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5G 新无线新无线 网络规划网络规划 白皮书白皮书 12.2018 摘要 此篇白皮书简要介绍了5G New Radio（NR）的核心技术以及网络规划的需求以及 Ranplan Professional 的工具展示，包含三个 5G NR 部署场景范例分析 固定无线接入(FWA),室外城中心密集小基站/异构网部署和 体育场馆场景.Table of contents Ranplan Wireless Network Design Ltd i 目录目录 1.导言导言.3 2.5G 新接口简介新接口简介.4 2.1.5G NR 标准化和部署时间表.4 2.2 5G 核心技术.5 2.2.1 毫米波(mmWave)传输.5 2.2.2 高密度小基站和异构网（HetNet）的部署.6 2.2.3 大规模多天线输入输出.6 2.2.4 波束赋形(3D).7 2.2.5 可缩展 OFDM 帧结构.8 3.5G NR 接入网规划需求接入网规划需求.9 3.1.5G NR 运作环境建模.9 3.1.1 地理信息系统(GIS).9 3.1.2 3D 建筑模型.10 3.1.3 室外 GIS and 室内 3D 建筑模型的整合.11 3.2 无线传输模型.12 3.3 5G NR 系统模型.13 4.范例分析范例分析.15 4.1 固定无线接入(FWA).15 4.2 城中心室外异构网部署.16 4.3 体育馆.17 5.总结总结.19 引用引用.20 关于关于 Ranplan Wireless.21 表格列表 表 1-1.3GPP NR 需求指标.3 表 3-1.5G NR 帧结构.13 表 3-2.5G NR 调制解码方式.14 表 3-3.上下行信道.14 图列表 图 1-1.5G 下的新服务类别 1.3 图 2-1.5G NR 标准化.4 Table of contents ii 图 2-2.5G NR 的部署模式.5 图 2-3.空气和水对于频带的影响.5 图 2-4.高密度小基站部署.6 图 2-5.大规模多天线输入输出.7 图 2-6.波束赋形下的波束控制.7 图 2-7.模拟波束赋形和数字波束赋形.8 图 2-8.OFDM 帧结构.9 图 3-1.室外包含植被的 GIS 信息(Ranplan Professional 截图).10 图 3-2.3D 建筑模型.10 图 3-3.Ranplan Professional 中各类 5G 频段的材料数据库.11 图 3-4.Ranplan Professional 显示室内外信号下无缝的整合 GIS 和 3D 建筑模型.11 图 3-5.3D 多径光线追踪和光线发射无线传播模型.12 图 3-6.5G 帧结构.13 图 4-1.FWA 场景.16 图 4-2.城中心室外异构网部署.17 图 4-3.Ranplan Professional 下的 3D 建模和网络性能指标预测.18 导言导言 3 1.导言导言 第五代（5G）移动网络旨在创建一个平台和生态系统来提供良好的无线接入覆盖以及多种类的应用和服务。与此同时，网络可同时支持传统移动网络和别的相关产业，如汽车，自动化产业和公共安全。在相当长的一段时间内，可以预计 5G 网络将会与 LTE-A/Pro,NB-IoT 和 WiFi 等别的无线接入技术相共存。图 1-1.5G下的新服务类别 1 除了支持当前网络下的传统服务，展望 5G 的 3 个新的服务类别增强型移动带宽（eMBB）,高可靠性低延迟传输（URLLC）和大规模机器类传输（mMTC）。在 eMBB 里包含了诸如 HD 视频，虚拟/增强现实技术；URLLC 下的汽车通信和工业自动化；以及 mMTC 下的物联网和智慧城市。如图 1-1 所示，以上的 3 个新服务类别对带宽，延迟，移动性，连接密度以及传输数率有着各自不同的要求。例如在 eMBB 服务下，此服务对频谱效率，用户感知传输数率，峰值传输数率，区域内的业务容量和网络能效有着较高的要求。