5G网优网规一指禅

作为移动通信网络,5G无线规划与4G类似。5G网络基于毫米波,大规模MIMO等新技术,在规划上必须考虑其系统性能,发挥新技术的特性;规避其劣势,以有效发挥高速传输,高频谱效率的技术优势。

一、NCGI规划

NCGI是5G网络中服务小区的全球唯一识别码;它由国家代码,运营商和小区代码构成:

NCGI=PLMN+Cell Identity

PLMN=MCC+MNC

Cell Identity=gNB ID+Cell ID

1、5G小区标识

  • 5G网络小区标识(NCI)由36位bits构成:包括gNB ID和Cell ID;
  • gNB ID可配置22~32位bits;其他14~4共22位bits 用于CI分配;
  • gNB ID可分配2^22=4194305个,取值范围从0~4194304
  • 此取值范围足够支持大多数网络服务商的需求。
  • 大型网络在部署大量微小区时可能需要更多gNB ID。
  • gNB ID可分段分配:0~50000用于宏小区,50001~250000用于微小区。这样通过ID就能够识别小区属于宏小区还是微小区;

2、5G中DU和CU规划

通常gNB ID分配22位bits,小区ID剩下14位bits;因此一个gNB可提供2^14= 16384个小区ID,取值范围0~16383;

  • 16384个小区ID已经足够多,它是单个基站可支持小区数量;
  • 在CU/DU架构用于gNB时,单个gNB的小区数可能会变高;如1个CU可以最高支持250个DU,而单个DU可以支持12个小区;
  • 在将CU/DU架构用于gNB时也可以根据DU信息进行小区ID的规划,如前4位可用于标识小区,后3位可用于标识载波,其余7位可用于标识DU;

二、循环前缀

循环前缀(CP)是指一个符号前缀,无线系统中这个前缀在OFDM末端重复。接收端通常配置是丢弃循环前缀样本,CP 可用于抵消多重路径传输影响。

5G(NR)中CP开销与LTE相同,设计思路与LTE相似。CP设计是确保在不同的SCSs 值和参数集(µ=15khz)之间符号对齐。如1 khz一个Slot的7个符号驻留时间为0.5毫秒,包括每个符号的CPs和µ=30 khz的一个Slot大约有14个符号,包括每个符号间隔相同的0.5毫秒。所以CP长度是适应的子载波间距(fsc)。

1.5G(NR)中CP特点

  • 3GPP定义了两种CPs,即普通循环前缀((NCP和扩展循环前缀(ECP));
  • 所有子载波间隔都指定了NCP;
  • ECP目前规定只是应用于子载波间隔60 kHz;
  • 如使用标准CP(NCP),每0.5 ms出现首个符号的CP 比其他符号的CP长;
  • 循环前缀持续时间随着子载波间距的增加而缩短.

2、CP长度计算

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CP持续时间用下列公式表示:

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u是参数集,I是符号指示,K是与数字基本时间单位和数字基本时间单位相联系的常数,可以用下列方程表示。

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三、频段(带)规划

做为新一代无线接入技术5G(NR)使用的频段有两个:FR1和FR2;

  • FR1:sub 6GHz; 频率:410~7125MHz;双工模式:FDD,TDD,SUL/SDL;

  • FR2:毫米波,频率:24.25~52.6GHz,双工模式:TDD;

其中:FR1支持最大带宽100MHZ;FR2支持最大带宽400MHZ;规划中可根据运营商频段资源进行灵活运用;

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四、TA规划

5G中的TA(Trace Area)跟踪区与LTE相似;在5G系统中TA有四方面作用:

A/终端寻呼:网络对其覆盖范围内终端按照跟踪区(TA)进行寻呼;

B/TA更新:终端在不同跟踪区间移动时,需要进行跟踪区更新(TAU);

C/周期TA更新:终端在跟踪区内,需周期性进行跟踪区更新(TAU);

D/重新TA更新:终端返回5G网络时,重新进行TA更新(TAU);

TA规划时需注意三方面:

  • 5G与4G协同

建网初期5G网络覆盖受限,终端将频繁与5G与4G系统间进行互操作;从而引发系统重选和位置(跟踪)区更新,增加信令负荷和终端耗电;因此在规划时5G与4G的TA尽量相同。

  • 覆盖范围合理

TA规划范围应适度,不能过小或过大。若TA范围过大,网络在寻呼终端时,寻呼消息会在更多小区发送,导致PCH信道负荷过重,同时增加空口信令;若TA范围过小,则终端发生位置(跟踪)区更新的机会增多,同样会增加系统负荷。

  • 地理位置区分

地理位置区分主要是充分复用地理环境减少终端位置更新和系统负荷。其原则同LA/RA类似。如利用河流,山脉等作为位置区边界,尽量不要把位置区域边界划分在业务量较高的区域,在地理上应该保持连续。

