700 MHz 频段5G 网络性能分析与建设方案建议

范培全，魏爱玲，张冬晨，李行政

（1.中国移动通信集团新疆有限公司，新疆 乌鲁木齐 844900；2.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

0 引言

目前中国移动5G 网络主要使用2.6 GHz 和4.9 GHz 频段，由于频率高、穿透损耗大，直接与4G 宏基站共址建设时，在密集城区将可能存在大量弱覆盖或无覆盖区域。同时，对于农村、乡镇等场景，因为上述两个频段频率较高、传播损耗较大，必须建设大量5G 基站才能实现广域连续覆盖[1-2]。

2021 年年初，中国移动与中国广电在北京签署“5G 战略”合作协议，拉开了5G 700 MHz 网络共建共享的序幕。700 MHz 频段具有传播损耗低、穿透能力强等优势，可以大幅降低5G 网络的建设成本，有助于快速建设一张广覆盖5G 网络[3-5]。充分发挥700 MHz 低频段的覆盖优势及2.6 GHz/4.9 GHz高频段的大带宽优势，采用“700 MHz+2.6 GHz+4.9 GHz”的5G 融合组网方案，是提升中国移动5G 网络覆盖与容量的有效手段。但是，国内对700 MHz 频段5G 网络的组网性能指标还处于理论分析与计算机仿真阶段，缺少实测数据，亟须组织外场测试验证指导多频段融合组网建设工作。因此，本文首先开展700 MHz 频段5G 网络建设的需求分析，而后制定详细的测试用例对700 MHz频段的广域覆盖、上下行峰值速率、穿透性能等进行测试验证，最后基于测试结果探讨中国移动5G 基站部署方案与700 MHz 天线配置建议。

1 700 MHz 频段5G 建设需求

5G 技术是移动互联网和物联网的重要载体，将广泛应用于智慧家庭、远程医疗、远程教育、工业制造等领域。依据市场研究公司ABI Research 发布的报告，4G 时代80%的流量发生在室内，因此在5G 网络建设阶段要充分考虑室内应用需求，在室内场景达到高速率、低时延、高可靠的目标。在某地热点区域开展MR（measurement report）覆盖统计分析发现，当仅使用2.6 GHz 频段与4G 共站址建设5G 基站时，该地区MR 覆盖电平低于－95 dBm 的采样点占比高于10%，这将会导致部分5G 终端的业务仍由4G 网络承载，严重影响5G 用户感知。进一步分析发现，由于2.6 GHz 频段频率较高，单独通过2.6 GHz 频段5G 宏基站很难实现较好的室内深度覆盖，而大规模建设5G 室内分布式系统投资高、物业协调难度大。因此，为实现5G 独立组网的建设需求，应当重点提升宏蜂窝基站覆盖能力，实现室内深度覆盖。

另一方面，对广大农村区域，通过传播模型定量分析发现，为达到与900 MHz 频段4G 网络相同的覆盖能力，农村地区需要增加数倍2.6 GHz频段5G 基站，而农村区域投资收益率低，进行大规模5G 网络建设成本将无法收回。因此，如果没有低频段用于农村区域5G 网络建设，运营商农村区域5G 网络的建设进度将大大减缓，从而农村与城市间的“数字鸿沟”进一步拉大。

结合上述分析可知，为满足5G 网络深度覆盖和农村广域覆盖需求，引入低频段的混合组网策略是5G 网络建设的最佳选择。在多方的努力下，中国移动已经与中国广电签署5G 共建共享合作框架协议，基于“平等自愿，共建共享，合作共赢，优势互补”的总体原则，开展5G 共建共享以及内容和平台合作[6]。

2 700 MHz 频段5G 性能测试

2.1 700 MHz 覆盖性能

700 MHz 的广域覆盖性能是制定宏基站组网规划和建设方案的关键，本文采用拉远测试的方法对典型广域场景5G 700 MHz 基站的覆盖能力进行研究。基站配置基本参数如图1 所示，测试场景为空旷环境，周边无高层建筑遮挡。

在图1 典型参数配置下的实测数据显示，信号覆盖强度随测试线路的远离而衰减，在RSRP（reference signal receiving power）为－110 dBm 时，700 MHz 频段的拉远测试距离达到了7.1 km，边缘下载速率为30.3 Mbit/s，边缘上传速率为5.2 Mbit/s，广域覆盖距离远高于2.6 GHz 频段。

图1 基站配置基本参数

为了更好地指导700 MHz 频段5G 网络建设工作，本文进一步对不同挂高、功率和加扰的700 MHz 频段5G 覆盖能力进行详细测试与对比分析，其中，天线高度选择48 m /30 m 两种挂高，发射功率选择240 W/160 W 两种配置，下行加扰方式选择空扰/50%加扰两种场景。