eMBB,URLLC 和 mMTC 服务的需求指标详细列明在 表 1-1.3GPP NR 需求指标中：表 1-1.3GPP NR 需求指标 用例 核心指标 规范 增强型移动带宽(eMBB)传输数率 10-20Gbps 峰值 100 Mbps 基础数率 10000 倍 业务量 移动速度 500 公里/小时 使用场景 宏基站和小基站 网络能效 网络能源节省 100 倍 大规模机器类传输(mMTC)连接密度 2 105 106/公里2 覆盖范围 长距离 传输数率 1-100 kbps 电池寿命 10 年 成本 M2M 低成本 接入方式 非同步接入 高可靠性低延迟传输 (URLLC)延迟 1 毫秒 空中接口延迟 5 毫秒 E2E 延迟 可靠性和可用性 99.9999%传输数率 50 kbps 10 Mbps 导言导言 4 移动类别 高速移动 5G NR 需要具备之前移动网络所不具有的高适应性和扩展性，同时需要具备优良的频谱以及能效来应对 5G 的多类别服务。但也从而增加了无线系统的复杂度。为了实现 5G 系统下的服务需求，需要以下的核心技术来驱动以及保障 5G 核心网络的运作：毫米波(mmWave)通信;大规模多天线输入输出和 3D 波束赋形;高密度小基站和异构网(HetNet)的部署;可缩展的 OFDM 配置:2N 子载波间距,可拓展 CP,TTI,等等.为了在 2020 年完成第一阶段的 5G NR 部署，3GPP Release 15(aka 阶段 1)在 2018 年 6 月末定义了一系列的 5G NR 功能。因为 5G NR 的复杂性，高效益的部署以及不同网络接入方式的连接与交互导致了 5G NR 的网络规划难度远高于之前的移动网络系统。这篇白皮书旨在分析 5G NR 的网络规划需求以及如何在 eMBB 经典场景下的 5G NR 部署，评估该部署下的一系列的关键性能指标（KPIs）。该白皮书组成如下:第二章将简要介绍 3GPP Release 15 里定义的 5G NR,第三章的 5G NR 网络规划的需求分析。第四张提供 5G NR 部署场景的范例分析以及第五章的总结。2.5G 新接口简介新接口简介 第二章将简要介绍 5G NR 的标准以及部署的时间安排。最后一部分将介绍 5G NR 的核心技术。2.1.5G NR 标准化和部署时间表 图 2-1.5G NR 标准化 5G NR 标准化分为俩个阶段。相比于 URLLC 和 mMTC 服务，因为运营商的需求主要集中 eMBB服务上，第一阶段的重点将在 eMBB 服务的支持上以及低延迟的 URLLC 的标准化。第二阶段将解决 mMTC 和高可靠性的 URLLC 问题上。第一阶段的 5G NR 的标准化在 2018 的 6 月结束，而5G NR 第二阶段标准化预计在 2019 年年底完成。根据图 2-1 所示，在 2019 年末至 2020 年将开始 5G NR 的部署，在此之后的 2021 年将开始 5G NR 的第二阶段部署。图 2-2 展示了在 5G NR的部署中将存在的俩种模式，非独立存在（NSA）和独立存在（SA）。5G 新接口简介新接口简介 5 a)NSA deployment mode b)SA deployment mode 图 2-2.5G NR 的部署模式 根据图 2-2 所示，在非独立存在模式下，5G NR 将与 LTE 共用演进的分组核心网络。该部署的优势在于：i)在现存核心网的基础上，5G网络的部署可获得较短的部署时间以及较少的建设费用；ii)核心网建设的需求可以大幅度被消除。非独立存在模式的部署比较适合用于 5G 的初期部署，譬如热点的覆盖。而在独立存在模式下，5G NR 将使用新的核心网新一代的协作网络（NGCN）。独立存在模式的优势在于 NFV 和 SDN 技术的基础上网络切片所带来的高效以及高适用性，较少的维护费用，延迟（URLLC 的主要指标）和对 mMTC 的高支持。因此，随着时间的推进，将有更多独立存在模式下部署的 5G NR。