胡丹

摘要：通過分析無線鏈路中影響覆蓋的關(guān)鍵參數(shù)，對5G和4G上下行覆蓋差異進(jìn)行對比。5G 3.5 GHz的下行覆蓋能力占優(yōu)，理論計(jì)算比4G 1.8 GHz強(qiáng)5.8 dB。3.5 GHz上行覆蓋能力存在劣勢，理論計(jì)算比4G 1.8 GHz弱10.4 dB。5G 3.5 GHz的上行是覆蓋瓶頸，現(xiàn)有站址密度無法滿足5G覆蓋需求，1：1共站址規(guī)劃的同時，需根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求引導(dǎo)5G建設(shè)。

關(guān)鍵詞：4G/5G;無線鏈路;覆蓋差異

1? ?引言

當(dāng)前，全球已進(jìn)入5G商用部署的關(guān)鍵期。5G引入了C-band（3.4 GHz—4.9 GHz）和毫米波段，從覆蓋能力和產(chǎn)業(yè)支持度上來看，3.5G頻段會是5G初期建網(wǎng)的主力頻段。5G的頻段更高，信號傳播損耗大、信道變化快、繞射能力差。相比4G，5G采用更寬的頻譜，更加靈活高效的空中接口技術(shù)及超大規(guī)模天線，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。在規(guī)劃中，應(yīng)充分考慮各項(xiàng)無線性能特點(diǎn)，量化4G/5G的上下行覆蓋差異，指導(dǎo)5G建設(shè)。

2? ? 5G與4G無線鏈路差異

5G與4G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法基本一致，通過鏈路預(yù)算對比覆蓋差異。現(xiàn)階段5G鏈路預(yù)算多為eMBB場景，形式上與4G近似，相當(dāng)于升級版本的Pre5G。4G/5G主要無線鏈路參數(shù)差異如表1所示。

以下對影響4G/5G無線覆蓋性能的關(guān)鍵項(xiàng)，如空中接口技術(shù)、基站主設(shè)備、天饋線、移動終端、傳播模型及穿透損耗進(jìn)行詳細(xì)對比。

2.1? 空中接口技術(shù)

5G取消了5 MHz以下的小區(qū)帶寬，大帶寬是5G的典型特征。5G定義小區(qū)最大帶寬與頻段相關(guān)，Sub 6G小區(qū)最大小區(qū)帶寬為100 MHz，毫米波最大小區(qū)帶寬為400 MHz。以100 MHz小區(qū)帶寬為例，是TD-LTE單小區(qū)20 MHz的5倍。

5G空口繼承4G正交頻分多址技術(shù)，同時引入更好的濾波技術(shù)，減少對保護(hù)帶寬的要求，提升了頻譜利用率。與 LTE上行僅采用 DFT-S-OFDM波形不同，NR上行同時采用CP-OFDM和DFT-S-OFDM兩種波形，可根據(jù)信道狀態(tài)自適應(yīng)轉(zhuǎn)換。CP-OFDM波形是一種多載波傳輸技術(shù)，在調(diào)度上更加靈活，在高信噪比環(huán)境下鏈路性能較好，適用于小區(qū)中心用戶。

5G兼容LTE調(diào)制方式，同時引入比LTE更高階的調(diào)制技術(shù)。R15版本最大調(diào)制效率可支持256QAM，后續(xù)版本會支持1024QAM，進(jìn)一步提升頻譜效率，提供更高的吞吐量。LTE業(yè)務(wù)信道采用Turbo碼、控制信道采用卷積碼，5G NR則在業(yè)務(wù)信道采用LDPC碼、控制信道主要采用Polar碼。LDPC碼可并行解碼，對高速業(yè)務(wù)支持好，Polar碼則對小包業(yè)務(wù)編碼性能突出。

相比于LTE采用相對固定的空口參數(shù)，5G NR設(shè)計(jì)了一套靈活的幀結(jié)構(gòu)，加快上下行轉(zhuǎn)換，減少等待時間。3.5G NR有0.5/1/2/2.5/5/10等多種幀長配置。子載波間隔可選擇15 kHz/30 kHz/60 kHz，子載波帶寬增大，最小調(diào)度資源的時長（slot）減小。對應(yīng)30 kHz，slot為0.5 ms，比4G slot的1 ms減小0.5 ms。uRLLC 0.5 ms時延，30 kHz子載波間隔將成為國內(nèi)eMBB空口配置首選。5G初期采用TDD制式，上下行配比主要由上下行業(yè)務(wù)、覆蓋決定，典型的時隙配比有：

（1）2.5 ms單周期，時隙配比4：1（DDDSU）：推薦中國電信、中國聯(lián)通采用;

（2）2.5 ms雙周期，時隙配比7：3（DDDSU+DDSUU）：推薦中國移動采用;

（3）5 ms單周期，時隙配比8：2（DDDDDDDDSUU）：推薦中國移動采用。

2.2? 無線主設(shè)備

5G RAN架構(gòu)從4G的BBU和RRU兩級結(jié)構(gòu)演進(jìn)到CU、DU和AAU三級結(jié)構(gòu)。將4G的BBU基帶部分拆分成CU和DU兩個邏輯網(wǎng)元，而射頻單元及部分基帶物理層底層功能與天線構(gòu)成AAU。5G組網(wǎng)方式更加靈活，滿足5G需求的多樣化，適合多場景組網(wǎng)。

目前多廠家典型C-band設(shè)備發(fā)射功率為200 W，即53 dBm。毫米波設(shè)備發(fā)射功率僅供參考，以廠家實(shí)際產(chǎn)品能力為準(zhǔn)。

2.3? 天線

對比4G，5G NR采用Massive MIMO技術(shù)，天線數(shù)及端口數(shù)有大幅度增長。Massive MIMO對每個天線進(jìn)行加權(quán)，控制大規(guī)模的天線陣列，通過業(yè)務(wù)信道賦形方向動態(tài)調(diào)整和廣播信道場景化波束掃描來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)覆蓋。賦形增益可以補(bǔ)償無線傳播損耗，用于提升小區(qū)等多場景覆蓋，如廣域覆蓋、深度覆蓋、高樓覆蓋。5G射頻模塊與天線結(jié)合，一體化集成。3.5 GHz 64T64R配置，單極化天線增益規(guī)格為24 dBi，單通道天線增益為10 dBi，其中14 dB為BF增益。4G采用2T2R，外接獨(dú)立天線，增益17 dBi。4G/5G天饋系統(tǒng)示意圖對比如圖1所示：

3.5G NR天線垂直半功率角更大，因此在天線近點(diǎn)的場強(qiáng)和干擾抑制更好，特別是對于較高的站點(diǎn)，其覆蓋特性差異更為明顯。4G/5G天線參數(shù)對比如表3所示：

2.4? 傳播模型

電磁波的顯著特點(diǎn)是頻率越高，波長越短，越趨近于直線傳播（繞射能力越差）。4G常用的模型是Cost-231。Cost-231模型對Okumura-Hata模型進(jìn)行了頻率擴(kuò)展使之適用到2 GHz頻段，

3GPP TR 36.873定義了3D傳播模型，不同場景對應(yīng)不同尺度衰落模型，相比Cost-231模型，主要區(qū)別在于距離項(xiàng)修改為3D距離，引入街道寬度和平均建筑物高度因子，模型公式如下：

TR 36.873支持頻率范圍從0.5 GHz到6 GHz，分為三種模型：Uma、Rma和Umi。Uma/Rma/Umi適用頻段2 GH～6 GHz，TR 38.901演變后擴(kuò)展到0.5 GHz～100 GHz。因此，模型均適用于5G初期頻段。