测试：NR 900MHz和NR 2.1GHz网络覆盖性能对比

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摘要：当前国内5G网络主要部署在中频段，然而中频相较低频段传输损耗和穿透损耗大，建维成本高，不适宜室外站覆盖室内和农村场景广覆盖，使用中低频混合组网实现室外站覆盖室内和农村广覆盖成为5G网络建设的最佳选择。对5G网络的低频（900 MHz）与中频（2.1 GHz）的覆盖性能进行理论分析对比，并进行测试验证，从广覆盖和深度覆盖2个角度论证NR 900 MHz相对NR 2.1 GHz的覆盖性能优势。

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概述

5G连接能力不断拓展，应用边界继续扩展，逐渐实现赋能千行百业，推动数字经济与实体经济融合。频率和带宽分配是影响 5G 建设和运营策略最直接和最重要的因素之一，5G 频谱一般分为低频（小于 1GHz频段）、中频（1- 6GHz 频段）和高频（毫米波频段），目前国内大部分5G网络部署在中频。中频相较低频（700-900MHz）传输损耗大，穿透能力弱，对于深度覆盖场景，中频宏站覆盖穿透多面墙体的室内场景效果不好，没有5G室分覆盖的情况下部分流量仍需4G网络承载，影响用户体验；对于农村场景，投资收益率低，中频覆盖建站密度大，使用中频段建设5G网络很难实现收支平衡。因此，利用低频段建设5G网络，与中频5G网络混合组网，满足深度覆盖和农村广覆盖需求成为5G网络建设的最佳选择。本文对于低频5G网络（900MHz）与中频5G网络（2.1GHz）进行理论分析对比，并进行测试验证，论证低频5G网络相较中频5G网络的覆盖优势。

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理论分析

本文通过链路预算的方法对低频5G网络（900MHz）与中频5G网络（2.1GHz）进行理论分析对比。链路预算通过对发射端到接收端之间的各种增益、衰减进行预算，从而估算信号能成功从发射端传送到接收端之间的最大距离。

最大允许路径损耗(MAPL)通过下式计算：

MAPL=Pmax+GTx+GRx-LOSSbody-Marginshadowfading-Margininterference-SRx-LOSSpenetration

式中：

Pmax——发射机最大发射功率

GTx——发射机天线增益

GRx——接收机天线增益

LOSSbody——人体损耗

Marginshadowfading——阴影衰落余量

Margininterference——干扰余量

LOSSpenetration——建筑物穿透损耗

SRx——接收机灵敏度，SRx= 接收机底噪 +SINR 解调门限，其中 SINR 解调门限与边缘速率、分配RB数、MCS 等参数相关

无线网常用的2类宏蜂窝传播模型是Okumura-Hata和Cost231-Hata，其中 Okumura-Hata模型适用频率为150-1 500 MHz，Cost231-Hata模型适用频率1 500-2 600 MHz。本文对NR 900 MHz的覆盖分析采用Okumura-Hata模型，对于NR 2.1GH的覆盖分析采用Cost231-Hata模型。

假设NR 900 MHz、NR 2.1 GHz基站位于同一位置且天线挂高均为20 m，基站侧MIMO配置为4T4R，单通道发射功率相同，即每10 MHz带宽发射功率为4×20 W，子载波间隔为15 kHz，终端侧MIMO配置NR 900MHz为1T2R，NR 2.1GHz为1T4R。为便于与测试结果进行对比，假定基站方向角沿道路方向，阴影衰落取0 dB。以一般城区场景为例，基于传播模型进行链路预算，结果如表1所示。

表1 NR 900 MHz与2.1 GHz链路预算对比

（覆盖距离）

从表1可以看出，假设接收到的SSB RSRP为-100 dBm，NR 900 MHz距离基站直线距离2.16 km，NR 2.1GHz距离基站直线距离1.42 km；如果接收到的SSB RSRP为-105 dBm，NR 900 MHz距离基站直线距离2.96 km，NR 2.1 GHz距离基站直线距离1.95 km。