此模式比较适合新的运营商。2.2 5G 核心技术 在此篇章，将简要介绍 5G NR 的核心技术。2.2.1 毫米波毫米波(mmWave)传输传输 根据（1）中的香农信道定理，信道容量 C 与信道带宽 B 存在线性的比例关系。C=B*log2(1+SNR)(1)根据图 2-3 所示，300MHz 到 3GHz 的频带一直以来被用于手机网络中提供移动网络宽带服务。在信号传输中，当信号在频带里经过几千公里的传输，接受信号需要足够强以至于可以被检测到。进一步而言，毫米波以下的频带有较弱的穿透损耗以至于室内覆盖可以由室外基站所提供。但是，随着急速增长的数据业务，3GHz 以下的频带难以满足 eMBB 下 1-10Gbps 的数据传输需求。一方面，3GHz 以下的无线频率小于 3GHz，明显不能满足 5G 的期望需求。另一方面，3GHz 以上有着大量的频谱资源，特别是用于通信的还未被开发的毫米波（30GHz-300GHz）。因为相比于以往的移动网络，200GHz 以上的带宽有着巨大的潜力来提供更高的容量，毫米波通信被选为 5G NR 的其中一个核心技术。除此以外，毫米波可以很好的配合另外的俩个 5G NR核心技术，大规模多天线输入输出和高密度小基站部署。图 2-3.空气和水对于频带的影响 5G 新接口简介新接口简介 6 图 2-3 展示了 57-64GHz 的毫米波会受到大气吸收的影响以及 164-220GHz 频段的水气吸收,因此，还潜在着 225GHz 的毫米波频带可被开发并用于毫米波通信。因为较短的波长，天气和小物体会对毫米波信号的传输产生更深的影响。降雨和降雪可大幅度的影响毫米波的传输。诸如小汽车，树，叶子，家具以及人体都会影响到毫米波的传输，以及完全被以上的物体所阻挡。因此，需要毫米波的无线规划工具去研究一些毫米波小基站部署的场景，毫米波基站协作场景或者 6GHz 以下频段基站共存的场景。2.2.2 高密度小基站和异构网（高密度小基站和异构网（HetNet）的部署）的部署 每平方公里范围内移动网络容量 CM 可被定义为 CM=D*S*B，D 代表了每平方公里范围内基站的密度，S 代表了每个基站的频谱效率和 B 代表了每个基站的可用带宽。随着基站密度的增加，频谱资源可被多次利用。因此，在频谱效率和带宽增长 20 倍的情况下，高密度小基站（SC）部署可以高效的 50 以至于 1000 倍的提高容量。历史数据表明，从 1950 年开始，随着基站密度的增加，2000 年的移动网络的容量增加了 2700 倍 2。图 2-4.高密度小基站部署 图 2-4 展示的是在传统宏基站下高密度小基站的部署。高密度小基站的部署也同时产生了一些新的具有挑战性的问题，如干扰控制，移动管理和高效益的数据传输 3-5。因此，高密度小基站的部署需要细致的无线规划。值得一提的是网络的密度存在上限值。当每小时平均连接用户数目少于部署的小基站的数目，部署更多的小基站会导致更低的经济性，因为总的用户吞吐量不再随着基站密度的增长而线性增长。根据仿真，在超高密度的网络部署下，在一平方公里的范围内以 5 米的基站间距（ISD）部署了46189个小基站和300或者600个用户，网络可以提供给边缘用户48倍的吞吐量增益。2.2.3 大规模多天线输入输出大规模多天线输入输出 图 2-5 展示了大规模多天线输出输入或者大规模 MIMO 泛指多天线系统下，每个基站里配备了数百个天线单元，它们使用相同的时频资源同时传输数据给数百个用户。在5G，大规模MIMO扩充了 LTE 基站的天线单元到数百个，譬如 100 个最高 256 个。相比于多用户 MIMO(MU-MIMO)，大规模 MIMO 能进一步的提升了链接的稳定性，吞吐量，频谱效率和能效。在大规模MIMO 的基站下，配备的天线数目远大于同时存在的用户数目。