在上行边缘速率为3 Mbit/s 时，对应的覆盖距离和下行速率对比结果如图2 所示。在天线高度方面，48 m 挂高较30 m 挂高覆盖距离增长2 153 m，但下行速率无明显增益；在抗干扰方面，加扰50%与无加扰相比，覆盖距离和速率都有下降明显，覆盖距离收缩841 m、下行速率降低约46.9%；小区功率设置240 W 时覆盖距离7 815 m，较功率设置160 W 时覆盖距离增长1 605 m。通过实测数据分析可以看出，700 MHz 广域覆盖能力较强，但干扰因素对700 MHz 性能影响较大，因此在700 MHz 网络建设时，应重点关注其超远覆盖带来的网内同频干扰问题，尽量降低网内干扰对网络性能的影响。

图2 不同场景下覆盖距离和下行速率对比结果

2.2 700 MHz 峰值速率

700 MHz 频段上下行峰值速率是支撑网络容量规划的关键。本文在某地市选择无电磁环境干扰区域建设5G 实验站点开展峰值速率测试研究，主测小区的天线挂高、方位角、下倾角、功率等参数配置见表1。

表1 峰值速率测试站点配置情况

根据理论分析，在700 MHz 频段小区采用2×30 MHz 带宽、4T4R 天线配置时，单用户上、下行峰值速率分别为179 Mbit/s 和348 Mbit/s，实际测试700 MHz 频段5G小区的单用户下行峰值速率可达340 Mbit/s，上行峰值速率可达174 Mbit/s，实测结果略小于理论计算值，符合研究预期。同时，本文对2×20 MHz 频率配置时的上下行峰值速率进行了测试分析，实测结果显示在2×20 MHz 带宽配置的下行峰值速率可达220 Mbit/s，上行峰值速率可达117 Mbit/s，相比2×30 MHz 带宽配置均下降35%左右，但与上下行理论峰值速率119 Mbit/s、232 Mbit/s 相比基本相符，具体上下行峰值速率测试结果见表2。

表2 峰值速率测试结果

通过峰值速率测试分析可以看出，相比于4G 网络，700 MHz 5G 网络采用2×20 MHz 或2×30 MHz 带宽配置均能获得较好的上下行峰值速率，可以为用户提供更好的数据业务体验。但是，700 MHz 带宽较窄，相比2.6 GHz 频段5G 网络下行峰值速率劣势明显（与2.6 GHz 频段5G 网络的下行峰值速率实测值相比下降60%以上），因此在用户密集的高业务量区域建议使用2.6 GHz 频段进行容量层的连续覆盖。另外，700 MHz 频段5G 网络采用频分双工（frequency division duplexing，FDD）制式，与2.6 GHz 频段的TDD 制式相比，上行为全时隙传输，可应用于上行大带宽传输的业务场景。

2.3 700 MHz 穿透能力

700 MHz 频段良好的穿透能力有望为5G 网络室内深度覆盖提供切实可行的解决方案。本文穿透能力测试选择距离主测小区200 m 的4 层矮楼，该楼一般墙体厚度约为20 cm，且楼内包括其他材质的墙体与门窗，方便进行多场景穿透性能对比测试，穿透能力测试环境示意图如图3 所示。

图3 穿透能力测试环境示意图

为了保证测试结果能有效指导网络的部署与建设，不同频段的穿透能力测试在同等条件进行。在图3 中A、B、C、D 点分别进行穿透能力测试，经过多轮次、多点位测试，统计均值显示700 MHz频段墙体损耗约为9.5 dB，且相比其他频段穿透性能优势明显：700 MHz 频段相比1.8 GHz 穿透损耗低约4.2 dB，相比2.6 GHz 频段穿透损耗低约7 dB，相比3.5 GHz 频段穿透损耗低10.5 dB。不同频段墙体穿透损耗如图4 所示。

图4 不同频段墙体穿透损耗

除一般墙体穿透损耗测试外，本文用700 MHz、1.8 GHz、2.6 GHz 频段信号对不同材质门窗、墙体的穿透损耗进行了测试对比分析，具体结果见表3。分析发现，700 MHz 频段对不同墙体、不同材质门窗的穿透损耗相比于2.6 GHz 频段至少有3 dB 以上的增益，而在防盗门、防火门、地下通道等场景穿透损耗优势更为明显，有近10 dB 的增益。

表3 不同墙体、门穿透损耗（单位为dB）

考虑后续中国移动700 MHz 频段5G 基站的建设将主要依托于目前900 MHz 频段4G 基站，本文分别选择别墅群、低层楼宇、自建房等区域开展700 MHz 频段与900 MHz 频段的穿透损耗对比测试。穿透能力对比如图5 所示。分析结果看出，相比于900 MHz 频段，700 MHz 频段的穿透性能在以上3 种场景均有3 dB 以上的优势，如在底层楼宇场景700 MHz 频段的穿透损耗为9.09 dB，而900 MHz频段的穿透损耗为12.81 dB。

