测试，得出不同场景载波聚合效果，载波聚合技术能够使单载波峰值下行1.3 Gbps提升至双载波的3 Gbps，可以满足8K高清实时直播需求。从总体来看，本文进行的5G速率提升研究具有一定的指导意义，可提升和优化一线人员的工作效率。但是本文所研究的内容还不够深入，工作停留在测试、验证、总结的环节，后期将持续学习5G理论知识及新技术新特性，进行深入的研究，以不断提升5G网络质量。

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作者简介：曹君（1976—），男，汉族，山西朔州人，中级通信工程师，硕士研究生，研究方向：网络优化、规划、维护，客户感知提升。

收稿日期：2021-03-16