增长的极限(5G NR 覆盖增强技术及覆盖极限模拟)

增长的极限
只要是蜂窝系统,覆盖永远是运营商考虑的第一要素,在LTE网络,覆盖问题就引起了人们的广泛关注。在TR36.824中,确定了LTE覆盖性能方面的系统瓶颈,并在Rel-12中采用了相应的覆盖增强,然后,在Rel-13和Rel-14期间开发了进一步的覆盖增强。
在NR中,对于载波频率普遍高于LTE,需要连续和无处不在的覆盖[TR 38.913]
,运营商就需要增加更多的站点,以确保与LTE相当的良好覆盖。为了解决覆盖问题,NR引入了许多影响覆盖的新技术,如新的帧结构、信道编码、Massive MIMO等,但上行由于终端功率限制等因素,PUSCH似乎是NR覆盖的瓶颈,与其他信道有很大差距。
PUSCH被确定为NR覆盖的瓶颈,潜在的候选增强包括:
增强的时隙绑定/重复(slot bundling/repetition),捆绑时隙的时间交织
增强型跳频
干扰协调/干扰消除
PUSCH覆盖增强技术:
针对FR1和FR2的PUSCH的潜在增强解决方案,可能包括:
在时域方面:
1. 加强重复,例如增加重复次数
2. Msg3重复
3. 增强的重复机制,以克服由于TDD的上下行冲突而频繁取消重复。
在频域方面:
1. 增强的跳频,例如具有更多频率位置的时隙间/时隙内跳频
2. 频率选择性分集,例如梳状分集
3. PUSCH内跳变,例如:一个PUSCH的时域粒度更细
4. SUB-PRB传输,例如half PRB
在空域方面:
1. 发射分集
在码域方面:
1. 与CDM一起传播,例如PUCCH-like PUSCH
分组数据包聚合
1. 将多个RTP数据包聚合为一个RTP数据包
DM-RS增强
1. 多时隙/交叉时隙信道估计
2. 开销减少,例如DM-RS更少的时隙
 
当然,覆盖应该针对不同的目标场景来考虑,比如如下:
用于FR1的城区(室外gNB服务室内UE)场景、农村场景(包括极端长距离农村场景)和LTE/NR共存(DSS)
FR2的室内场景(室内gNB服务室内UE)和城市/郊区场景(包括室外gNB服务室外UE和室外gNB服务室内UE)。
FR1的TDD和FDD。
FR1的VoIP和eMBB服务。
eMBB服务作为FR2的第一优先级,VoIP作为第二优先级。
而在农村区域(目标是站间距6KM)和极端覆盖区域(该场景具有一个孤立的小区,覆盖范围可达100km,UE移动性为160km/h),这两种覆盖的仿真结果如下:
在700mhz下,对NR-FDD进行了全缓冲业务的仿真。假设上行链路是限制链路,则为上行链路PUSCH提供结果。对于这组模拟,PDCCH资源分配和信道状态信息是无差错的,并且根据规范具有相应的延迟。
图1显示了根据与gNB距离的UE的用户吞吐量累积密度函数(CDF)。可以看出,在距离基站几公里的距离内,UE吞吐量已经严重下降。
在距离基站1km范围内的UE用户平均吞吐量(CDF=0.5)提供约30Mbps,但是如果位于6-7km之间,则其迅速降低到小于1Mbps。在多小区情况下,站点的多样性似乎比小区间干扰的影响更大。此外,与具有全向天线(3db天线增益)的隔离小区方案相比,农村C方案中的扇区化增加了gNB天线的天线增益(8db天线增益),而全向天线不假定扇区化。
图2中展示了C场景的用户吞吐量性能。可以看出,多小区模拟的吞吐量分布与前面显示的隔离小区非常不同。首先,由于邻近小区的干扰,所获得的数据速率的范围要小得多。在孤立小区中,距离基站1km范围内的UE平均数据速率为几十Mbps,而在这种多小区场景中,平均数据速率约为3Mbps。
农村eMBB场景的5G需求定义为上行链路的100kbps速率。表2提供了上行链路极端覆盖场景的5%平铺频谱效率、5%平铺用户吞吐量以及不同丢包范围的平均小区频谱效率和平均用户吞吐量。例如,8km的投放范围将UE投放在距离该站点8km的范围内。100kbps的5G数据速率要求可以满足8km,但不能满足10km的情况。
表3提供了不同站点间距离的上行链路C场景的相应性能数据。在这种情况下,UE被丢弃在整个覆盖区域内。从表中可以看出,对于ISD=20km,100kbps的要求仍然可以在农村C中得到满足。同样,原因是UE有可能根据瞬时衰落条件连接到不同的站点。
总的来说,可以得出结论,100公里ISD的TS38.913的超长距离要求肯定无法满足。对于TR38.913中的孤立小区场景,10 km的性能已经不能满足,而对于农村C,20 km的ISD上行链路中100 kpbs的最小吞吐量数字看起来仍然合理。

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