在 TDD 模式下，大规模 MIMO系统下的每个基站的下行容量可被定义为：H2=maxlog det()dlMdlC+PIGPG，M 代表天线数目，dl 代表下行的 SNR,P 是一个功率分配为12,Kp pp的正数的对角矩阵，对角元素服从 5G 新接口简介新接口简介 7 11Kkkp=,K 代表用户的数目,G是基站到用户的信道矩阵，维度为 M*K。TDD 模式经常被应用于大规模 MIMO 系统因为不需要消耗太多的资源在信道状态信息上（CSI）。下行容量的计算需要通过凸优化问题来解决。大规模 MIMO 可以提供空分复用和不同的增益，最大的优点在于它可以为 5G 带来频谱效率的提升（相比于 LTE-A，超过 10 倍的提升）。在空分复用的应用中，大规模 MIMO 可以把一些信道状况不好的信道（例如独立同分布瑞丽衰落信道）装变成一些独立信道，以至于可以在这些信道上同时多路传输信息流。因为空间的多样性，相同的信息流被分配到不同天线上同时传输给了用户进而提高了链接的可靠性。图 2-5.大规模多天线输入输出 与此同时，相比于把传输功率分配在整个基站里，大规模MIMO可以把用户的接收信号传输在更窄的波束上，从而增加了能效。在同一时频资源下，用户间的站内干扰可以被大幅度的减少。然而，在每个配备了大规模 MIMO 功能的基站下，可服务用户数目被基站可处理的 CSI 数目所限制。除此之外，参考信号的干扰也是大规模 MIMO 系统的主要限制瓶颈。2.2.4 波束赋形波束赋形(3D)图 2-6 展示的是一个空间信号处理技术，天线阵列下的定向信号传输与接收的波束赋形。在每个天线传输相同信号的情况下，通过控制相位和相关的幅度来实现波束赋形。在波束赋形的接收端，通过每个接收天线所接收到的信号下不同的放大幅度和相位转换来生成复合信号。图 2-6.波束赋形下的波束控制 DecodingData stream 1Data stream 2.Data stream K12.MCSIUE 1UE 2UE K.UE 1UE 2UE KPrecodingData stream 1Data stream 2.Data stream K12.MCSI.(a)Uplink(b)Downlink5G 新接口简介新接口简介 8 图 2-7 描述的是模拟波束赋形和数字波束赋形的比较，有着以下的俩个不同点。其中一个是数字波束赋形需要数字基带处理，但在大规模MIMO系统下会变得极其复杂。另外一个是数字波束赋形需要每个天线有各自的无线链接，在毫米波的情况下会有着较高的花费与复杂度。因此，在大规模 MIMO 系统下提议进行复合的波束赋形。图 2-7.模拟波束赋形和数字波束赋形 波束赋形的最大优点就是运用天线的空间特性把发射信号限制在特定角度内。因此，相比于传统的单天线系统，更高密度的基站部署能获得更好的支持，并能尽可能的减少基站间的干扰。除此之外，波束赋形可以增加信号的传输距离和更好的室内穿透能力，以至于更容易使用更高的调制解码模式。在 3GPP Release 15，最高可支持 256 个天线下，3D 波束赋形使得每个基站可以调整波束的水平和垂直方向。更深一步，动态的 3D 波束赋形和波束追踪下所支持的手机毫米波通信在 5G NR 为用户同时提供无缝的接入和极限吞吐量。每个基站如何快速偏转波束成为了主要的挑战之一。2.2.5 可缩展可缩展 OFDM 帧结构帧结构 之前提过在 5G NR，部署的毫米波频带有着更宽的带宽。为了更好地服务毫米波下的大带宽，在限制 FFT 大小的情况下，可缩展 OFDM 帧结构被提出来支持更宽的载波带宽。原理是根据载波的频率跟带宽来缩展 OFDM 的子载波间隔和循环前缀的持续时间。进一步来说，为了简化可缩展 OFDM 帧结构的应用，提出了一定的缩放比例，一个常用的子载波间隔数值和循环前缀持续时间来设置不同子载波频率跟带宽下的子载波间隔和循环前缀持续时间。通过这样的设计可以简化取样时钟的频率，因为 OFDM 符号的持续时间反比于子载波的间隔。进一步而言，为了简化调度和参考信号的设计，提议一个子帧下的 OFDM 符号的数目等同于所有子载波间隔数，这样意味着子帧的持续时间随着子载波间隔的增加而减少，详细信息可参考图 2-8。