5G多频2.1G与3.5G组网研究

公众移动通信的演进发展离不开频谱资源的保障。在5G时代，要实现更大的带宽、更短的时延和更高的速率，要实现数以亿计各类设备的互联，要满足几何级急剧增长的数据流量，自然需要更多的频谱资源提供保障。5G的频谱需求将大大超过2G、3G、4G所用频率的总和，是不折不扣的“用频大户”。除了用频需求量大之外，与2G、3G 和4G所用频率主要是集中在6GHz以下的中低频段不同，未来 5G 时代，要有效支持增强的移动宽带应用、高可靠性和超低延迟物联网通信以及大规模机器间物联网通信三大应用场景，5G系统所需的频率必须从高（24GHz以上毫米波频段）、中（3000-6000MHz 频段）、低（3000MHz以下频段）全频段统筹考虑。

3.5G这个相对高的频率资源，基站覆盖半径小，室内覆盖效果差， 适合于热点区域覆盖，发展小基站可以对热点区域进行连续覆盖、 室内补盲覆盖。若采用高频段组建全国覆盖网，建设和维护成本太高。很多区域，可能并不需要1G这么高的网速，这样会造成闲置浪费。广覆盖、基础的网络还得依靠低频段组网。同时，低频段作为补充上行频点，与高频段结合，可以提高高频段5G基站的覆盖半径。2G/3G/4G的低频段，虽然没有高频段100M带宽这类大块的频率资源带宽用于5G，在网络传输速率上，肯定比高频段的5G差很多。低频段的5G和4G，网速差别不会太大。但是，重耕到5G，可以带来低时延的网络体验，开网页、开红包，秒开；玩游戏、看视频拖动进度条，不卡。

从长远来看，为了满足5G系统广覆盖、大规模机器通信对低频段的需求，运营商需要将规划给2G、3G和4G系统的频谱资源（800M 1800M 2100M），通过优化、重耕的方式用于5G系统。淘汰旧技术，节约稀缺的频谱资源是必然的趋势。

电信和联通的2100M频段恰好是3GPP定义的NR N1频段。

NAM:North America; EMEA:Europe,Middle East, and Africa; APAC: Asia-Pacific;EU: Europe

N1 频段的具体优势如下：

• FDD 2.1G相对TDD时延降低 60%，有利于2B业务拓展，5G端到端低时延使能远程控制、电网保护、远程医疗等行业应用。

• 2.1G可用于乡镇农村地区的广覆盖，节省建网成本。

• 到2021年网络和终端都将支持NR CA和超级上行，用户可体验到更好的上行体验。

下图分别是TDD 3.5G 100M带宽、64T64R与32T32R、FDD2. 1G 20M的4T4R和2.1G 50M带宽的4T4R的速率仿真图。仿真条件：与L1800 1: 1建站，平均站间距:391 米；站点数：221站；站高：30m；设备形态：3.5G 64TRX@100M/120W，32T32R@100M/120。

3.5G下行边缘速率大于100Mbps比例可达到92.49%，但是上行大于1Mbps的概率只有80%。

2.1G下行100Mbps满足度32.60%，但是上行50M带宽下的1Mbps 可达96%。

结论

如果3.5G+2.1G组合建设，两者结合后进行双频组网可以互相补充。在不考虑新技术（CA+超级上行）的情况下，以目前FDD可用的20M来算，建设后网络上行1Mbps覆盖可达95%，下行 100Mbps 覆盖可达 92%。

3.1、目标网演进建议

3.5G TDD 5G主力承载层，2.1G FDD补充上行覆盖能力。3.5G 作为城区主力承载层，2.1G可以补充上行5G的覆盖和提高上行体验, 更重要的是可以延伸下行覆盖。在小区的中近点，2.1G 55M可提升1.5倍的容量体验，在业务需求非常大的区域，可增加3.5G频段覆盖。

并不是所有地方都需求大容量高网速的。有些区域比如农村，终端数量少，用覆盖半径小高成本高耗能的3.5G频段TDD覆盖，运营商无法收回成本。而且终端不是所有时间都处于高速数据传输状态，绝大多数时候，其实处于待机和中低速数据传输状态。这类终端驻留FDD网络，终端和网络的耗电量更低。

3.5G的TDD制式的5G，能耗比FDD要大得多，只适用于城市和局部热点区域扩容使用。所以对目标网的建议是在城区连续部署3.5G和 2.1G提升容量和覆盖，在郊区农村，连续2.1G，热点地区部署3. 5G。

