ToB行业5G上行增强方案集成与实践.pdf

信息通信ToB行业5G上行增强方案集成与实践牛智毅，黄滨（中国移动通信集团内蒙古有限公司，内蒙古呼和浩特0 10 0 2 0）摘要：随着5G网络建设的不断推进，鉴于5G网络低时延、高速率的优点，越来越多的ToB行业部署5G网络。部分ToB行业应用场景对5G上行的时延和速率的要求，远高于普通5G应用场景，传统5G上行优化手段无法满足用户需求。本文从上行增强需求、上行增强关键特性和集成方案等3个方面概述ToB行业5G上行增强技术与实践，针对每类5G上行增强方案的特点，结合ToB行业各场景需求输出5G上行增强集成建议方案，为后续5G网络在ToB行业的应用部署提供参考。关键词：ToB行业；5G网络；上行增强；上行MU-MIMO；超级上行；集成方案中图分类号：TN929.52023年第0 5期(总第 2 45 期)文献标识码：B文章编号：2 0 9 6-9 7 59(2 0 2 3)0 5-0 19 4-0 51ToB行业典型上行增强场景概述1.1用户需求场景ToB行业5G上行增强需求场景主要包括2 个维度：多用户、大容量和单用户、高速率，其中多用户、大容量场景对于上行容量有较高需求，需网络支持更多的上行连接并保障每个连接的上行速率；单用户、高速率场景对于上行速率、时延和可靠性均有较高的需求，需优化网络上行信号质量和容量，满足用户上行速率和时延要求。实时视频回传监控室监控摄像头图1：ToB行业5G上行增强应用场景示意图表1ToB行业5G上行增强用户需求场景描述ToB行业典型场景维度应用场景举例视频监控：用户/终端较多且包含视频视频监控、流，对于上行容量有较高需求；远程操多用户、大容量远程操控单用户、高速率远程视频质检行速率有较高需求，一般要求上行速率 40 0 Mbps。1.2硬件部署场景ToB行业5G上行增强硬件部署场景主要包括三类：开放室外场景、半封闭室内场景和全封闭场景。表2 ToB行业5G上行增强硬件部署场景描述场景归类该场景为广覆盖场景，部署需求参考5G公网宏站，AAU波开放室外场景束易展开，例如港口、露天矿等。第一类为钢铁厂场景，该场景室内空旷，波束易展开，且安装空间没有限制，部署需求参考5G公网宏站；第二类为3C半封闭室内场景制造场景，该安装空间有限且容量密度大、干扰强，部署需求参考5G公网微站或新型室分。该场景空间狭窄，AUU波束难展开，安装点位不宜过多，部全封闭场景署需求参考5G公网新型室分。收稿日期：2 0 2 3-0 1-0 6作者简介：牛智毅（19 8 2-），男，内蒙古人，高级工程师，中国移动集团公司无线网络优化专家，中国移动通信集团内蒙古有限公司，大学本科，主要从事移动通信2 G/3G/4G/5G的无线网络维护优化工作及研究；黄滨（19 8 1-），男，内蒙古人，高级工程师，中国移动通信集团内蒙古有限公司，大学本科，主要从事移动通信2 G/3G/4G/5G无线网络规划优化工作及研究。1942ToB行业上行增强特性全景概述2.1上行增强特性约束关系ToB行业基站上行增强特性存在如下图中约束关系，后续集成方案输出中需特别考虑。Massive互斥：因为Massive-MIMO要求独占基带板，而现有基站超级上行无跨板机制。V上行场视MTMOV控制流AMassive中控室现场作业单元用户需求概述控：用户/终端较多且包含视频和控制流,对于上行容量和时延均有较高要求。远程质检：传输高分辨率视频对于上硬件部署需求超级上行V最大支持2 流：因为是2:3时隙配比最大支持8 T，而8 T上2:3时隙行Mu-MIMO仅支持2 流。V配比最大支持6 流：因为现有基站基带板处理能力限制，2:3时隙-MMOMassiveMIMO与2:3时隙配比同时配置只支持6 流。图2 上行增强特性约束关系图2.2上行增强特性详细介绍针对ToB行业需求和现状，对5G上行增强各种特性进行了深入研究，从适用基站类型、技术原理、适用场景等维度进行了分析。通过对不同场景的提升技术适配选择，共梳理出5种有效的5G基站上行增强特性：上行MU-MIMO、超级上行、多频业务分层、2:3时隙配比、分布式MassiveMIMO。表3上行增强特性技术对比及建议适用场景分析特性站型上行MU-MIMO增加SUL频谱，拓展上行可室外多制式同超级上行所有站型多频业务分层多频网业务分层和负荷均衡，提升上行信道质量宏站2:3时隙配比新型室分宏站重叠覆盖区域同频小区合并分布式Massive收发技术，消除小区间严重MIMO新型室分(1)上行MU-MIMO上行MU-MIMO是PUSCH空分配对，即多个UE同时在相同的PUSCHRB资源上发送数据。