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2020/1/8 10:28

深耕4/5G协同技术,实现移动网络4/5G网络协同发展

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2019年是5G元年,国际上美、韩及欧洲多国已实现5G商用,国内四家运营商(移动、电信、联通、广电)在2019年6月正式获得了工信部下发的5G商用牌照,三大运营商(移动、电信、联通)也是纷纷加快了国内5G基础网络建设以及部署。

5G已至,但4G仍将在未来一段时间内在无线通信中居主导地位。以中国移动为例,4G业务量近两年仍将持续增长,预计2021年4G流量将出现拐点,2022年5G用户数可能与4G相当,未来2年国内移动通信仍会以4G为主,因此在发展5G的同时如何保持4G网络性能是运营商面临的重要课题。

来源:中国移动4.9GHz产业与应用白皮书

图1 中国移动4G/5G DOU及成长流量发展预测

中国移动作为国内运营商的龙头企业,获得了2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz共260MHz频率资源。其中4800MHz-4900MHz频段由于频率高、产业不成熟,当前不适合大规模应用,因此2515MHz-2675MHz成为中国移动5G的主频段。

在2515MHz-2675MHz中,并不能全部用于5G,其中2575MHz-2635MHz是中国移动4G现网频段,已在国内广泛应用,如何协调4G、5G的频率应用也是中国移动必须面对的问题。

图2 中国移动2.6G频段现状态

大唐移动针对中国移动的实际情况,深入研究2.6G频段4G、5G共存协同技术,利用多种协同方案,实现4/5G协同发展。

一.NR部署100M, 同时反向开通4G 3D-MIMO,保障4/5G网络容量

5G提升系统容量的一个主要手段是大带宽,2.6G频段可实现单载波100MHz的带宽传输,是LTE的5倍。但中国移动2.6G频段中间60MHz频率已用于现网LTE(2575MHz-2635MHz,共3*20MHz载波,见图2),因此2.6G最大连续带宽只有60M,将严重影响5G性能。

在此情况下,LTE向高频段移频,使5G实现100MHz连续的载波是一种可行的方法。

图3 5G开通100MHz后的频率状态

见上图所示,LTE向高频段移频,5G占用2515MHz-2615MHz频率,共1*100MHz载波,LTE占用2615MHz-2675MHz频率,共3*20MHz载波,与当前LTE 2.6G频段的带宽相等。

上述方案的问题在于,现网LTE 2.6G频段设备只支撑2575MHz-2635MHz,并且对于高频段(2655MHz-2675MHz),现网4G终端只有30%支撑,种种原因综合,导致5G分配100MHz带宽时,必将影响4G现网的容量。

大唐移动据此提供解决方案,开发了4/5G双模设备,在部署的5G基站设备上,可反向开通4G 3D-MIMO功能,共平台支撑4G和5G。

图4 4/5G双模配置示意图

反向开通的3D-MIMO功能,一个20MHz载波容量提升与原LTE相比,覆盖率得到提升,容量提升2.5倍以上,因此3D-MIMO 1-2个载波(2615-2655MHz)可支撑原LTE三个3*20MHz载波的容量,后续随着4G终端对高频段(2655MHz-2675MHz)渗透率的提高,可进一步提高扩容能力。

图5 反向开通3D-MIMO与原LTE小区性能对比

二.4/5G频谱共享提升频谱利用率

在5G初期,5G用户数较少,终端渗透率低,5G载波负荷较低。对于一些热点高负荷区域,4G载波的负荷高,如一些商圈、学校等,即使用满了4G载波仍不够用,高峰期经常发生拥塞现象,影响用户感知。据此,大唐移动开发了4/5G频谱共享功能,实现4/5G频率的共享,提升频谱效率。

图6 频谱共享示意图

从上图可见,在4G与5G交界处,划分一段频率,典型为2575MHz-2615MHz,共40M带宽,4/5G小区间通过信息交互,当4G负荷高时可以用于4G,5G负荷高时可以用于5G。当4G、5G负荷均比较高时,可根据运营商策略,优先保证4G 或5G用户。5G建网初期4G用户容量需求大,建议优先保证4G用户体验。通过频率共享,可使5G总频谱效率提升超过20%。

图7 频谱共享时5G频率效率提升

三.通过多种方案规避4/5G间互干扰

5G初期,可能存在部分4G站点无法退频的情况,形成4/5G部分频率(2575-2615MHz)同覆盖的现象,对5G形成强干扰,严重影响5G性能。在5G预商用网中,该情况已经出现,严重影响5G的感知。

大唐移动从现网应用出发,实现下行频率选择功能及上行IOT干扰规避功能,避免4/5G形成强的互干扰,影响网络性能。

  • 下行频率选择

基于用户在频域的信道质量进行资源优先级排序,优先分配传输能力好的资源,将用户调度到未受干扰或者干扰较轻的频率上。通过用户级频率选择,有助于抑制4/5G邻区干扰,同时有利于达到小区频谱效率的最大化。

图8 上行频率选择

  • 上行IOT干扰规避

5G NR小区统计上行频域干扰测量结果,优先选择干扰较低的频率资源用于上行业务传输。对于上行干扰大,超过规定门限的频率资源,暂时禁止在其上进行业务传输。当再次测试到这些频率上的干扰信号低于门限时,重新启用在该频率上传输上行业务。

图9 上行IOT干扰规避

移动网络每次更新换代,原有网络均会存在较长时间,4/5G网络也一样,因此,4/5G网络并存情况下如何使4G、5G网络性能均得到提升是个长期的研究课题。大唐移动除上述功能外,还对4/5G协同节能、4/5G功率共享等特性进行研究开发,通过各种手段促进4/5G协同发展,为4/5G移动网络性能的稳步提升保驾护航。

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