建议在城区和景区逐步连续3.5G覆盖后，再在热点区域部署2.1G, 进行上行覆盖补充增强。在郊区农村直接部署 2.1G，低成本广覆盖节省建网成本，再在热点区域部署 3.5G，进行扩容。

下图为双频组网的最终目标网络：

3.2 NR改造方案

3.2.1、频率重耕

若要建设NR2.1G，找到频率是第一步，当前联通在U2100有25M 带宽，前面5M为UMTS2100, 后面20M为LTE2100频点350。但 2.1G竞争力的形成至少需要40-50M带宽，

因为和电信有共建共享且和电信20M是连着的，所以这样的50M带宽需要电信联通2100频率上的合并。

电信联通可用2100Mhz频率从2110到2155共45M，其中电信占用 2110-2130 20M带宽，是电信室分的主力频段，为2.1G NR电信需翻频调整1.8G 承载LTE，并优化室内外同频组网。

联通占用2130-2155 25M带宽，现状是前5M是U2100频点10663 在使用，但很快U就会迁移到U900，前面5M可空出来后面20M， 2135-2155Mhz为LTE2100 频点350在使用，为NR 2100, 需空出单独给NR使用或者留下LTE开通LNR频谱共享共同使用。改造后可使用25M带宽，另外还有2155-2165尚未分配的10M可申请共55M 带宽。

3.2.2 站点规划

规划原则：

2.1G FDD全区覆盖

3.5G TDD县城全覆盖，景区，联通营业厅，乡镇农村高流量站点做容量补充。部署场景

主城区：NR 3.5G 64T/320W + NR2.1G 4T4R + Lampsite

县城场景: NR 3.5G 32T/320W+ NR2.1G 4T4R做打底，市区内部分高话务区域使用64T/320W。

农村场景：NR 2.1G 4T4R FDD做打底，大容量区域部署 32T/320W

热门景区：NR 3.5G 64T/320W + NR2.1G 4T4R

3.2.3、覆盖效果简写

参照现网网络情况，对 2.1G+3.5G组网站点建设评估。预计最终实现XX 2.1G FDD 55M全覆盖，3.5GTDD 200M城区全覆盖，3. 5G热门区域覆盖。同时开启超级上行和下行CA特性，上下行无短板。

按照计划覆盖建设仿真后，5G覆盖率可达到97.86%，弱覆盖区域占比小于2.54%。重点场景、口碑场景达标率达到100%覆盖。

3.3、（可选特性）介绍频谱共享新特性LNR-cloud-air2.1NR-LTE

在5G建设初期，部分运营商拥有独立的NR频谱资源，但由于初期阶段5G终端渗透率低，因此面临频谱利用率低的问题。本特性支持LTE FDD和NR共同使用相同的上下行频谱资源：无独立NR频谱资源的运营商可以共享存量的LTE频谱，获得快速部署5G网络的能力；拥有独立 NR 频谱资源的运营商可以将NR频谱资源共享给LTE，以提升频谱利用率。支持LTE和NR在同一段频谱上根据业务量需求进行时频资源的动态共享。同时通过对上下行物理信道资源的协调调度来规避在共享过程中产生的干扰。

本功能开启后，加入频谱共享小区集的LTE小区和NR小区可在同一段频谱上进行资源共享。

1） 时域维度：支持以1ms为周期的瞬时共享，即可达到每1ms进行一次频谱资源的协调调度。

2） 频域维度：支持以1RB为粒度的动态共享，根据LTE侧和NR侧的业务量需求进行动态资源分配。

下面是依赖特性列表：

下面是互斥特性列表

4、5G频率共享特性，动态调度和分配频率资源。优先满足5G对频率资源的需求（4G还要其它频率资源可用）。4G、5G根据需求进行动态调度和分配频率资源，在5G手机不多的区域，这个频段主要服务于4G，可以实现频率资源的充分利用。

3.4、XX本地3.5+2.1组网结构

城区3.5G全覆盖，2.1G全覆盖

郊区农村：3.5G热点区域覆盖，2.1G全覆盖。

3.5本地 3.5+2.1开通注意事项

1）2.1G是联通3G和电信室分主力承载频段，短期内不具备重耕为 2*50M NR的条件

2）当前FDD NR 2*20M下行体验相比移动差距大，2*50M NR标准及产业链尚需推动

3）建网节奏，根据产业链成熟度、行业需求逐步推进FDD NR建设；

4）从 NR2100标准和产业看：主流终端2020H1支持NR 2.1G 20M带宽，NR2. 1G CA20M*2 商用终端预计最快 2020H2推出。NR2.1 50M单载波需推标和拉动产业链，乐观估计2021Q2 推出， 初期NR 2.1与NR3.5G网络体验有差距；