5G 新接口简介新接口简介 9 图 2-8.OFDM帧结构 被 3GPP 接受的一个解决方案是从 15kHz 开始使用 2 为底的次方为子载波间隔。此解决方案也适用于解决 LTE-TDD 网络下的子帧对齐的高需求，在特定载波频率以及带宽下的子帧的持续时间可以被更小的子帧持续时间所整除。3.5G NR 接入网规划需求接入网规划需求 在第三章，将在 5G NR 接入网下根据环境模型，无线传输模型和 5G NR 系统模型做出的规划需求分析。3.1.5G NR 运作环境建模 为了减少 5G NR 网络的花费和实现所需的的时间，在城中心部署 5G NR 的时候，需要准确的建模城中心环境。主要原因来自于毫米波信号会很大程度上受一些物体的影响，例如树，植被，街道物体，汽车和人群。除此以外，5G NR 将整合在它的运行环境下，例如天花板下方和街道上的小基站，整合在建筑上的天线和镶嵌在墙上和路上的 IoT 节点等等。准确的 5G NR 运行环境建模包括：室外城中心的高分辨率的 GIS 矢量数据；3D 楼层建筑模型和室内材料的电磁场（EM）特性；无缝的室外 GIS 和室内 3D 建筑模型融合。3.1.1 地理信息系统地理信息系统(GIS)自 1990 年起，GIS 被广泛的应用于室外无线网络规划工具中。GIS 可以为无线网络规划提供不同的信息类别，包括地形，地貌和矢量数据（例如建筑）。在网络规划里，对于 GIS 分辨率精准度的需求从 2G 系统的 20 米提高到 4G 系统的 5 米。在 5G NR 的网络规划中，为了展示诸如树，植被，街道物体（例如灯杆），建筑，需要 1 米或更高的（例如 0.1 米或者 0.4 米）3D 矢量数据来进行网络规划，详细信息参考图 3-1。5G NR 接入网规划需求接入网规划需求 10 图 3-1.室外包含植被的 GIS信息(Ranplan Professional截图)3.1.2 3D 建筑模型建筑模型 至今为止，超过 80%的移动业务发生在室内。预计在将来的 10 年，业务将会有 1000 倍的指数型增长并非均匀的分布在不同的地里位置和一些主要的室内环境（BEs）下，例如中央商务区（CBDs），火车站，机场，大型购物商场等等。图 3-2.3D 建筑模型 在 2G/3G/4G 移动网络，室内的移动业务主要被室外的宏基站所吸收。但是，因为在 5G 中会使用更高的频率，将导致更低的穿透性，业务被室外宏基站吸收的情况将不可能发生在 5G。据估计，超过 80%的室内业务（例如大约 2/3 的业务）会被安装在室内的移动网络所吸收。为了提高小基站，室内 DAS 的成本效益，需要获得精准的 3D 建筑模型，其中将包括：1）图 3-2 a)中的墙，门，窗，柱子等不同的建筑结构；和 b)中的整座 3D 建筑模型。随着频率的变化，建筑材料的电磁波特性也随之变化，因次需要测量这些材料在整个 5G NR可部署的频率范围内的电磁波特性。测量材料在毫米波的电磁波特性具有一定的挑战因为其中的散射和反射受材料表面的粗糙程度和子载波的波长影响。图 3-3 展示了材料数据库中建筑材料的电磁波特性。b)生成在 Ranplan Professional 中的 3D 建筑模型(整座建筑)a)导 入 CAD 文 件 后自 动 生 成 在 Ranplan Professional 中的 3D 建筑模型(其中一层)5G NR 接入网规划需求接入网规划需求 11 图 3-3.Ranplan Professional 中各类5G频段的材料数据库 3.1.3 室外室外 GIS and 室内室内 3D 建筑模型的整合建筑模型的整合 随着室内网络建设的增加，室内外的交互变得更加重要。为了减少室内、外网络的互相干扰以及更好地提供无缝的服务衔接，需要更好地协调室内、外网络的规划和优化，错误错误!未找到引未找到引用源。用源。为室内外联合模型。为了连贯和有效的规划室内、室外网络，无线网络规划工具需要具备整合室内外模型的功能。首先，无线工程师需要无缝的建模室内、室外模型。意味着无线规划工具需具备导入室外 GIS信息的能力。