表2为距离基站相同位置，NR 900 MHz与NR 2.1 GHz接收到的SSB-RSRP理论分析对比。结果显示，相同位置NR 2.1 GHz接收的SSB-RSRP比NR 900 MHz低6.5 dB左右。

表2 NR 900 MHz与2.1 GHz链路预算对比

（SSB-RSRP强度）

进一步地，基于3GPP TS 38.901不同频段不同材质的穿透损耗计算方法，从深度覆盖角度分析，表3为穿透不同材质墙体，NR 2.1 GHz与NR 900 MHz终端接收到的SSB RSRP差值。结果显示，深度覆盖场景下，相同位置NR 2.1 GHz接收的SSB-RSRP比NR 900 MHz低6.7-11.4 dB。

表3 900 MHz和2.1 GHz深度覆盖对比

综上，理论分析结果显示，无论是室外或深度覆盖，NR 900 MHz的覆盖性能均明显优于NR 2.1 GHz。

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测试验证

3.1 单站拉远

选取某小型城市搭建测试环境，NR 900 MHz、2.1 GHz共站部署，天线挂高均为20 m。NR900 MHz带宽为10 MHz，NR2.1 GHz带宽为40 MHz。2个频段基站侧MIMO配置均为4T4R。NR 900 MHz发射功率为4×20 W，NR 2.1GHz发射功率为4×80 W。测试终端在NR 900 MHz MIMO配置为1T2R，在NR 2.1 GHz MIMO配置为1T4R。测试小区方向角沿道路方向，测试终端进行灌包业务，沿测试道路以30 km/h车速进行拉远测试，以对比900 MHz频段和2 100 MHz频段的广覆盖性能。

图1为灌包测试过程中SSB-RSRP的测试结果，测试结果显示：NR 900 MHz在距离基站直线距离2 255 m时，SSB RSRP开始低于-100 dBm，距离基站直线距离2 815 m时，SSB RSRP开始低于-105 dBm；NR2.1 GHz在距离基站直线距离1 425 m时，SSB RSRP开始低于-100 dBm，距离基站直线距离2 165 m时，SSB RSRP开始低于-105 dBm；同一位置，NR 900 MHz SSB RSRP明显优于NR2.1 GHz，总体比NR2.1 GHz高6-10 dB。

综上，NR900MHz在室外场景覆盖性能明显优于NR 2.1 GHz，获得相同目标SSB RSRP，NR 900 MHz覆盖距离相较NR 2.1 GHz远600 m以上。

3.2 深度覆盖

选取上述城市2个建筑物进行测试，图2为2个建筑物的平面图，箭头方向为天线覆盖方向。建筑物1测试房间为6层建筑的2层，建筑物2测试房间为6层建筑的1层（底商），建筑物1与基站间的距离相较建筑物2近，分别选取不同位置的0-6号共7个点位进行定点测试和屋内遍历测试（建筑物阳台为玻璃窗，测试过程中阳台窗户打开，即点位0为室外覆盖场景）。基站站高约20 m，NR 900 MHz和2.1 GHz共天线，其他基站和终端配置与拉远测试相同。

在屋内进行下行灌包和VoNR语音2项业务的遍历测试，并分别在0-6点位进行下行灌包和VoNR语音业务定点测试，每项业务在每个点位持续1 min，记录平均SSB-RSRP、下行速率和MOS值，表4为建筑1的测试结果。

表4 建筑物1室内覆盖测试结果

测试结果显示：深度覆盖场景下，屋内穿透墙体越多，接收到信号强度越低，表4中终端在点位2（穿透2面墙体）接收到的SSB-RSRP明显低于在点位1（穿透1面墙体）接收到的SSB-RSRP；穿透墙体越厚，终端接收到的SSB-RSRP越低，表4中终端在点位6（穿透一面60 cm外墙）接收到的SSB-RSRP明显低于在点位1（穿透1面40 cm墙体）；终端位置越深，即距离信号射入墙体或窗户越远，终端接收到的SSB-RSRP越低，表4中终端在点位4、5接收到的SSB-RSRP明显低于点位1、2、3。