五、PCI规划

每个5G(NR)小区都有一个物理小区ID(PCI)用于无线侧标识该小区;5G(NR)中PCI规划与LTE网络PCI规划非常相似;错,乱,差规划将影响信号同步,解调和切换,降低网络性能;与LTE相比,NR的PCI规划将相对简单,这是由于5G(NR)比LTE多一倍。

1.5G(NR)中1008个PCI;

计算公式如下:

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辅同步信号(SSS)取值(0,1…..335)

同步信号(PSS)取值(0,1,2)

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2.5G中PCI规划原则

  • A.避免PCI碰撞 做为网络规划原则,相邻小区之间不能使用相同PCI;如果邻区使用同一个PCI,越区覆盖区域,初始(小区)搜索中只有一个小区能够同步;这种情景叫做碰撞;物理上间隔PCI使用可避免UE收到多个(相同PCI)小区信号;需尽量增大PCI复用距离;

  • PCI碰撞将延迟UE在重叠覆盖区域的下行同步;

  • 引起高误块率、物理信道解码失败

  • 切换失败

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  • B.避免PCI混淆

两个相邻小区不能使用相同PCI;当PCI相同时,准备切换的UE将搞不清目标小区,混淆目标小区;因此邻小区之间不能使用相同PCI。物理上避免这种情景出现方法就是尽量增大PCI复用层数;

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  • C.网络性能影响最小化 基于不同物理层信号(PSS,DMRS&SRS)设计,(PUSCH, PUCCH)信道和时域分配;PCI规划时须考虑以下模(MOD)的影响,减少相互干扰;在每种模下UE应尽量减少同时收到以下多个PCI模式的影响;

  • PCI Mod 3

  • PCI Mod 4

  • PCI Mod 30

例:PCI模三邻区中存在PCI=25和28,它们的MOD3值都为1.

PCI模3原则:这是由于PCI是由PSS生成的;网络中只有3个PSS(0,1,2)循环利用;小区的“PCI模3”相等,其PSS也相等。这将影响UE对小区的识别和信道估计错误,其将影响同步和用户感知;

PCI模4原则:这是由于在PBCH信道子载波位置上的DMRS原因;承载DMRS的子载波位置遵循“除4”原则;如果邻区间PCI除4结果相同,其DMRS之间将相互干扰(SSB上位置相同—相互干扰)。

PCI模30原则:PUCCH/PUSCH上的DMRS和SRS都是根据ZC序列生成,每个根有30组;它们的根都与PCI相关;因此邻区之间不能有相同的“PCI除30”,否则小区间将产生上行干扰;

六、PRACH规划

5G网络支持的移动速率达到500KM/H,网络支持更高的频段;为此3GPP在R15版本中在PRACH前导码循环移位前导集(限制集A)之后,引入了新的限制集(限制集B);

5GNR随机接入过程与LTE类似,也包括随机接入过程初始化、随机接入资源选择、随机接入信号发射、随机接入响应接收和竞争解决等步骤。其中随机接入资源选择包括选择随机接入信号的前导码、初始发射功率、频率等,随机接入资源选择直接影响了随机接入的成功率。本文接下来主要分析随机接入信号的规划,包括与设计密切相关的PRACH前导格式规划,Ncs规划和根序列规划。详细内容请参考《邮电设计技术》“5G NR随机接入信号的规划研究”

七、5G NR邻区规划

5G网络在特定模式下可将某邻小区列入黑名单或将功率偏滞设定在特定小区以便空闲态下的终端尽快重选;独立组网(SA)和非独立组网(NSA)邻区规划原则如下:

1.独立组网(SA)邻区关系

  • NR-NR邻区:NR小区间同频和异频邻区;
  • NR-LTE邻区:4G与5G网络共存,LTE小区做为异系统邻区;

2.非独立组网(NSA)邻区关系

  • LTE-LTE邻区:LTE小区与另一LTE小区同频、异频邻区关系;
  • LTE-NR邻区:LTE可与NR小区建立EN-DC邻区关系;通过X2设置添加主SCG小区的辅助接入点;
  • NR-NR邻区:NR与NR小区可更改主SCG小区;主SCG小区变化可以是频内gNB或频间gNB;NR相邻小区间必须建立邻区关系;

*自R15版本中不定义5G网络到UMTS和2G的邻区关系。

八、频率规划

5G网络频段范围大,从2GHz~6GHz的低频段到28GHz~80GHz的高频段;不同的频段,其覆盖特性和载波容量能力决定了其不同应用场景和应用环境;

1.业务场景

Sub 6GHz是5G使用主要场景;其中:3300~4200MHz和4400~5000MHz适合在广域覆盖和良好容量之间提供最好选项。

6GHz以上是提供大容量必不可少的频段,也是提供5G eMBB应用所需要极高数据速率的频段。

2.覆盖场景

Sub 6GHz频段基站覆盖能力较强,在一定绕射能力和建筑穿透能力,适合作为广覆盖频段,用于覆盖城市室内外及郊区、重要场景、道路等。

6GHz以上频段基站覆盖能力受限,信号绕射能力差,受阻挡后信号衰减大,信号穿透能力很弱;适合于小范围的热点区域覆盖。

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