5G室內(nèi)和室內(nèi)的同頻組網(wǎng)測試分析

5G NR網(wǎng)絡(luò)一般采用100MHz帶寬，相比4G的20MHz具有5倍帶寬優(yōu)勢，未來可支持具有更高速率、更高可靠性、更低時延等特性的業(yè)務(wù)種類，從而滿足用戶更為豐富多樣的業(yè)務(wù)需求。相比4G時代具有較多可用頻率的情況，5G面臨室內(nèi)外頻率分配較為緊張的局面，為此，需要在為用戶提供高帶寬業(yè)務(wù)及引入干擾、相對低帶寬業(yè)務(wù)及無干擾之間做取舍。

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)性能分析

4G網(wǎng)絡(luò)室外一般采用F頻段、D頻段，室內(nèi)覆蓋基站采用E頻段，室內(nèi)外普遍為異頻組網(wǎng)。由于5G NR網(wǎng)絡(luò)的4.9GHz頻段產(chǎn)業(yè)相對滯后且頻率稍高，先期不會作為室外連續(xù)組網(wǎng)或者室內(nèi)覆蓋主用頻段；而目前在2.6GHz頻段的分配帶寬共計160MHz，如果5G仍然采用室內(nèi)外異頻組網(wǎng)，則體現(xiàn)不出NR大帶寬的優(yōu)勢，頻譜效率較低，難以為用戶提供更高速率的業(yè)務(wù)。再者，5G大帶寬、波束掃描等技術(shù)對同頻干擾抑制能力更強(qiáng)，在初期網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不高時更為有效。因此，5G在2.6GHz采用室內(nèi)外同頻組網(wǎng)具有一定的可行性，是頻譜效率最優(yōu)的一種方式，在現(xiàn)階段5G組網(wǎng)方案中可能將是主要選擇方式。

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)主要影響因素

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)相比異頻組網(wǎng)，主要是會引入干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能惡化，用戶業(yè)務(wù)速率減低。主要的差異如表1所示。

表1 ?室內(nèi)外同異頻組網(wǎng)差異對比

如表2所示，根據(jù)4G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)測試結(jié)果，高層用戶駐留室內(nèi)覆蓋基站，在宏站忙時（平均PRB利用率40%）和閑時（平均PRB利用率22%），平均下行SINR下降不明顯，平均下行吞吐量損失1.5% ；低層駐留室內(nèi)覆蓋基站，在宏站忙時（平均PRB利用率58.1%）和閑時（平均PRB利用率27.2%），平均下行 SINR下降2dB；平均下行吞吐量損失20.5%，主要是由于SINR差異導(dǎo)致的RANK流數(shù)差異。

表2 ?4G室內(nèi)外同異頻組網(wǎng)測試性能對比

此外，在5G時代，室內(nèi)外電平對比關(guān)系也發(fā)生了變化，同頻組網(wǎng)面臨著更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。4G宏站與室內(nèi)覆蓋在淺層區(qū)域的電平關(guān)系分別為-115~-113dBm和-105dBm，而5G由于室外宏基站采用64T64R的多通道設(shè)備，宏站與室內(nèi)覆蓋在淺層區(qū)域的電平關(guān)系為-103dBm和-105dBm。由此可見，5G室外基站覆蓋的性能增強(qiáng)，進(jìn)入室內(nèi)后可能導(dǎo)致某些區(qū)域室外基站電平高于室內(nèi)電平或者與之相當(dāng)，對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)測試分析

根據(jù)5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)測試結(jié)果，在宏站中近點，用戶駐留5G室分，50%加擾條件下相比空擾速率損失13.5%；在宏站中遠(yuǎn)點，50%加擾條件下相比空擾速率損失5.31%（如圖1所示）。

圖1 ?5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)性能差異

但是相比駐留宏站，宏站中近點用戶駐留5G室分在空擾條件下，平均下行速率約為駐留宏站的3.5倍，50%加擾條件下，平均下行速率為駐留宏站的3倍，宏站中遠(yuǎn)點用戶提升速率更為明顯。類比4G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)部署室內(nèi)覆蓋基站前后，下行平均PDCP吞吐量在高層多隔斷場景提升596.9%，在1層開闊場景提升305.3%?？梢?，雖然室內(nèi)外同頻組網(wǎng)對于網(wǎng)絡(luò)引入干擾，業(yè)務(wù)速率有一定的損失，用戶業(yè)務(wù)感知會部分程度的降低，但是部署室內(nèi)覆蓋后，室內(nèi)總體容量會得到較為明顯的提升。

根據(jù)試驗網(wǎng)室內(nèi)外同頻組網(wǎng)測試，在樓宇室內(nèi)環(huán)境下分析RSRP與速率的關(guān)系，在同等RSRP信號強(qiáng)度下，宏站中遠(yuǎn)點用戶駐留5G室分時的下行速率高于駐留5G宏站。此時宏站在室內(nèi)信號強(qiáng)度低，平均速率與邊緣速率明顯低于駐留5G室分，具體見表3。

