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2020/1/8 10:28

深耕4/5G協同技術,實現移動網絡4/5G網絡協同發展

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2019年是5G元年,國際上美、韓及歐洲多國已實現5G商用,國內四家運營商(移動、電信、聯通、廣電)在2019年6月正式獲得了工信部下發的5G商用牌照,三大運營商(移動、電信、聯通)也是紛紛加快了國內5G基礎網絡建設以及部署。

5G已至,但4G仍將在未來一段時間內在無線通信中居主導地位。以中國移動為例,4G業務量近兩年仍將持續增長,預計2021年4G流量將出現拐點,2022年5G用戶數可能與4G相當,未來2年國內移動通信仍會以4G為主,因此在發展5G的同時如何保持4G網絡性能是運營商面臨的重要課題。

來源:中國移動4.9GHz產業與應用白皮書

圖1 中國移動4G/5G DOU及成長流量發展預測

中國移動作為國內運營商的龍頭企業,獲得了2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz共260MHz頻率資源。其中4800MHz-4900MHz頻段由于頻率高、產業不成熟,當前不適合大規模應用,因此2515MHz-2675MHz成為中國移動5G的主頻段。

在2515MHz-2675MHz中,并不能全部用于5G,其中2575MHz-2635MHz是中國移動4G現網頻段,已在國內廣泛應用,如何協調4G、5G的頻率應用也是中國移動必須面對的問題。

圖2 中國移動2.6G頻段現狀態

大唐移動針對中國移動的實際情況,深入研究2.6G頻段4G、5G共存協同技術,利用多種協同方案,實現4/5G協同發展。

一.NR部署100M, 同時反向開通4G 3D-MIMO,保障4/5G網絡容量

5G提升系統容量的一個主要手段是大帶寬,2.6G頻段可實現單載波100MHz的帶寬傳輸,是LTE的5倍。但中國移動2.6G頻段中間60MHz頻率已用于現網LTE(2575MHz-2635MHz,共3*20MHz載波,見圖2),因此2.6G最大連續帶寬只有60M,將嚴重影響5G性能。

在此情況下,LTE向高頻段移頻,使5G實現100MHz連續的載波是一種可行的方法。

圖3 5G開通100MHz后的頻率狀態

見上圖所示,LTE向高頻段移頻,5G占用2515MHz-2615MHz頻率,共1*100MHz載波,LTE占用2615MHz-2675MHz頻率,共3*20MHz載波,與當前LTE 2.6G頻段的帶寬相等。

上述方案的問題在于,現網LTE 2.6G頻段設備只支持2575MHz-2635MHz,并且對于高頻段(2655MHz-2675MHz),現網4G終端只有30%支持,種種原因綜合,導致5G分配100MHz帶寬時,必將影響4G現網的容量。

大唐移動據此提供解決方案,開發了4/5G雙模設備,在部署的5G基站設備上,可反向開通4G 3D-MIMO功能,共平臺支持4G和5G。

圖4 4/5G雙模配置示意圖

反向開通的3D-MIMO功能,一個20MHz載波容量提升與原LTE相比,覆蓋率得到提升,容量提升2.5倍以上,因此3D-MIMO 1-2個載波(2615-2655MHz)可支持原LTE三個3*20MHz載波的容量,后續隨著4G終端對高頻段(2655MHz-2675MHz)滲透率的提高,可進一步提高擴容能力。

圖5 反向開通3D-MIMO與原LTE小區性能對比

二.4/5G頻譜共享提升頻譜利用率

在5G初期,5G用戶數較少,終端滲透率低,5G載波負荷較低。對于一些熱點高負荷區域,4G載波的負荷高,如一些商圈、學校等,即使用滿了4G載波仍不夠用,高峰期經常發生擁塞現象,影響用戶感知。據此,大唐移動開發了4/5G頻譜共享功能,實現4/5G頻率的共享,提升頻譜效率。

圖6 頻譜共享示意圖

從上圖可見,在4G與5G交界處,劃分一段頻率,典型為2575MHz-2615MHz,共40M帶寬,4/5G小區間通過信息交互,當4G負荷高時可以用于4G,5G負荷高時可以用于5G。當4G、5G負荷均比較高時,可根據運營商策略,優先保證4G 或5G用戶。5G建網初期4G用戶容量需求大,建議優先保證4G用戶體驗。通過頻率共享,可使5G總頻譜效率提升超過20%。

圖7 頻譜共享時5G頻率效率提升

三.通過多種方案規避4/5G間互干擾

5G初期,可能存在部分4G站點無法退頻的情況,形成4/5G部分頻率(2575-2615MHz)同覆蓋的現象,對5G形成強干擾,嚴重影響5G性能。在5G預商用網中,該情況已經出現,嚴重影響5G的感知。

大唐移動從現網應用出發,實現下行頻率選擇功能及上行IOT干擾規避功能,避免4/5G形成強的互干擾,影響網絡性能。

  • 下行頻率選擇

基于用戶在頻域的信道質量進行資源優先級排序,優先分配傳輸能力好的資源,將用戶調度到未受干擾或者干擾較輕的頻率上。通過用戶級頻率選擇,有助于抑制4/5G鄰區干擾,同時有利于達到小區頻譜效率的最大化。

圖8 上行頻率選擇

  • 上行IOT干擾規避

5G NR小區統計上行頻域干擾測量結果,優先選擇干擾較低的頻率資源用于上行業務傳輸。對于上行干擾大,超過規定門限的頻率資源,暫時禁止在其上進行業務傳輸。當再次測試到這些頻率上的干擾信號低于門限時,重新啟用在該頻率上傳輸上行業務。

圖9 上行IOT干擾規避

移動網絡每次更新換代,原有網絡均會存在較長時間,4/5G網絡也一樣,因此,4/5G網絡并存情況下如何使4G、5G網絡性能均得到提升是個長期的研究課題。大唐移動除上述功能外,還對4/5G協同節能、4/5G功率共享等特性進行研究開發,通過各種手段促進4/5G協同發展,為4/5G移動網絡性能的穩步提升保駕護航。

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