5G覆盖能力研究

中国联通网络技术研究院无线技术研究部5G覆盖能力研究2二系统仿真一链路预算三探讨结论3估算指定区域内站点数目覆盖需求分析链路预算小区半径单站覆盖面积指定区域内站点数目小区覆盖范围:2R站间距:D=3R单站覆盖面积:1.949×2R×2R4链路预算简介确定单位带宽EIRP•发射功率（单位带宽）＋天线增益－馈线损耗•其他路损（PathLoss）•从发射天线后到接收天线前的路径衰减值•传播模型确定单位带宽最小接收功率•热噪声＋噪声系数＋解调门限•天线增益－馈线损耗－人体损耗其他额外增益和余量•技术增益（MIMO＋TTIBundling等）•穿透损耗＋阴影衰落余量＋干扰余量按照覆盖需求分析确定相关参数，计算单一链路所允许最大的传播损耗，结合特定场景的传播模型确定该链路覆盖范围MAPL=TXEIRP-MinRequiredRxSignalStrength+OtherGain-OtherMargin&LossR=Pathloss_Scenario(MAPL)，上行链路和下行链路分别计算，平衡后得到小区半径5LTE关键参数－编码效率的确定边缘用户速率与编码效率和RB的关系下行速率计算：Service_rate/SER+CRC=（168–36–12）×（Code_rate×ModulationOrder）×NRB×C其中，当天线模式为2T2R时，C等于2；为其他模式时，C等于1。上行速率计算：Service_rate/SER+CRC=（168–24）×（Code_rate×ModulationOrder）×NRB其中，CRC为24比特；MCS效率为Code_rate×ModulationOrder；上/下行业务速率需RB数需MCSMCS效率UL642QPSK0.150.311284QPSK0.130.262564QPSK0.240.495128QPSK0.230.47DL51210QPSK0.220.45102410QPSK0.440.87204820QPSK0.430.86CQIindexmodulationcoderatex1024efficiency0outofrange1QPSK780.15232QPSK1200.23443QPSK1930.3774QPSK3080.60165QPSK4490.8776QPSK6021.1758716QAM3781.4766816QAM4901.9141916QAM6162.40631064QAM4662.73051164QAM5673.32231264QAM6663.90231364QAM7724.52341464QAM8735.11521564QAM9485.55476LTE关键参数-RB数的确定上行RB的确定由于上行终端最大功率固定，上行RB数的确定会同时影响上行发射功率谱密度和编码效率两个参数，因此需要平衡这两个参数实现覆盖最大。•MCS越高，编码效率越高，达到要求的速率所需的RB越少，但其所需的有用信号强度越高•MCS越低，频谱效率越低，达到要求的速率所需的RB越多，但上行发射功率谱密度也越低下行RB的确定由于下行每个RB的功率固定，因此RB配置越多，覆盖距离越大。但需要考虑网络负荷的假设来确定边缘用户下行RB的个数。-10.00-5.000.005.0010.0015.0020.0025.001234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950RB数与编码效率的关系RB功率SINR差值7LTE关键参数－解调门限的确定接收灵敏度：在输入端无外界噪声或干扰条件下，在所分配的资源带宽内，满足业务质量要求的最小接收信号功率。其计算方法为：接收灵敏度=每子载波接收灵敏度+10*lg(需要的子载波数)=背景噪声密度+10×lg(子载波间隔)+噪声系数+解调门限+10×lg(需要的子载波数)其中，背景噪声密度即热噪声功率谱密度，等于波尔兹曼常数k与绝对温度T的乘积，为-174dBm/Hz。子载波间隔为15KHz。解调门限是指信号与干扰和噪声比（SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，SINR）门限，是有用信号相对于噪声的比值，是计算接收机灵敏度的关键参数，是设备性能和功能算法的综合体现，在链路预算中具有极其重要的地位。在LTEFDD系统中，解调门限与频段、信道类型、移动速度、多输入多输出（Multi-inputMulti-output，MIMO）方式、调制编码方式（ModulationandCodingScheme，MCS）、误块率（BLER）等因素相关。85G链路预算引入的参数-波束赋形增益LTE下行链路预算中采用典型的2×2的MIMO配置，基站天线2发2收，终端天线1发2收。LTE链路预算中天线增益取值为18dBi5G引入MassiveMIMO之后，需要对天线增益的参数重新定义。即把其拆为单通道天线（Antennaelement）增益和波束赋形增益两个部分分别计算。1个通道=8个半波振子1个LTE天线=2个通道1个通道=2个半波振子1个5G天线=64个通道单通道增益=单个振子增益（5dB）+10*log（每通道振子数）天线总增益=单通道增益+10*log（通道数）B6G5G天线64通道128天线振子总增益=26dBB6G5G天线64通道192天线振子总增益=27.8dBA6G5G天线2通道512天线振子总增益=32dBA6G5G天线4通道512天线振子5G天线总增益=32dB9阴影衰落阴影效应:是位置的函数,主要是由于地形地物,建筑物等环境因素引起。阴影衰落可以模拟为一个服从对数正态分布的随机变量，其均值为0，标准方差为环境特征。