除此以外，为了无线网络规划工具还需具备建模建筑的能力。其次，规划工具需要具备导入室内外网络参数配置的能力。意味着工具需要根据室外 GIS 信息布局室外网络，以及根据室内建筑来布局室内网络。Ranplan Professional 具备了以上俩种的功能。最后一点，工具可以快速的加载室内外网络。最重要的一点是工具兼容运营商格式的文件以及主流的室外无线规划工具的文件格式。图 3-4.Ranplan Professional显示室内外信号下无缝的整合GIS 和3D 建筑模型 5G NR 接入网规划需求接入网规划需求 12 3.2 无线传输模型 在蜂窝网里，覆盖和容量是俩个最为基础的需求。进一步说，覆盖是蜂窝网里所要达到的最低需求。在蜂窝网络的覆盖规划里无线传播模型是必不可缺的一项。哈塔模型及其拓展版本 COST231-Hata 都是传统的经验模型，并被广泛应用于 2G/3G/4G 城中心的室外宏基站规划。经验模型的优点在于快速的计算速度；但是，针对特定的基站以及欠缺准确性。在过去十年时间，随着容量变得越来越重要，越来越多的基于光线追踪和光线发射的精准无线传输模型被广泛运用。尽管基于光线的精准无线传播模型比经验模型准确性更高，其所花费的计算时间也更长。为了缩短计算所需要的时间，一些商用的光线追踪模型通过减少考虑光线的数目数来达到简化计算的目的，譬如只考虑光线中间具有重要影响力的路径。但是，这类模型不能提供足够的信息去评估大规模多天线 MIMO 的性能表现。在 5G NR，需要真实的多径信息（例如 AoA，AoD，EoA，EoD，延迟和相位信息）来生成MIMO 的信道矩阵去评估大规模多天线 MIMO 的性能表现。信道矩阵和预编码算法（譬如一些标准算法，ZF，MRT 和 MMSE 或者特殊的运营商算法）被用于大规模多天线 MIMO 的性能表现评估；因此，在 5G NR 的大规模多天线 MIMO 里需要真实的 3D 多径光线追踪和光线发射无线信道模型，详细信息参考图 3-5。a)真实的 3D 多径光线发射 b)入射角 c)功率延迟 图 3-5.3D多径光线追踪和光线发射无线传播模型 5G NR 接入网规划需求接入网规划需求 13 3.3 5G NR 系统模型 为了 5G NR 的网络规划，首先需要在工具里模拟 5G NR 的帧结构。表 3-1 总结了 5G NR 的帧结构 表 3-1.5G NR 帧结构 参数 子 载 波 间 隔(kHz)15 30 60 120 240 480 符 号 持 续 时间(us)66.7 33.3 16.6 8.33 4.17 2.08 正 常 循 环 前缀(us)4.7 2.41 1.205 0.60 0.30 0.15 正 常 最 大 带宽(MHz)49.5 99 198 396 397.4 397.4 最大 FFT 数目 4096 4096 4096 4096 2048 1024 最 短 调 度 间隔(ms)1.0 0.5 0.25 0.125 0.0625 0.0312 其次,需要模拟对应的帧结构。例如，120kHz 子载波间隔下，8 slots 每一个子帧（1ms），80 slots 每一帧（10ms），14 个 OFDM 符号每一个 slot，详细信息参考图 3-6。图 3-6.5G 帧结构 5G NR 接入网规划需求接入网规划需求 14 再次，需要模拟像新的调制解码 256QAM。表 3-2 总结了 5G NR 下所支持的所有调制解码方式。表 3-2.5G NR 调制解码方式 调制解码方式 上行/下行 QPSK 上行/下行 16QAM 上行/下行 64QAM 上行/下行 256QAM 上行/下行 最后,工具还需要模拟像 PDSCH，PDCCH 和 PUSCH 这一类的 5G NR 的控制和数据信道，详细信息参考表 3-3.表 3-3.