对比2个频段的深度覆盖情况，NR 900 MHz深度覆盖性能明显优于NR 2.1 GHz。相同点位，NR 900 MHz终端接收到的SSB RSRP相较NR 2.1 GHz总体高10 dB左右，穿透墙体越多、墙面越厚，NR 900 MHz覆盖性能相较NR 2.1 GHz优势越明显；业务性能方面，建筑物离基站位置较近，深度覆盖信号强度尚可，因此2个频段语音业务质量均表现良好，数据业务方面由于NR 2.1 GHz配置40 MHz带宽，数据速率优于NR 900 MHz。

表5为建筑物2的测试结果，与建筑物1结论基本一致：覆盖性能方面，总体上900 MHz深度覆盖性能明显优于NR 2.1 GHz；相同点位，NR 900 MHz终端接收到的SSB RSRP相较NR 2.1 GHz高9-15 dB，且穿透墙体越多、墙面越厚、终端位置越深，NR 900 MHz覆盖性能相较NR 2.1 GHz优势越为明显。业务性能方面，室内较深处，NR 900 MHz数据业务表现和语音业务表现均明显优于NR 2.1 GHz；点位3、4、5、6，NR2.1 GHz由于覆盖质差发生数据下载业务掉线，而NR 900 MHz仍然保持一定的下载速率；点位5、6，NR 2.1 GHz由于覆盖质差发生语音业务掉话，而NR 900 MHz仍然保持较好的MOS值。

表5 建筑物2室内覆盖测试结果

综上，NR 700 MHz和900 MHz在深度场景覆盖性能和业务表现明显优于NR 2.1 GHz，穿透墙体越多、墙面越厚、终端位置越深，NR 900 MHz优势越为明显。

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结论

表6为相同位置通过理论分析和测试验证获得的NR 900 MHz与NR 2.1 GHz信号强度差值，包括室外覆盖和深度覆盖2个场景。结果显示，同一位置在室外场景和深度覆盖场景，NR 900 MHz覆盖性能均明显优于NR 2.1 GHz，室外场景相同点位NR 900 MHz接收信号强度相较NR 2.1 GHz 高6-10 dB；深度覆盖场景，NR 900 MHz在相同点位接收到的SSB RSRP相较NR 2.1 GHz高9-15 dB。表7为获得相同信号强度，NR 900 MHz与NR2.1 GHz的覆盖距离对比，理论分析和测试结果均表明，获得相同信号强度情况下，NR 900 MHz覆盖距离相较NR 2.1 GHz远600 m以上。

表6 相同位置NR 900MHz与NR 2.1GHz

信号强度对比

表7 NR 900MHz与NR 2.1GHz覆盖距离对比

综上，NR 900 MHz广覆盖和深覆盖性能均明显优于NR 2.1 GHz，特别是在深层深度覆盖场景下，业务体验明显优于NR 2.1 GHz。因此，利用900 MHz进行NR打底覆盖与中频网络混合组网，可以获得更优的覆盖性能和业务体验，适用于郊区和农村广覆盖场景和深度覆盖场景。

刘洋，毕业于北京邮电大学，高级工程师，硕士，主要从事无线新技术研究和测试工作；

苗守野，中国联通5G共建共享工作组组长，高级工程师，长期从事移动通信网络建设维 护优化等工作；

王伟，毕业于北京交通大学，高级工程师，硕士，主要从事无线新技术和测试研究工作；

李福昌，中国联通研究院无线技术研究中心总监，国家知识产权局中国专利审查技术专家，北京邮电大学兼职教授，教授级高级工程师，博士，主要从事移动通信及固网移动融合等专业的标准制定、测试验证、课题研究等工作。