5G NR 覆蓋增強(qiáng)技術(shù)及覆蓋極限模擬
只要是蜂窩系統(tǒng),覆蓋永遠(yuǎn)是運(yùn)營(yíng)商考慮的第一要素,在LTE網(wǎng)絡(luò),覆蓋問(wèn)題就引起了人們的廣泛關(guān)注。在TR36.824中,確定了LTE覆蓋性能方面的系統(tǒng)瓶頸,并在Rel-12中采用了相應(yīng)的覆蓋增強(qiáng),然后,在Rel-13和Rel-14期間開(kāi)發(fā)了進(jìn)一步的覆蓋增強(qiáng)。
在NR中,對(duì)于載波頻率普遍高于LTE,需要連續(xù)和無(wú)處不在的覆蓋[TR 38.913]
,運(yùn)營(yíng)商就需要增加更多的站點(diǎn),以確保與LTE相當(dāng)?shù)牧己酶采w。為了解決覆蓋問(wèn)題,NR引入了許多影響覆蓋的新技術(shù),如新的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼、Massive MIMO等,但上行由于終端功率限制等因素,PUSCH似乎是NR覆蓋的瓶頸,與其他信道有很大差距。

PUSCH被確定為NR覆蓋的瓶頸,潛在的候選增強(qiáng)包括:
增強(qiáng)的時(shí)隙綁定/重復(fù)(slot bundling/repetition),捆綁時(shí)隙的時(shí)間交織
增強(qiáng)型跳頻
干擾協(xié)調(diào)/干擾消除
PUSCH覆蓋增強(qiáng)技術(shù):
針對(duì)FR1和FR2的PUSCH的潛在增強(qiáng)解決方案,可能包括:
在時(shí)域方面:
1.?加強(qiáng)重復(fù),例如增加重復(fù)次數(shù)
2.?Msg3重復(fù)
3.?增強(qiáng)的重復(fù)機(jī)制,以克服由于TDD的上下行沖突而頻繁取消重復(fù)。
在頻域方面:
1.?增強(qiáng)的跳頻,例如具有更多頻率位置的時(shí)隙間/時(shí)隙內(nèi)跳頻
2.?頻率選擇性分集,例如梳狀分集
3.?PUSCH內(nèi)跳變,例如:一個(gè)PUSCH的時(shí)域粒度更細(xì)
4.?SUB-PRB傳輸,例如half PRB
在空域方面:
1.?發(fā)射分集
在碼域方面:
1.?與CDM一起傳播,例如PUCCH-like PUSCH
分組數(shù)據(jù)包聚合
1.?將多個(gè)RTP數(shù)據(jù)包聚合為一個(gè)RTP數(shù)據(jù)包
DM-RS增強(qiáng)
1.?多時(shí)隙/交叉時(shí)隙信道估計(jì)
2.?開(kāi)銷減少,例如DM-RS更少的時(shí)隙
?
當(dāng)然,覆蓋應(yīng)該針對(duì)不同的目標(biāo)場(chǎng)景來(lái)考慮,比如如下:
用于FR1的城區(qū)(室外gNB服務(wù)室內(nèi)UE)場(chǎng)景、農(nóng)村場(chǎng)景(包括極端長(zhǎng)距離農(nóng)村場(chǎng)景)和LTE/NR共存(DSS)
FR2的室內(nèi)場(chǎng)景(室內(nèi)gNB服務(wù)室內(nèi)UE)和城市/郊區(qū)場(chǎng)景(包括室外gNB服務(wù)室外UE和室外gNB服務(wù)室內(nèi)UE)。
FR1的TDD和FDD。
FR1的VoIP和eMBB服務(wù)。
eMBB服務(wù)作為FR2的第一優(yōu)先級(jí),VoIP作為第二優(yōu)先級(jí)。
而在農(nóng)村區(qū)域(目標(biāo)是站間距6KM)和極端覆蓋區(qū)域(該場(chǎng)景具有一個(gè)孤立的小區(qū),覆蓋范圍可達(dá)100km,UE移動(dòng)性為160km/h),這兩種覆蓋的仿真結(jié)果如下:

在700mhz下,對(duì)NR-FDD進(jìn)行了全緩沖業(yè)務(wù)的仿真。假設(shè)上行鏈路是限制鏈路,則為上行鏈路PUSCH提供結(jié)果。對(duì)于這組模擬,PDCCH資源分配和信道狀態(tài)信息是無(wú)差錯(cuò)的,并且根據(jù)規(guī)范具有相應(yīng)的延遲。
圖1顯示了根據(jù)與gNB距離的UE的用戶吞吐量累積密度函數(shù)(CDF)??梢钥闯觯诰嚯x基站幾公里的距離內(nèi),UE吞吐量已經(jīng)嚴(yán)重下降。

在距離基站1km范圍內(nèi)的UE用戶平均吞吐量(CDF=0.5)提供約30Mbps,但是如果位于6-7km之間,則其迅速降低到小于1Mbps。在多小區(qū)情況下,站點(diǎn)的多樣性似乎比小區(qū)間干擾的影響更大。此外,與具有全向天線(3db天線增益)的隔離小區(qū)方案相比,農(nóng)村C方案中的扇區(qū)化增加了gNB天線的天線增益(8db天線增益),而全向天線不假定扇區(qū)化。
圖2中展示了C場(chǎng)景的用戶吞吐量性能??梢钥闯觯嘈^(qū)模擬的吞吐量分布與前面顯示的隔離小區(qū)非常不同。首先,由于鄰近小區(qū)的干擾,所獲得的數(shù)據(jù)速率的范圍要小得多。在孤立小區(qū)中,距離基站1km范圍內(nèi)的UE平均數(shù)據(jù)速率為幾十Mbps,而在這種多小區(qū)場(chǎng)景中,平均數(shù)據(jù)速率約為3Mbps。

農(nóng)村e(cuò)MBB場(chǎng)景的5G需求定義為上行鏈路的100kbps速率。表2提供了上行鏈路極端覆蓋場(chǎng)景的5%平鋪頻譜效率、5%平鋪用戶吞吐量以及不同丟包范圍的平均小區(qū)頻譜效率和平均用戶吞吐量。例如,8km的投放范圍將UE投放在距離該站點(diǎn)8km的范圍內(nèi)。100kbps的5G數(shù)據(jù)速率要求可以滿足8km,但不能滿足10km的情況。

表3提供了不同站點(diǎn)間距離的上行鏈路C場(chǎng)景的相應(yīng)性能數(shù)據(jù)。在這種情況下,UE被丟棄在整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)。從表中可以看出,對(duì)于ISD=20km,100kbps的要求仍然可以在農(nóng)村C中得到滿足。同樣,原因是UE有可能根據(jù)瞬時(shí)衰落條件連接到不同的站點(diǎn)。

總的來(lái)說(shuō),可以得出結(jié)論,100公里ISD的TS38.913的超長(zhǎng)距離要求肯定無(wú)法滿足。對(duì)于TR38.913中的孤立小區(qū)場(chǎng)景,10 km的性能已經(jīng)不能滿足,而對(duì)于農(nóng)村C,20 km的ISD上行鏈路中100 kpbs的最小吞吐量數(shù)字看起來(lái)仍然合理。