上下行信道 PDSCH PDCCH PUSCH 用途 传输下行数据 传输下行控制信息 传输上行控制和数据信息 波形 CP-OFDM CP-OFDM CP-OFDM 和 DFT-s-OFDM 带宽 帧结构相关 可调，帧结构相关 帧结构相关 参考信号 用户特定 用户特定 用户特定 相位噪声补偿 是 否 是 调制解码 最高 256QAM QPSK 最高 256QAM 编码方式 LDPC Polar LDPC 范例分析范例分析 15 4.范例分析范例分析 在接下来的部分将会展示 5G NR 规划的范例分析，包含固定无线接入（FWA），室外城中心的异构网部署和体育馆场景。这些范例分析充分展现了 Ranplan Professional 在室内外联合，城中心室外场景和大型场馆下具有领先的 5G NR 网络规划能力。4.1 固定无线接入(FWA)FWA 可能是 5G NR 早期的使用方案。在 FWA 中室内用户租用设备（CPE）将会接收来自室外宏基站的信号，进而再把接收到的信号传输给室内用户。图 4-1展示了城中心FWA场景下3.5GHz宏基站部署于建筑物楼顶。为了获得较好的室外宏基站的信号，需要细致的挑选 CPE 的布放位置。借助 Ranplan Professional 的室内外建模能力，可以清楚地找到室内较好的接收信号的区域，保证了室内通信的质量以及减少了手动测试的时间。其次，在良好覆盖区域里，可以通过Ranplan Professional 的优化模块在备选的位置里获得最好的布放位置。a).室内外场景 室内楼层 室外 无波束赋形 波束赋形 范例分析范例分析 16 b).吞吐量新能评估 c).理想的 CPE 布置点 图 4-1.FWA 场景 图 4-1 中的 a)展示了波束赋形在 5G NR 中可以提升信号的质量，在室内大部分区域都面对室外宏基站发射方向的情况下，室内信号可以达到-65dBm；b)展示了 2x2 MIMO 和 8x8 MIMO 的吞吐量对比，在配置 8 天线 CPE 的情况下，SU-MIMO 的峰值速率可以达到 4.3Gbps；以及 c)展示了理想的 CPE 布置点。4.2 城中心室外异构网部署 城中心区域混合了 6GHz 以下频段和毫米波频段的 5G NR 系统，用低频段来提供覆盖范围，高频段来提供容量和高速的数据传输。在下面的范例分析里，3.5GHz 的宏基站用于提供城中心的覆盖和容量，28GHz 的小基站将用来提供 20-30 座建筑的小区内的 eMBB 服务，提供覆盖和高速的数据传输。图 4-2 展示了 Ranplan Professional 下的吞吐量对比，d)的右图展示了尽管一些弱的信号区域任然存在于小基站部署的范围内，用户可以获得 100Mbps 的下行数率，证明了异构网的部署可以有效地提高信号质量和网络性能，满足提供 eMBB 服务的要求。a).3.5GHz 宏基站部署 b).较弱的覆盖区域 c).28GHz 小基站部署 范例分析范例分析 17 图 4-2.城中心室外异构网部署 4.3 体育馆 a).体育馆 3D建模和小基站部署 d).吞吐量信能评估对比 范例分析范例分析 18 图 4-3.Ranplan Professional下的3D建模和网络性能指标预测 像体育场馆这样的大型场馆，存在着大量的高清视频，VR/AR 这样的 eMBB 服务需求。其中一个大的挑战在于如何设计 5G NR 网络来满足上千个用户的同时的数据上传和数据视觉化以及强大的 AR 和 VR 处理能力。为了应对以上的挑战，Ranplan Professional 有着同类规划工具中优异的体育场馆建模（细致的建筑结构以及包含所有 5G 频段的材料数据库）和 5G NR 的仿真能力。因此，软件可以准确的设计出包含了 6GHz 以下频段和毫米波频段的 5G NR 网络。在图 4-3 的 a)中，展示了准确的大型体育场馆的 3D 建筑建模以及其中的小基站的部署，b)和 c)展示了在 Ranplan Professional 里所设计的 5G NR 网络的 SS RSRP 和 PDSCH 吞吐量的预测分布。从图 b)可以看出小基站覆盖了绝大部分的观众座位区，在波束赋形技术条件下 SS RSRP 可以达到-50dBm，最弱的区域信号强度任然达到了-100dBm。