当多个UE共用时频资源时，UE之间的信道越接近正交，受到的干扰也就越小，从而提升系统的上行容量和频谱效率。配比V上行增强原理建议使用场景多UE共用时频资源室外场景用时频资源覆盖场景所有场景通用在时域上增加上行资源封闭场景小区分裂部署的场景干扰Changjiang Information&Communications上行配对LayersSameRB图3上行MU-MIMO原理示意图上行轻载场景下小区资源不受限，开启上行MU-MIMO功能后，可能导致用户平均吞吐率和小区数据吞吐率波动；上行重载场景下（如：小区上行PRB利用率=6 0%），小区资源受限，开启上行MU-MIMO功能后可以提升用户平均吞吐率和小区数据吞吐率，因此建议在小区负载较高的情况下启用MU-MIMO功能。(2)超级上行特性原理超级上行通过将上行数据分时在NRTDD频谱和低频段SUL频谱上发送，极大地增加了5G用户的上行可用时频资源。TDDDoTDSTDDDSUL图4超级上行原理示意图依据SUL频谱的获得方式，超级上行特性存在两类部署场景：独立部署和共部署。表4超级上行部署方式说明牛智毅：ToB行业5G上行增强方案集成与实践独立部署要求NRTDD载波与SUL载波的射频模块共口UE1基带板同覆盖部署。由于SUL链路没有对应的下行，因此SUL分配DMRSPORTO/1链路的功率控制、链路管理等，依赖NRTDD载波的下行测量。2UE3口口口UESUE4口口RB分配DMRSPORT2/3OUE21、不同的流分配不同DMRS正交端口；2、基站通过不同的正交端口区分并解调出各流的数据；ULTDDDULOTDD当 SUL载波覆盖与对应的NRTDD载波一致时，增益最大。在进行超级上行网络部署时，需要保证SUL载波与NRTDD载波的天线方位角夹角差小于10。打开SUL上行联合接收功能后，支持SUL载波与NRTDD载波的天线方位角夹角最大为30。SULNRTDDNRTDD未打开SUL上行联合接收功能打开SUL上行联合接收功能图5超级上行独立部署SUL载波与NRTDD载波同覆盖要求(3)多频业务分层特性原理多频网业务分层包含：空闲态-基于RFSP的小区重选、连接态-基于频谱效率的负载均衡、连接态-基于覆盖的异频切换+基于业务的异频切换、连接态-基于RFSP定制的NR异频切()换策略等4部分内容，具体需根据运营部署的频点数以及网络基本覆盖评估后，确定需要哪几种组合功能。空闲态-基于RFSP的小区重选：通过基于RFSP定制的小区重选策略，gNodeB可以控制特定UE在小区重选时是否优先采用RFSP专用优先级来驻留到某个系统（NG-RAN或E-UTRAN)的某个频点的所属小区。UOM类用户RFS(RFSP=1)(RFSP=2)AMFF1RFS配量下物RFP2JE2SULA美用户小区黄活小区重()F2AF3RFSP专用优先级RFSP专用优先级(RFSP=1)(RFSP=2)F1未配百口F2口F3未配百1未配香67超级上行部署方式现网还未部署NRFDD，SUL小区需要通过refar-ming的方式获得一段未使独立部署用频谱，或通过LNR上行频谱共享方式，借用LTEFDD的上行频谱资源现网已部署NRFDD，则SUL可以使用NRFDD的共部署上行频谱，实现NRFDD和SUL上行共同调度超级上行的增益来源于SUL频谱资源，SUL频谱与NRTDD频谱的时分叠加使用，极大地提升了超级上行UE的上行吞吐率，进而提升整个NR小区的上行吞吐率，低速率区间用户比例会减少，高速率区间用户比例会增加。网络干扰越小（通过N.UL.NI.Avg观测），越靠近天线主瓣方向，SUL带宽越大的情况下，本功能可获得的增益越大。反之，可获得的增益越小，但是无负增益产生。开通建议195定义部署要求部署方式固定，现SUL小区和NR网L与NR同覆盖TDD小区共站同覆盖场景较多，部署范围更广支持共站和跨部署方式灵活，现网NRFDD小区站两种场景，且的开通场景较少，不要求同覆盖部署范围受限特点图6 空闲态-基于RFSP的小区重选示意图连接态-基于频谱效率的负载均衡：是以单位带宽内的连接态等效用户数为衡量小区负载的指标，当满足预设的负载均衡条件时，将连接态用户切换至低负载小区，实现负载均衡的目的。