4.1、语音解决方案：VoLTE、VONR、回落

推荐开通SA并且启用VoNR，这是因为VoNR的MOS值高，接通时延低。5G VoNR采用 EVS：Codec for Enhanced VoiceServices编码, EVS可以支持更大音频范围，音质更加细腻清晰，带来语音质量提升。

1）具体采用哪种EVS编码速率由UE与IMS之间通过SIP信令进行协商

2）13.2k时EVS-SWB的语音音质已接近原音；24.4k时EVS-SWB 处理混合内容和音乐信号时音质可接近原音

3）EVS在13.2k和 24.4k两种主推编码下，MOS分相对于AMR-WB改善0. 2~0.5分

不同的组网场景，有不同的语音解决方案，依据5G标准可分为NSA 场景和SA场景

4.1.1、NSA 场景：

话音固定采用VoLTE，方案和 4G 一致，4G无需升级改造语音采用现网LTE的方案，IMS APN固定分流到LTE 基站，用户打电话就直接被LTE基站处理，采用VOLTE或者CSFB/eSRVCC策略回落G/U。然后语音挂断后快速返回LTE/NSA流程（Fastreturn），继承了现网 GSM/UMTS/LTE用户体验（接入、时延、语音质量）

如下图所示：

4.1.2、SA场景

根据有无开通VoNR 分为两种情况

1、开通了VoNR：语音业务承载在VoNR，在NR边缘，PSHO到LTE，变为Volte。

NR网络内的UE和IMS（IP multimedia subsystem）间将建立基于IP传输网络的语音专用承载，即NR用户可以直接基于NR 网络进行语音业务。

在呼叫过程中，如果UE进入弱覆盖区域，则优先尝试切换到覆盖较好的NR邻区，可以是基于覆盖的同频切换和基于覆盖的异频切换。如果没有满足要求的目标NR邻区，则再尝试切换到覆盖较好的LTE 邻区，继续使用Volte打电话。

2、未开通 VoNR：语音业务回落（EPS Fallback）到VoLTE

SA在NR上打电话时语音回落Volte，采用EPS回落方案，需要保证Volte覆盖的连续性，4G/5G 都需要升级配置且进行互操作，协议不支持二次回落到GU。

回落流程优先走切换流程，保障语音接入时延体验 （切换需要核心网支持N26接口，重定向不需要）

需进行异系统互操作优化， 包括频点优先级， 切换重定向门限等优化。

语音使用EPS回落方案从SA回落到LTE，在语音承载释放后， RRC 连接继续保持，随后向UE 发起异系统NR邻区测量，若NR 小区达到门限，则UE重定向到NR 小区。

4.1.3 各方案性能对比

语音性能

VoNR接入时长小于2s，比EPS FB少1~2s深圳比Volte的2s还要少 0.5sVoNR MOS远高于Volte，3G到4G的MOS提升了0.4，然而 VoNR相比Volte提升了0.5，提升幅度更大。

切换性能

VoNR系统内的站间切换时间更短。

4.2、混合组网下的 3.5/2.1 互操作

4.2.1、综述

网络演进路径-NSA 3x ->NSA 3x+SA2 -> SA2，预计至少2两年内NSA SA会共存

为保证5G国内漫游用户到XX后仍然能使用5G，NSA网络还需要保持，直到全国都升级为SA，NSA的持续时间取决于市场上的终端， 主要取决于高通、三星、联发科等基带芯片商。

混合组网非常复杂，NSA+SA 共存场景下：终端类型增加，无线网络场景增加，不同场景间边界增加，无线组网更加复杂，无线网络优化复杂度：混合组网>NSA 组网>SA组网。

运营时需要同时优化NSA以及SA两张网络，其中NSA组网需要同时优化5G NR以及LTE锚点两张网络。NSA/SA非共站建设边界会形成同频干扰，需要成片开启 SA， 减少NSA Only与SA边界。

SA 新增互操作规划、优化复杂度远高于NSA组网

NSA+SA共存场景移动策略，根据移动分为两类

1、 NSA 区域移动到 SA 区域

NSA单模终端：在NSA区域做NSA, 移动到SA区域删除SCG做LTE only，重选即为LTE小区间重选。

SA only终端：在NSA区域做LTE ，链接态移动到SA区域，通过切换重定向切换到SAonly；空闲态通过重选驻留到SA only小区。

NSA/SA双模终端：在NSA区域可以做NSA，链接态移动到 SA 区域，视覆盖继续保持 NSA或者通过切换/重定向到SA; 空闲态通过重选驻留到SA only小区。