图5 700 MHz 频段与900 MHz 频段穿透能力对比

对700 MHz 频段穿透能力测试与分析发现，其相比2.6 GHz 频段穿透性能优势十分明显，非常适用于密集城区、一般城区、农村等区域的室内深度覆盖场景。同时，在后续700 MHz 频段的建设过程中，可基于目前已有的900 MHz 频段4G 站点快速建设一张连续、满足室内深度覆盖要求的5G 网络，从而保障用户基础5G 服务或VoNR 服务。

2.4 700 MHz 频段VoNR 业务能力

700 MHz 频段5G 网络的广域覆盖与深度覆盖优势将有力促进VoNR 业务的商用进程，为了支撑700 MHz 频段面向VoNR 业务的网络规划工作，本文对700 MHz 频段VoNR 业务呼叫发起门限（起呼门限）开展测试研究。

在测试过程中，两部手机分别安放在700 MHz频段5G 网络覆盖边缘区域和覆盖中心区域，覆盖边缘区域的终端通过VoNR拨打中心区域的VoNR终端，研究拨打的VoNR 成功率为100%和95%对应的RSRP 和SINR 门限值，测试结果见表4。

表4 不同接通率条件下VoNR 起呼门限

从测试结果可以看出，VoNR 业务接通率95%对应的RSRP 值为-114.7 dBm，对应的SINR 为0.49 dB；相比之下VoNR 业务接通率100%对应的RSRP 值为-110.94 dBm，对应的SINR 为0.02 dB；而在RSRP 值为-118 dBm 且SINR 为0.13 dB 时，VoNR 业务的接通率下降至0%。

基于以上测试结果，在5G 网络700 MHz 频段覆盖良好区域语音建议采用VoNR，而当起呼成功率低于95%时设置禁止VoNR 起呼，通过EPS FB（evolved packet system fallback）回落至4G 网络进行VoLTE，因此建议终端用700 MHz 频段5G 网络时，当RSRP小于-114 dBm时禁止VoNR起呼，通过EPS回落4G 发起VoLTE 业务，从而保障语音业务质量。

3 700 MHz 频段组网与建设方案建议

700 MHz 频段的引入为解决现有5G 网络广域覆盖和深度覆盖能力不足的问题提供了频率基础[7]。本文基于700 MHz 频段测试结论和2.6 GHz及4.9 GHz 频段5G 网络特点，对700 MHz 频段5G 网络组网和建设方案提出建议。

3.1 700 MHz 频段5G 网络定位

对于城区、县城或重点乡镇区域，用户相对集中对数据速率及VoNR 服务均有较高的质量要求，因此需要在保证连续覆盖和深度覆盖的基础上，提供大容量数据业务服务。基于以上考虑，建议在上述场景实现700 MHz 和2.6 GHz 频段5G 小区的连续覆盖，700 MHz 作为底层网络提供广覆盖能力并保障VoNR 业务质量，2.6 GHz 频段用于提供大容量数据业务，4.9 GHz 频段则按需进行城市热点区域容量补充或垂直行业5G 专网建设。对于地域广阔的农村区域，建议700 MHz 频段在用户集中的区域提供连续覆盖及深度覆盖能力，2.6 GHz 频段根据业务发展情况仅在热点区域进行建设，4.9 GHz频段只针对垂直行业应用区域进行5G 专网建设。5G 多频组网覆盖如图6 所示。

图6 5G 多频组网覆盖

3.2 700 MHz 频段5G 网络建站建议

基于700 MHz 频段在5G 多频组网中的定位，在建设初期，合理配置天线挂高、方位角、下倾角[8-9]，最大化保证700 MHz 网络效率，保证网络覆盖结构、控制网络干扰的重要途径。本文基于测试结果及网络建设优化经验，提出700 MHz 频段5G 网络天馈建设建议。

· 天线挂高：县城和城区天线挂高应高于周围建筑平均高度3 m 以上，建议挂高在28～35 m；农村区域天线挂高建议在38 m以上，需要局部重点保障覆盖的区域可采用拉远方式。

· 天线方向角：方位角根据业务量分布情况做调整，主覆盖方向、信号好点在用户最密集的区域，原则上道路通过天线旁瓣覆盖。

· 天线下倾角：农村场景倾角0o～2o，城市场景倾角2o～5o，在进行覆盖或干扰优化控制时，优先进行天线电子倾角调整，电子倾角不满足需求后才调整机械倾角。

4 结束语

为了更好地促进5G 网络的建设与发展，本文对700 MHz 频段应用于5G 网络的需求进行分析，并对700 MHz 频段的覆盖性能、穿透性能、峰值速率、VoNR 能力等开展了详细的测试分析工作，充分证明700 MHz 频段可有效解决当前5G 网络面临的农村广域覆盖和城市深度覆盖能力不足的问题。基于测试结果，本文对中国移动700 MHz频段5G 网络功能定位与组网方案进行探讨，指导700 MHz 频段5G 基站的建设与天线配置。