3.5GHz NR SA部署可行性分析和验证

中兴通讯无线方案架构师王晓明

随着5G的第一版标准临近发布，全球领先运营商都开始了5G初始部署的准备工作。由于3.5GHz（3.3~3.8GHz）频段是5G初期部署的主力频段，因此3.5GHz NR的覆盖能力将对运营商部署方式的选择产生很大的影响。目前有很多运营商倾向于NSA（Non Standalone）方式的部署，因为他们担心3.5GHz NR无法提供连续覆盖的能力。为了深入研究这一问题，中兴通讯与合作伙伴一起投入了巨大的精力，包括理论上的分析和实地的测量。基于目前的研究成果，中兴通讯非常有信心地宣布，3.5GHz NR可以提供类似FDD LTE 1.8GHz的覆盖能力，运营商不论是选择SA还是NSA方式组网，覆盖都不会成为一个制约因素。

5G新空口中增强覆盖的技术

一个普遍的观点是，由于3.5GHz会比4G主力频段，比如FDD 1.8GHz或TDD 1.9GHz，遭遇更大的传播损耗，因此3.5GHz的覆盖会比这些4G频段差。但是该观点没有考虑到，由于5G NR是一个全新设计的空口，因此它可以引入很多先进的技术来弥补这些增加的损耗。这些技术主要包括：

●   终端侧的增强：5G的主流终端将会支持上行链路（UL）的双天线发射，并且总发射功率可以到26dBm；而4G终端上行链路只有一个发射天线，总功率23dBm。更高的发射功率以及上行链路的发射预编码，可以很大程度提升NR覆盖。

●    Massive MIMO技术应用：在系统侧，3.5GHz NR的射频通常会设计成支持64或16天线。多天线技术以及由此带来的灵活波束赋形，可以提升上行接收灵敏度，支持MU-MIMO，以及高维的抗干扰。 

●  宽带的巨大差异：通常3.5GHz的载波带宽接近100MHz，而4G LTE最大带宽只有20MHz。这种带宽的优势很容易转换成更少的站间干扰，更宽裕的UL资源分配，从而带来更好的覆盖。
 
链路预算和仿真

针对3.5GHz NR以及几种典型的4G场景，包括FDD 1.8G（2R/4R）, FDD 2.6G（2R/4R）、TDD 1.9G（8R）和TDD 2.3G（8R），我们做了一个详细的链路预算对比。3.5GHz NR考虑四种场景：16天线20% UL、64天线20% UL、16天线40% UL、64天线40% UL。其他假设包括：带宽，NR取100MHz，4G取20MHz；终端天线配置，4G取1T2R 23dBm发射功率，5G NR取2T4R 26dBm发射功率；TD-LTE，UL比率取20%；边缘速率分别选择了2Mbps和1Mbps两种场景进行计算，得到的上行覆盖半径对比见图1。

从图1可以看到，不管是2Mbps还是1Mbps的边缘速率，3.5GHz NR在16天线40% UL，或者64天线20% UL时，与FDD 1.8G（2R）有着相近的覆盖半径；TDD 1.9G（8R）跟3.5GHz在16R 20% UL时很接近。从图1也可以看到，NR更多的天线或者更大的UL比率都会带来更好的覆盖，因为更多的天线会带来更大的多维空间自由度，而更大的UL比率意味着更长的UL发射时间。以上对比都是针对上行链路的，因为不管5G NR还是4G LTE，覆盖都是上行受限；对于下行来说，5G NR会比4G LTE强很多，因为在下行，带宽的优势很容易转换为速率的优势。

关于NR覆盖能力的一个通常误解是，认为NSA可以提升NR的覆盖，但事实并非如此。NSA只是通过低频段的LTE来弥补NR覆盖不足的地方，事实上NSA方式不但不会提升NR覆盖，反而还会带来NR覆盖的降低，因为工作在NSA模式下的终端，在上行链路上需要分配一根天线给4G，从而使得NR在上行链路只有一根天线可用。根据中兴通讯的计算，NSA模式下的NR覆盖半径，相比于SA模式下会有30%左右的收缩。而且，基于TDD的信道互易性，上行的单天线发射也会影响到基站对下行信道的估计，从而导致下行MU-MIMO性能的下降。 

中兴通讯还进一步研究了基于运营商现网的4G站点进行3.5GHz NR部署的覆盖性能。中兴通讯与多个运营商进行了合作，假设在运营商现网4G站点上100%部署3.5GHz的NR网络，然后估算整个区域的覆盖水平。这里举一个例子：某运营商在一块密集城区有102个4G站点，如果在这些站点上全部部署3.5GHz NR网络，97.7%的区域可以获得大于100Mbps的下行速率，96.5%的区域可以获得大于2Mbps的上行速率；如果再增加12个新站点（大约现网站点的10%），上行2Mbps的覆盖率可以提升到98.2%，下行100Mbps的覆盖率可以提升到98.5%。其他案例也能得到类似的结果。

广州5G外场测试

为了更好地了解5G新空口在实际场景的覆盖性能，中兴通讯联合中国移动，在中国广州的5G外场实验地展开了一系列测试。广州5G外场实验局是中兴通讯和中国移动共同建设的全球最大的3.5GHz 5G外场试验基地之一，目前已经有7个站，形成了一片连续的5G NR覆盖区域（见图2）。 

试验双方设计了很多测试案例来验证3.5GHz NR的覆盖性能以及与4G覆盖能力的对比。其中一个测试案例是，在相同的基站工程参数配置情况下，在相同的地点，比较4G和5G NR的上行吞吐量。4G天线和5G AAU安装在同一根抱杆上，具有相同的水平方位角和下倾角。TDD的时隙配比选择SA/SSP = 2/7，5G NR的时隙配比为DL 70%。测试采用一个4G终端和一个5G NR终端，两个终端安装在同一个推车上，使用同样的天线类型（外接天线，全向5dBi），4G配置为1T2R，5G配置为2T2R。两个终端采用full buffer模式进行上行数据发送。初步结果表明，在所有的测试地点，不管是LOS或者是NLOS，5G终端都获得了更好的吞吐量。更多的测试目前正在进行中，测试结果将在后续陆续发布。

总结

不管链路预算分析还是外场实测，3.5GHz NR都展示了类似4G主流频段的覆盖能力。基于现网4G站点的分析也表明，为实现3.5GHz NR的连续覆盖，运营商并不需要很大的投资来增加额外的站点。

为了支持运营商采用SA部署5G NR的需求，中兴通讯将SA版本开发提到和NSA同等重要的位置，并计划在2018年的下半年发布支持SA部署的系统版本。中兴通讯正在与全球领先的运营商，包括中国移动、法国电信、Wind Tre等开展SA模式的5G外场测试，并计划和更多的领先运营商合作进行外场测试，以便更好地理解各种部署模式的优缺点。

总的来讲，中兴通讯认为3.5GHz NR能够提供连续覆盖的能力，在技术上采用SA部署是可行的。对于拥有3.5GHz频段的运营商来说，SA和NSA两种模式在技术上都是可行的。NSA模式可以更快地切入5G市场，并且在初期阶段只需要较少的投资；而SA模式对现网4G的影响最小，而且具有最小的终极成本；运营商可以根据自己的5G战略决定最适合自己的方式。