Cell1Cell2连接态-基于覆盖的异频切换+基于业务的异频切换：基于业务的异频切换支持为每一种QCI配置对应的切换目标频点组。当基于业务的异频切换功能启动后，gNodeB会持续监控终端的业务状态，如果业务QCI发生变化，则会触发gNodeB向UE下发指定频点组的测量配置信息，UE进行指定频点组的异频测量，gNodeB收到UE的测量报告后，gNodeB判决UECell1负载均衡切换/重选口口口图7 连接态-基于频谱效率的负载均衡示意图切换/重选口Cell2白色部分表示上下行数据传输切换Changjiang Information&Communications在适合切换的最优候选目标小区执行切换。基于业务的异频切换F2图8 连接态-基于覆盖的异频切换+基于业务的异频切换示意图连接态-基于RFSP定制的NR异频切换策略：通过基于RFSP定制的基础切换策略，gNodeB可以控制特定UE切换到某些特定频点的所属小区。核心网侧为UE设定好RFSP索引，并下发给gNodeB。然后gNodeB配置小区切换时需要使用的频点列表组，并将配置的频点列表组与RFSP索引绑定，从而得到RFSP专用频点列表。A类用户B类用户(RFSP=1)(RFSP=2)F1切换到F2绒F3切换到F3F2F3图9 连接态-基于RFSP定制的NR异频切换策略示意图开通建议该特性的实施无需消耗厂家license资源，实施成本较低，建议同等条件下优先选择。配置负载均衡进入/退出门限时，需要参考对应的容量口径；ToB场景下，开通负载均衡的小区需要禁止ToC用户接入，防止ToC小包对算法计算的影响；开通RFSP相关的特性之前，需要先确认核心网是否支持。(4)2:3时隙配比特性原理相比传统上下行子顿配比，2:3配比在一个配比周期内有更多的上行子帧，在时域上增加了上行资源，可以提升小区或用户上行吞吐率。2:3时隙配比（2 _3_DSUUU)表示1个全下行时隙(D)，1个上下行混合的时隙(S),3个全上行时隙(U)。2:3时隙配比具体配置表如下：表5不同时隙结构下的配置说明-子载波间隔30 kHz上下行数据配比全下行时隙传输切换周期时隙结构时的保护(ms)符号数SS211SS222SS233时隙配比通过NRDUCell.SlotAssignment配置，时隙结构通过NRDUCell.SlotStructure配置。如下为N79频段、子载波间隔为30 kHz场景下，NRDUCell.SlotAssignment配置为 2 _3DSUUU,NRDUCell.SlotStructure配置为 SS22（一个配比周期2.5ms，包括5个时隙，1个全下行时隙（D），1个上下行混合的时隙（S)，3个全上行时隙(U)的时隙配比图（5ms)。牛智毅：ToB行业5G上行增强方案集成与实践图：2.3（DSUUU）时腹配比图（5ms）图2:3时原配比图（5ms）中的U3456DUUDSUF12DLDLDLDLDLDLDLDLDLGPGPULU2.3图10 N79频段、子载波间隔为30 kHz场景下2:3时隙配比示意图开通建议仅封闭场景建议开通：2:3配比并无频段约束，2.6 G和4.9G均可以配置2:3配比。但由于公网使用的时隙配比是8:2(2.6G频段)与7:3（4.9 G频段），与2:3配比混合使用会产生同频段异时隙干扰，一般公网不建议开通。该特性的实施无需消耗厂家license资源，实施成本较低，建议同等条件下优先选择。具体开通参数配置见下表：表6 2:3时隙配比配置参数修改表参数名称参数IDRFSP素引1与频点列表组0 绑定，RFSP素引2 与频点列表组1绑定时隙配比预点列点紫引制式类型558预减位下行E-UTRAN装组频点000110全下行全上行时隙后面时隙前面全上行的下行的上行时隙数目数目符号数符号数2.512.512.51时的保护特号GP，S时隙包括10个下行符号（DL），2 个保护符号(GP)，2 个上行符号（UL)，456NRDUCell.SlotAssignment时隙结构NRDUCell.SlotStructureNRF2NRF3NRF3112102929101112T13备注：保护符号（GP）数可配1、配置建议仅TDD模式需要配置。仅TDD模式需要配置。NIANIANIA333(5)分布式MassiveMIMO高容量场景通过小区分裂的传统扩容方式，由于NR同频部署导致的小区间严重的干扰，可能出现小区分裂后，区域内容量没有增加甚至降低的情况。