【問題分析】
海岸線920千米,5G網絡部署需要解決近海養殖區、海上作業船隻進出,海灣及在近海停泊作業期間的通信需求,重點覆蓋碼頭、近海養殖區、漁場、近海旅遊、航道等,本案例根據5G網絡特性,從Preamble/CP/GP多維度分析近海覆蓋最大半徑,並給出覆蓋半徑相關參數推薦設置;並通過近海覆信號傳播特性理論分析和實際站點驗證,總結出5G計算近海覆蓋半徑小工具,用於近海覆蓋半徑估算。
當前5G為NSA組網方式,4G錨點使用FDD1800,FDD1800不存在上下行轉換問題,當前有成熟的超遠覆蓋方案;而5G採用2.6G頻段TDD制式,與TDD LTE一樣,TDD制式覆蓋半徑主要與CP(循環前綴)、GP(上下行保護間隔)、Preamble( Prach信道前導)等因素影響。
1、5G站點覆蓋半徑影響因素分析:Preamble
隨機接入Preamble 由3部分組成:循環前綴的時間長度TCP、一個前導序列的時間長度TSEQ和一段包含時間TGT,前導格式如下圖所示:
在進行前導傳輸時,由於還沒有建立上行同步,因此需要在Preamble序列之後預留保護時間(GT,Guard Time)用來避免對其他用戶的幹擾,預留的GT需要支持傳輸距離為小區半徑的兩倍,以保證小區邊緣的用戶獲得下行同步(小區搜索)後,能夠有足夠多的時間提前發送。GT長度決定了能夠支持的接入半徑:
小區覆蓋距離=GT*c/2 ,其中c為光速。
NR提供了14種Preamble Format,其中10種短序列,4種長序列。短序列支持15、30、60、120kHz SCS。Sub6G可以用短序列和長序列,mm Wave只能使用短序列。長序列分為1ms、3ms、3.5ms三種時域長度,當前2.6G為8:2配比,上行子幀最多可製成1ms的format格式。
對於Preamble,5G當前最大支持14.5km。
2、5G站點覆蓋半徑影響因素分析:CP
OFDM能克服頻域上自身的幹擾問題,但無法克服多徑時延造成的符號間幹擾(ISI)和子載波正交性破壞問題。多徑時延表現為信號經過無線信道後發生的較大時延及幅度衰減。對此需在每個OFDM符號之前加入循環前綴CP。
NR CP設計原則:保持和LTE開銷相同且保證不同SCS下和參考numerology(15kHz)下符號對齊;現網為30kHz子載波,因此CP長度為LTE的一半,2.34us。
多徑與小區覆蓋半徑並非強耦合關係,多徑更多與具體無線環境有關,海面等廣覆蓋場景多無遮擋,無線環境簡單,不存在較多多徑,因此CP對小區覆蓋半徑影響較小。
3、5G站點覆蓋半徑影響因素分析:GP
當前移動5G均為TDD組網,存在上下行時隙切換問題,如相鄰站點下行時隙傳輸延時候落入本站上行時隙,就會造成嚴重時隙交叉幹擾,表現為:
NR和LTE不同步幹擾瓶頸為雜散幹擾;
不同步相對同步會引入超過20dB幹擾,對網絡性能造成嚴重影響。
因此TDD網絡引入GP保護間隔。
小區最大覆蓋距離=(GP-設備收發時延)*c/2 ,其中c為光速。
基於網絡共存需要,當前2.6G頻譜為4/5G共存場景,5G上下行時隙配置需先LTE對齊,只有在5G設置幀偏置,並且將5G和LTE-TDD的幀結構配置一致,才能規避相互之間幹擾的問題; D頻段現網均為10:2:2特殊子幀配比,因此,GP支持的NR最大小區半徑也為18.42km。
針對近海場景,相關參數建議如下:
【近海覆蓋距離估算】
海面場景多為高站覆蓋海域,覆蓋路徑上多為LOS直射場景,遮擋少、衰減近似自由空間傳播,各維度特徵如下:
近海場景多為LOS直射場景,無線環境空曠簡單,可參考3GPP協議中RMA模型的LOS場景(傳播模型如下)。
:UE的實際高度,單位米
可用附件所示小工具來計算站點近海覆蓋距離:
5G近海測試選擇連江安凱億源水產站點,該站點覆蓋海面漁排,周邊不存在建築遮擋、反射等場景,適合驗證5G NR近海覆蓋能力。現場測試發現,在距離站點100m左右區域,5G 路損在80dB左右(近海模型計算路損82dB),在1.1公裡左右路損在100dB左右(近海模型計算路損103dB),測試結果與近海模型計算結論基本一致,證明傳模模型的適用性。
【近海覆蓋總結】
1、基於CP/GP/preamble三個維度分析,現階段NR覆蓋半徑受限於preamble與GP,理論最大小區半徑不到15km;
2、針對近海場景,特殊開站參數設置建議如下表所示:
3、近海場景覆蓋路徑上多為LOS直射場景,遮擋少、衰減近似自由空間傳播;鏈路預算可參考RMA LOS模型。
4、當前幀結構限制NR理論覆蓋半徑有限,只能覆蓋近海區域,在站點規劃選擇時,不用過於追求站高;