边缘覆盖率𝐹𝛾面积覆盖率U𝛾阴影余量γ0.50.7728253700.550.803289211.0052910.60.831827692.0267770.650.858602553.0825640.70.883731324.1952040.750.907292795.3959180.80.929327126.732970.850.949828318.2914670.90.9687200610.252410.950.9857754313.15883边缘覆盖率、面积覆盖率与阴影余量的关系（标准差8，PLE4）假设：标准差为𝜎那么，小于γ的位置概率为：𝐹𝛾=න−∞𝛾12𝜋𝜎exp−𝑥22𝜎2𝑑𝑥那么，小于γ的面积概率为：U𝛾=1𝜋R2න−∞R𝐹𝛾×2𝜋R∙𝑑𝑟−=2a=2)log(10emb其中：m为路径损耗指数，e为自然常数。erf（𝑥）=2𝜋න0𝑥𝑒−𝜂2𝑑𝜂U𝛾=12∙1−𝑒𝑟𝑓𝑎+𝑒1−2𝑎𝑏𝑏2∙1−𝑒𝑟𝑓1−𝑎𝑏𝑏10穿透损耗3GPPITU=−−=NiLinpitwimaterialp11010_10log10PLPLfbaLimaterialimaterialimaterial+=___StandardglassIRRglassConcreteWooda22354.85b0.20.340.12Low-lossmodelp0.300.70High-lossmodep00.70.301.8G3.5G4.9G26G40GLow-lossmodel14.6215.6716.1120.4023.20High-lossmode26.1331.2333.8941.7345.93𝑃𝐿𝑡𝑤=20𝑓6𝐺𝐻𝑧൯𝐿𝐵𝐸𝐿𝑃=10𝑙𝑜𝑔10(10ሻ0.1𝐴(𝑃+10ሻ0.1𝐵(𝑃+100.1𝐶𝐴𝑃=𝐹−1𝑃𝜎1+𝜇1𝐵𝑃=𝐹−1𝑃𝜎2+𝜇2𝐶=−3.0μ1=Lh+Leሻμ2=w+xlog10(fሻσ1=u+vlog10(fሻσ2=y+zlog10(f𝐿ℎ=𝑟+𝑠𝑙𝑜𝑔10𝑓+𝑡𝑙𝑜𝑔10𝑓2𝐿𝑒=0.212|𝜃|BuildingtyperstuvwxyzRelatedto:MedianBEL(μ1)σ1μ2σ2Traditional12.643.720.969.629.1-34.5-2Thermally-efficient28.19-38.4813.53.827.8-2.99.4-2.11.8G3.5G4.9G26G40GTraditional24.9026.5027.3832.4633.95Thermally-efficient42.5044.0845.4457.9062.60𝑃𝐿𝑛𝑝𝑖=511LTE与3.5GNR下行链路预算实例链路参数LTE5GNR基站发射天线通道数264基站发射天线振子数16192基站每发射通道振子数83终端接收天线通道数24信道类型（小尺度）EPACDL-A信道带宽（MHz）20100RB总数100273时隙配置（UL：DL）FDD1/3边缘用户速率（Mbps）430数据流数（layer）11子载波间隔（kHz）1530RB带宽（kHz）180360TTI(ms)（1个Subframe）10.5RE总数（1个Subframe）168168业务RE占比5/70.71业务RE总数（1个Subframe）120120CRC比特2424边缘用户分配的RB100273链路参数LTE5GNR基站总发射功率（dBm）4653.0基站发射天线单通道增益（dB）1810.00波束赋形增益（dB）015.05波束赋形损耗校正（dB）00.00基站馈线损耗（dB）10EIRP（dBm）63.0078.05EIRP/RB（dBm/RB）43.0053.66终端接收单通道增益（dB）00终端接收分集增益（dB）03.01多天线接收损耗校正（dB）00.00终端馈线损耗（dB）00热噪声（dBm/RB）-121.45-118.44终端噪声系数（dB）77误码率0.100.10编码效率0.370.68SINR（dB）-3.07-0.63下行干扰余量（dB）75接收功率/RB（dBm/RB）-110.52-110.08覆盖半径LTE5GNR链路损耗（dB）153.52163.77覆盖场景DesenurbanDesenurban用户场景室内室内穿透损耗（dB）2023.4传播模型Uma-NLOS&0-100GUma-NLOS&0-100G阴影衰落标准方差（dB）88路径损耗指数（dB）3.93.9边缘覆盖比例75%75%面积覆盖比例90%90%阴影衰落余量（dB）5.45.4室外链路损耗（dB）128.13134.97街道宽度（m）1010建筑物平均高度（m）3030发射天线高度（m）3030接收天线高度（m）1.51.5载波频率（GHz）1.83.5小区半径（m）63367412LTE与3.5GNR上行链路预算实例链路参数LTE5GNR终端发射天线通道数12基站接收天线通道数264基站接收天线振子数8192基站每接收通道振子数43信道类型（小尺度）EPACDL-A信道带宽（MHz）20100RB总数100273时隙配置（DL：UL）FDD1/3边缘用户速率（Mbps）11数据流数（layer）11子载波间隔（kHz）1530RB带宽（kHz）180360TTI(ms)（1个Subframe）10.5RE总数（1个Subframe）168168业务RE占比5/70.86业务RE总数120144CRC比特2424边缘用户分配的RB1430链路参数LTE5GNR终端总发射功率（dBm）2326.0终端发射天线单通道增益（dB）00.00波束赋形增益（dB）00.00波束赋形损耗校正（dB）00.00终端馈线损耗（dB）00EIRP（dBm）23.0026.00EIRP/RB（dBm/RB）11.5411.23基站接收天线单通道增益（dB）1810基站接收分集增益（dB）015.05多天线接收损耗校正（