为解决该问题，引入了分布式MassiveMIMO小区功能，通过将工作在相同频段上的射频模块所覆盖的n个连续覆盖的4T4R小区合并为一个4nT4nR的小区来消除小区边界，降低小区间干扰。合并后形成的Mass-ive MIMO小区可以通过MU-MIMO功能来提升系统的上下行容量和频谱效率。支持上行联合接收干优：MIMO:重分区城满时见16-4极天线，实就联自换收消干扰，提覆盖支持杆站nTnR模块*ST8R16kg220mEM轻量化、易部署图11分布式MassiveMIMO特性原理示意图3ToB行业上行增强方案集成基于上述介绍结合用户实际需求，以网络收益最大化为目标，创新的建立ToB行业上行增强集成方案“4步递进”生成算法，该算法可实现集成方案的快速准确输出，在保障用户需求的基础上尽量减少网络投入。一步：根据部场多频部署欢和行业约来，选二步，现网条件充择对垃的硬件许时，财优先推荐邢著多舰业务分层硬件选型图12 上行增强集成方案“4步递进 示意图支持上行MU营个从立小区个DMIMO小区H*BTUR大容量消除小区边界免切换三步基子步建特性叠加选择的件，在根新现网实际应用选择开通对应的特性特性选择四步少楼一步翼之后是香满足业务拆求，若未满足，财粮邦场聚叠加场泉化优化方案：196求高可采用超级上行。Changjiang Information&Communications3.1硬件选型硬件选型主要根据部署的场景，综合考虑无线场景及行业约束，选择最优硬件。部署场景包括开放室外场景、半封闭室内场景和全封闭场景。选型建议如下：表7 ToB行业5G上行增强方案硬件选型建议表部署场景无线场景分析类似宏网，AAU波束易展开开放室外场景（港口、露天矿）安装空间无限制室内空旷，Lampsite 防尘半封闭室内（钢波束易展开铁厂）安装空间无限制安装空间有限，半封闭室内倾向小模块容量密度大、(3C制造）干扰强，上行 4流空间狭长，全封闭场景AAU波束难展开(井工矿）安装点位不宜过多防爆盒安装3.2部署场景特性选型部署场景包括开放、半封闭、全封闭三类场景，根据部署场景维度特性步骤一：明确上行总容量的诉求，这作为开放/半封闭场景特性选型的输入。步骤二：频点选择。上行速率诉求小于2 0 0 Mbps选择1个TDD频点；上行速率诉求大于2 0 0 Mbps选择2 个TDD频点，采用多频业务分层。步骤三：根据现网用户数选择对应的方案。(1)开放/半封闭场景的方案建议表8 ToB行业5G上行增强方案开放/半封闭场景建议表站型速率诉求小于2 0 0 Mbps64TR AAU大于2 0 0 Mbps小于2 0 0 MbpsLampSite大于2 0 0 MbpsEM大于2 0 0 MbpsBook大于2 0 0 Mbps(2)全封闭场景的方案建议表9 ToB行业5G上行增强方案全封闭场景建议表站型速率诉求小于2 0 0 MbpsEM/Book大于2 0 0 Mbps小于2 0 0 MbpsLampSite大于2 0 0 Mbps3.3用户场景特性选型特性选型是根据大上行典型应用，选定基础方案后，考虑实际容量诉求叠加补充或场景化方案。在确定了对应的业务197牛智毅：ToB行业5G上行增强方案集成与实践场景之后，根据对应的业务场景选择基础组网，如果条件允许，可通过部署多频提升区域容量。然后确认基础方案，基础方案推荐使用上行MU-MIMO（宏站）或D-MIMO（小站）。如果基础方案仍然不满足业务诉求，那么可基于业务需求叠加场景化方案。例如，全封闭场景下可使用2:3时隙配比；叠加2个TDD频点和基础特性后仍然容量不够或者单用户速率要行业约束选型建议AAU64TR无(AAU的补盲/补热场景可使用EasyMacro(EM)AAU64TR能力无法满足钢厂环境无防爆：功率限制 6 W以 LampSite 为主方案建议平均速率上行MU-MIMO200Mbps上行MU-MIMO+超级上行+多频业务分层Massive-MIMO2.6G Massive-MIMO+4.9GMassive-MIMO+多频业务分层超级上行+多频业务分层(2.6G+4.9G+2.3G SUL)超级上行+多频业务分层(4.9G+2.6G+700M SUL)方案建议2:3时隙配比2:3时隙配比+超级上行+多频业务分层(4.9 G2:3+2.6G+7000MSUL)Massive-MIMO+2:3时隙配比Massive-MIMO+2:3时隙配比+多频业务分层（2.6 GMassive-MIMO+4.9G2:3+Massive-MIMO)根据典型应用场景，大上行集成方案可归纳为：表10 ToB行业5G上行增强方案用户场景特性选型建议表用户场景视频监控远程操控（混合场景）多频部署+MU-MIMO/Massive-MIMO+部署场景方案(次选EM)机器视觉LampSite4应用及效果4.1广域场景视频监控业务集成方案应用某市警务视频监控上行MU-MIMO（静止场景）：实测MU速率达2 0 0 Mbps+。