2、SA区域移动到NSA区域

NSA单模终端：在SA区域做LTE only，移动到NSA区域发起SCG添加流程做NSA，重选即为LTE小区间重选。

SA only终端：在SA区域做SA ，链接态移动到NSA区域，通过切换重定向切换到LTEonly；空闲态通过重选驻留到LTE小区。

NSA/SA双模终端：在SA区域做SA，连接态移动到NSA only区域，通过切换/重定向到LTE only，再添加5G做NSA，空闲态通过重选驻留到LTE only小区。

4.2.2、主要策略

SA频点重选/切换优先级最高-保障SA用户体验

LTE 锚点重选/切换优先级次高-保障SA用户尽快享受NSA体验

SA-LTE互操作优先走切换流程-保障语音/数据时延体验

语音结束快速返回SA-保障SA用户体验

优化LTE-SA互操作门限、邻区关系-保障业务体验连续性

全局频率优先级设置：GSM 2 /U900 3 / L900 4 /L1800 5 /L2100 6/NR2100 7/ NR3500 8

总体优先级策略，NR>LTE>UMTS>GSM

制式内低频点低优先级，高频点高优先级

制式内大带宽高优先级，小带宽低优先级

制式内容量层优先级高于覆盖层

SA频点重选切换优先级最高，保障SA用户体验

LTE锚点重选切换优先级次高，保障SA用户尽快享受NSA体验

制式内：SA 3.5 SA 2.1策略

空闲态：重选

SA终端优先驻留NR3.5，NSA终端驻留锚点。

高--->低，基于覆盖的重选 NR3.5覆盖小于最低接收电平<-120且NR2100>-116时重选到 NR2100。

低--->高，基于绝对优先级的重选，只要NR3.5电平值>=-116 就重选过去。

连接态：切换

2.1G/3.5G--3. 5G/2. 1G

A2+A4：主小区电平<-112dBm&邻区电平>-105dBm

制式间：SA3.5 SA2.1 LTE2100 LTE1800 LTE900策略需优化互操作门限和邻区关系以保证业务体验的连续性

空闲态：基于公共优先级的小区重选

优先驻留 NR3.5，当低于一定门限时尝试 NR2.1，再低于一定门限时尝试LTE1800，再尝试LTE900。低到高需要目标小区高于高优先级重选门限。

门限配置：建议NR_Xhigh(LTE 侧配置) > NR_Serverlow (NR 侧配置) + 4dB防止从NR重选回LTE 后又重选到NR。

比如NR -110开始重选到LTE，LTE侧也配置 NR 电平到-110就重选到NR，会造成乒乓45G重选，需要X>-110+4=-106 , 即是NR-110重选到LTE，LTE侧配置的NR 门限要大于-106时才会重选到NR，且留有4dB的空间不会乒乓。

连接态：

SCG的增改删

NR--LTE基于覆盖的重定向/切换，优先切换，因为重定向过程比切换的中断时间长LTE--NR 基于覆盖的重定向/切换+基于业务的重定向/切换。

门限配置建议：

LTE_B1(NR 侧配置) >LTE_A2 (LTE 侧配置) +4dB

NR_B1(LTE 侧配置) >NR_A2（NR 侧配置) +4dB 防止从LTE 切换至NR 后又切换到LTE。

同时重选优先于切换原则配置建议：

NR_Serverlow（ NR 侧配置）> NR_A2 (NR 侧配置)+1~2dB ， 防止用户刚进入连接态就被重定向或切换到异系统。

无论从技术上、竞争力度上还是覆盖成本上考虑，2100 5G NR都势在必行，联通和电信的2100M频段，加上未分配频段，有55M的FDD频率资源，整合这个频率资源，用于联通和电信共享 5G 2100M 的大带宽可以极大地增加5G的覆盖。同时新特性载波聚合和超级上行可以结合2个频段的优势，迅速提升网络性能，网络建设后可以提升品牌形象和客户体验。

在网络建设初期电信虽然只能建设20M带宽的站点，但可以迅速增加5G网络的覆盖范围。5G网络加速形成覆盖，可以刺激5G终端的销售。随着5G手机的普及，低价5G终端的上市，50M带宽的FDD 也会迅速建成，那时我们早已做好了准备！

5G网络初期，城区站点以3.5G建设为主，2.1G少量做覆盖补充，未来县城、工地、景区和乡村热点区域都有3.5G覆盖，同时2.1G 在整个区域都将实现连续覆盖。