图 c)的 PDSCH 吞吐量的预测展示了在大规模多天线 MIMO 的技术下，8x8 天线的小基站部署可以有效地提升观众座位区的吞吐量。仿真结果显示绝大部分的观众座位区可以达到 4255Mbps 的良好下行数率，满足 5G 里边 eMBB服务的要求。Ranplan Professional 可以准确的预测接收信号的强度以及吞吐量，无线工程师可以无忧虑的使用 Ranplan Professional 来设计 5G NR 网络，可以有效地节省网络设计当中的时间以及费用，测试以及预部署的优化。b).SS RSRP 预测分布 c).吞吐量预测分布 范例分析范例分析 19 5.总结总结此篇白皮书首先简要的介绍了 5G NR 核心技术中的诸如毫米波，大规模多天线输出输入，3D波束赋形，高密集小基站/异构网的部署以及可缩展 OFDM 帧结构。另外，也介绍了 5G NR 在GIS，3D 模型建模，无缝 GIS 和建筑模型整合，无线信道模型和 5G NR 系统建模的网络规划需求。最后，白皮书介绍了 5G NR 部署的三个范例分析，例如固定网络接入，城中心高密度小基站部署和体育场馆场景。范例分析充分展示了 Ranplan Professional 在室内外，城中心室外和大型场所这类场景下有着领先同行的 5G NR 网络规划和优化能力。引用引用 20 引用引用 1 Series,M.IMT VisionFramework and Overall Objectives of the Future Development of IMT for2020 and Beyond;Recommendation ITU-R:Geneva,Switzerland,2015.2 C.Martin,C.Doyle,and W.Webb.Essentials of modern spectrum management,CambridgeUniversity Press,2007.3 D.Lopez-Perez,I.Guvenc,G.de la Roche,M.Kountouris,T.Q.S.Quek and J.Zhang,Enhancedintercell interference coordination challenges in heterogeneous networks,IEEE WirelessCommunications,vol.18,no.3,pp.22-30,June 2011.4 D.Lpez-Prez,I.Guvenc,and X.Chu.Mobility management challenges in 3GPP heterogeneousnetworks,IEEE Communications Magazine,vol.50,no.12,pp.70-78,2012.5 A.H.Jafari,D.Lpez-Prez,H.Song,H.Claussen,L.Ho,and J.Zhang,Small cell backhaul:challenges and prospective solutions,EURASIP Journal on Wireless Communications andNetworking,vol.2015,no.1,pp.118,2015.21 关于关于 Ranplan Wireless Ranplan Wireless 是一个创新的无线科技公司。致力于开发世界领先的工具去解决规划，设计和优化室内以及室外无线网络协同等一系列问题。我们的解决方案帮助公司去解决在部署下一代无线网络时在城中心不同应用下所面对的问题，同时支持 4G，LTE，5G，WiFi 和 IoT 等不同技术，提供前所未有的用户体验给用户。Ranplan Wireless 是 Ranplan Group AB 的子公司(Nasdaq 第一北:RPLAN)总部设立在瑞典的斯德哥尔摩。并在英国，美国和中国设立了分公司。