测试终端组网终端类型业务模型550Mbps业务模型用户分布上行小区容上行平均上行RB配上行干扰量(Mbps)配对层数对率240Mbps14路真实视频600Mbps+4个ToB30MbpsUDP加载用户+2 个7个近点用户+2247个中点用户370MbpsToCFullBufferFTP加载用户320Mbps关键参数：上行MU商用基线、2 56 QAMloT15dB（上行干扰10 1dBm），用户近中点分布：小区上行容量实测247Mbps平均速率说明：用户分布和邻区上行干扰强端都会直接影响小区香吐率，深增警务上行MU实测结果不能作为小区吞旺率口经用于商用交付兑现250Mbps图13广域场景视频监控业务集成方案应用示意图380Mbps4.2园区半封闭场景（钢铁）机器视觉业务集成方案应用半封闭场景(钢铁)集成方案：某钢铁企业钢铁表面质检,SUL540Mbps上行增强(4.9 G+2.3G)，一阶段AI表检应用速率满足度10 0%。780Mbps4.3园区半封闭场景（制造）机器视觉业务集成方案应用半封闭场景（制造）集成方案：南方工厂制造车间，D-MIMO+室内上行配比优化(2:3配比)：IoT=MaxRI,则配置CSI-RS的端口数等于PT。(2)如果PM=MaxRI,则配置CSI-RS的端口数等于PM。(3)如果PTMaxRI=PN,则：（a)如果RM大于一定比例（例如8 0%），则CSI-RS配置的端口数等于PM；（b)如果RT大于一定比例（例如8 0%），则CSI-RS配置的端口数等于PT；（c）如果RN大于一定比例（例如8 0%)，则CSI-RS配置的端口数等于PN；（d)其他情况下，则CSI-RS配置的端口数等于MaxRI。(4)如果PN=MaxR=PM,则：(a)如果RM大于一定比例（例如8 0%），则CSI-RS配置的端口数等于PM；（b)如果RT大于一定比例（例如8 0%），则CSI-RS配置的端口数等于PT；(c）如果RN大于一定比例（例如8 0%），则CSI-RS配置的端口数等于PN；（d)如果|RN-RT=-83dBm、40 0 M b p s 及以上的要求为RSRP=-89dBm;图14园区半封闭场景（钢铁机器视觉业务集成方案应用示意图040623商干CELL“图15园区半封闭场景（制造）机器视觉业务集成方案应用示意图化,2 0 2 1,47(12):6 2-6 73 胡煜华.5G网络上行覆盖增强研究J.电信科学.2 0 2 1,37(07):134-1414 黄智瀛.5GSUL上行增强技术研究及应用J.广东通信技术.2 0 2 1,41(0 8):49-51+7 15 李宗林.面向垂直行业的5G上行大带宽应用的规划及部署策略研究J.电信工程技术与标准化.2 0 2 1,34(0 6):6 7-7 26 石静静.2.6 GHz+700MHz频段5G上行增强方案研究J.长江信息通信.2 0 2 1,34(0 4):17 9-18 2+.+定CSI-RS配置的端口数。既考虑了让大多数小区能上报准确的CSI信息，也考虑了让UE的RI达到最大化,因此通过该方法能使得不同天线数的小区组合超级小区后的性能达到最优。5结语随着各种新型设备的推出，以及5G网络发展部署的多样化，除了本文分析到的场景之外，不同天线小区混合组成超级小区的应用场景将会越来越多。采用本文提出的天线混配超级小区下的CSI-RS的端口数自适应配置方法，能使得不同天线数的小区组合超级小区后的性能达到最优，从而推动天线混配超级小区在不同场景下可以灵活运用。参考文献：1石浩，张晟.TD-SCDMA网络小区合并技术及应用1.电信工程技术与标准化,2 0 10(9):13-16.2 陈国忠.高铁LTE网络的建设与优化.电信技术,2 0 14(6):7 3-7 6.3 3GPP TR38.913,Study on Scenarios and 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