基于UMa和RMa传播模型的5G覆盖性能研究

　　【摘 要】与4G工作频段相比，5G的工作频段更高，频段的传播损耗和穿透损耗更大，其覆盖将面临严峻的挑战。首先，简述国外和国内5G频段分配现状;其次，基于5G频段UMa传播模型、RMa传播模型，通过仿真分析两种传播模型在城区和农村场景下5G的覆盖性能;最后结合链路预算表及传播模型，得出5G覆盖性能的结论。

　　【关键词】5G频段;UMa传播模型;RMa传播模型;链路预算表;覆盖性能

　　作者：袁周阳，赵伟康，吴迪.

　　0 引言

　　2019年工信部发放5G牌照，给运营商指明了发展的方向及后期测试和商用需要做的工作，促使我国运营商加快部署5G商用的步伐。作为新一代的移动通信系统，5G所应用的场景将更加多样化，如自动驾驶、远程医疗等场景，并融合多种无线接入方式[1]，其组网方式将由传统的单一频段演化为高、中、低在内的全频段方式。在5G建网初期，将使用低、中频段实现网络的广覆盖和深度覆盖，后期将使用高频段解决热点区域的容量问题，并兼顾加强深度覆盖。因此，5G建网初期覆盖性能将是后期规划和建设的有力依据，是值得研究的问题。鉴于此，本文通过分析UMa和RMa两种传播模型使用的场景及路径损耗，并结合仿真分析和链路预算表，得出5G系统的覆盖性能。

　　1 5G频段分配现状

　　1.1 国外5G频段分配现状

　　3GPP约定，5G NR所使用的频谱分成两个大的范围：FR1和FR2，一个是6 GHz频段，另一个是之前常说的毫米波高频段范围，而且5G NR物理层也根据这些范围定义了最大带宽及各类子载波间隔，在6 GHz频段，最大的带宽是100 MHz，而毫米波采用的最大带宽是400 MHz。在国际标准化组织3GPP定义的众多子载波间隔中，如15 kHz、30 kHz两种子载波间隔仅用于6 GHz以下频段，而另外一些特殊的子载波间隔比如120 kHz也只在毫米波频段使用。同时，一些子载波间隔比如60 kHz可以在这两个频段范围通用。如表1所示3GPP分配的5G使用的频段范围：

　　目前，5G频段资源的分配已在全球范围内逐步展开，全球主流运营商及主要国家及地区(中国、欧盟等)都分配了相应的5G频段资源，主要集中在6 GHz以下的频段作为5G使用;而美国主要把24 GHz以上频段用于5G使用。具体频段分配现状如图1所示。

　　1.2 国内5G频段分配现状

　　2017年11月，工业和信息化部发布通知，正式宣布5G系统的工作频段为3 300—3 600 MHz、4 800—5 000 MHz，其中3 300—3 400 MHz频段原则上限室内使用。同时，工信部不再受理和审批3 600 MHz和4 800 MHz附近新申请的用于地面固定业务、空间无线电台业务、空间无线电台测控的频段使用许可。

　　2018年12月6日，工业和信息化部正式向国内三大电信运营商发布“在全国范围内5G中低频段试验频率”的使用许可。中国移动获得2 515—2 675 MHz、4 800—4 900 MHz频段的5G试验频率资源，其中

　　2 515—2 575 MHz、2 635—2 675 MHz和4 800—4 900 MHz频段为新增频段，2 575—2 635 MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE(4G)频段;而中国电信和中国联通分别获得3 400—3 500 MHz、3 500—3 600 MHz频段的5G试验频率资源。

　　2019年6月6日，工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电四家企业颁发了基础电信业务经营许可证，批准四家企业经营“第五代数字蜂窝移动通信业务”。5G牌照的发放推动5G产业发展，加快5G商用的进程。四家企业5G频段具体分配如表2所示：

　　2 UMa和RMa传播模型分析

　　2.1 UMa和RMa传播模型介绍

　　传统无线传播模型Okumura-Hata和COST231-Hata模型主要应用在2 GHz以下低頻段，而5G通信系统主要采用6 GHz以下的中低频段和24 GHz以上的高频段[2]组网，其部署方式也有别于传统室外宏站和室内分布系统方式，主要使用室外宏微站以及室内微微站相结合的方式。因此传统无线传播模型，无论从频率选择还是部署方式上都难以适用于5G通信系统基站的覆盖预测。

　　鉴于此，3GPP TR 38.901基于多个场景定义了适用于5G NR 0.5～100 GHz的传播模型，包含Uma、UMi、RMa和InH等四类场景[4-5]，具体适用范围如下所示。

　　(1)Uma(城区宏站)：适用于建筑物分布比较密集的区域。此场景主要包括各省会城市的商业中心和密集写字楼区域。该类场景基站天线挂高高于周围建筑物楼顶高度(如25～30 m)，用户在地平面高度(约1.5 m)，站间距不超过500 m。

　　(2)RMa(农村宏站)：适用于建筑物分布非常稀疏的区域。此类场景主要包括我国大部分的农村区域和少数不发达的乡镇区域。该类场景基站天线挂高在10 m至150 m之间，用户在地平面高度(约1.5 m)，站间距一直到5 000 m。

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文章名称： 基于UMa和RMa传播模型的5G覆盖性能研究

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