表3 ?5G宏站近點與遠(yuǎn)點測試性能對比

根據(jù)表3中宏站超近點的測試情況，用戶駐留5G宏站，在1層全開闊環(huán)境，與宏站輻射方向正對，傳播環(huán)境好，駐留5G宏站的整體速率與駐留5G室分相當(dāng)；而在29層，駐留室分的下行平均速率高于駐留宏站，邊緣速率劣于駐留宏站?？梢?，即使是宏站超近點，由于天線主瓣方向、下傾角度、樓宇內(nèi)部結(jié)構(gòu)等各種條件不同，宏站在室內(nèi)的信號覆蓋強(qiáng)度、業(yè)務(wù)速率方面也有較大差異。

由上述測試基本可以得到，宏站中遠(yuǎn)點用戶駐留室分的速率優(yōu)于駐留宏站，宏站近點用戶駐留宏站的速率與駐留室分相比可能較優(yōu)或者相當(dāng)。

如圖2、圖3所示，基于5G試驗網(wǎng)外場測試的部分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)RSRP覆蓋電平較高時（高于-85dBm），相同RSRP條件下5G室內(nèi)覆蓋相比室外宏站提供的用戶速率更高；當(dāng)RSRP覆蓋電平較低時（低于-85dBm），室外宏站提供的用戶速率更高。

圖2 ?5G室內(nèi)覆蓋與宏站在相同RSRP條件下下行速率的比較

圖3 ?5G室內(nèi)覆蓋與宏站在相同RSRP條件下上行速率的比較

從以上測試可初步認(rèn)為，5G室內(nèi)覆蓋基站可保證在室內(nèi)中心區(qū)域的較優(yōu)容量性能；在室內(nèi)窗邊區(qū)域，如果室外宏站信號較好，可以由室外宏站來吸收話務(wù)。

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)方案建議

室內(nèi)覆蓋設(shè)計受物業(yè)協(xié)調(diào)、施工難度等因素影響，除了商場、場館等少量場景以外，室分天線點位絕大多數(shù)只能布放于走廊區(qū)域，因而對于窗邊區(qū)域覆蓋能力有限。因此，5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)主要干擾來自室內(nèi)窗邊區(qū)域，室外對室內(nèi)的干擾更為嚴(yán)重。

后續(xù)，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)中，在宏站可以保證良好覆蓋的室內(nèi)區(qū)域可以由宏站承擔(dān)覆蓋，對于室內(nèi)有較高容量需求、且宏站覆蓋室內(nèi)不足的場景仍需建設(shè)5G室內(nèi)覆蓋確保業(yè)務(wù)滿足。

室外宏站在室內(nèi)的傳播衰減快、鄰區(qū)多，對于中大型建筑物的覆蓋效果仍有限，因此對于高流量及高價值場景，建設(shè)室分并形成主導(dǎo)信號是保證用戶體驗和室內(nèi)容量的基礎(chǔ)；對于中低價值場景，應(yīng)根據(jù)宏站覆蓋情況采取針對性的設(shè)計，室分設(shè)計“有進(jìn)有退”。

由于現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)DAS方式規(guī)模占比較高，因此針對于此的改造建設(shè)將格外需要得到關(guān)注：對于大型場館、交通樞紐、大型商場等高流量、高價值場景，可建設(shè)分布式皮基站滿足5G容量需求；對于停車場、一般寫字樓、酒店等低容量場景，可直接采取5G信源饋入方式，天線點位不動；對于普通容量場景，在室內(nèi)外基站信號均不理想的窗邊區(qū)域，建議優(yōu)先調(diào)整室外宏站，保證室內(nèi)窗邊區(qū)域信號覆蓋。

此外，針對室內(nèi)外同頻組網(wǎng)在參數(shù)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面還應(yīng)采取針對性的策略。一是PRB分配錯開，即對于宏站和室內(nèi)覆蓋基站采用調(diào)度起始位置的錯開，比如PRB分別從高和從低序號分配。二是通過犧牲一定的容量來降低同頻干擾，例如采取室內(nèi)外協(xié)同頻域錯開方式，尤其是中低負(fù)荷場景；通過同廠家宏站室分多點協(xié)同特性（宏站及室分小區(qū)間上下行聯(lián)合發(fā)送與接收，同時消除上下行干擾），降低網(wǎng)絡(luò)整體干擾，提升性能，解決室內(nèi)外切換時引起的掉話或速率下降等問題。三是采用室內(nèi)外波束協(xié)同管理，通過調(diào)整同頻相鄰小區(qū)用戶的波束方向，使得宏站波束對室分邊緣用戶進(jìn)行避讓，提升用戶頻譜效率。但算法實現(xiàn)起來較為困難，還需持續(xù)關(guān)注。

結(jié)束語

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)對于室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能、業(yè)務(wù)速率帶來了一定的影響，但是考慮頻譜效率影響，目前在總帶寬受限的情況下仍可以提供相對于異頻方式更高的網(wǎng)絡(luò)容量。后續(xù)需密切關(guān)注網(wǎng)絡(luò)實際建成的效果，研究同頻干擾的抵抗措施，研究室內(nèi)外規(guī)劃更為精細(xì)化的設(shè)計方案，尤其是針對不同場景、同一場景不同功能區(qū)域進(jìn)行差異化方案設(shè)計，從而提升5G網(wǎng)絡(luò)的整體性能，更好地滿足用戶需求。