[論文レビュー] 5G Coverage, Prediction, and Trial Measurements

Tristan Curry, Hassan Abbas|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2020

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、シドニーにおける3.5GHz帯n78の5G NRリンク予算とカバレッジ予測を、Atoll RFプランニングとCrossWave伝搬モデルを用いて実施し、ライブ試験測定結果と照合して検証した。200 MbpsのスループットはNRSRP -91 dBmで達成可能であり、ドライブテストデータおよびリーの方法による遅い fading 分析により、予測精度が裏付けられた。

ABSTRACT

When planning a 5G network in the sub-6GHz bands, similar cell planning techniques to LTE can be applied. Looking at the Australian environment, the n78 band (3.3-3.8GHz TDD) is approximately 1GHz higher than the 2.6GHz band used in existing LTE networks. As a result, the coverage footprint can be similar, and therefore co-locating 5G NR (New Radio) on existing LTE base stations is a common strategy for initial network rollout. Any difference in coverage can be compensated by beamforming gain, less downtilting, or increasing the gNodeB's transmit power. This paper presents an initial link budget for data services, provides a coverage prediction, and measurements for a 5G NR NSA (Non Stand Alone) trial radiating at 3.5GHz with 60 MHz bandwidth. The coverage prediction is generated using RF planning tool Atoll, which is then compared to coverage measurements from the trial. These findings can be used to help plan a future 5G network in the Sydney metro area or similar environment.

研究の動機と目的

• 日本語：サブ6GHz帯、特にオーストラリアのn78帯（3.3–3.8 GHz）における初期5G NR展開に、既存のLTEセルプランニング技術が効果的に適用可能かどうかを評価すること。
• 日本語：60 MHz帯域幅を有する3.5GHz帯で、パスロス、ビームフォーミング、送信電力を考慮したデータサービス用5G NRリンク予算を確立すること。
• 日本語：高解像度の地形および建物データを用いて、Atoll RFプランニングツールとCrossWave伝搬モデルを用いてカバレッジ予測を生成すること。
• 日本語：ライブ5G NR NSA試験サイトからの実際のNRSRPおよびスループット測定結果と照合することで、予測の正確性を検証すること。
• 日本語：都市環境におけるビーム選択、高速 fading、遅い fading が信号品質およびスループットに与える影響を評価すること。

提案手法

• 日本語：3GPPが推奨するパrametersを用いて5G NRリンク予算を構築し、3.5 GHz帯で60 MHz帯域幅、64アンテナのgNodeB、3次元ベクトル建物データを含めた。
• 日本語：2m解像度のデジタル地形マップおよびクラッター情報を用いて、AtollでCrossWave伝搬モデルを適用し、パスロスおよびカバレッジをシミュレートした。
• 日本語：ドライブテストデータにおける高速 fading と遅い fading を分離するために、リーの方法（2L = 40λ、N = 36、d = 0.8λ）を用いて局所信号エンVELOPE平均を計算した。
• 日本語：2日間にわたりドライブテストを実施し、スキャナおよびspeedtestツールを用いてNRSRP、NRSRQ、SINR、スループットを測定した。
• 日本語：ビームごとのNRSRQおよびSINR値をビーム指向および経路特性と照合し、ビームフォーミング性能を評価した。
• 日本語：理論的SINR–NRSRQ関係式 $\text{SINR} = \frac{1}{\frac{1}{n \times \text{NRSRQ}} - x}$ を適用し、信号品質の変動を解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 日本語：従来のLTEセルプランニング技術は、n78帯（3.5 GHz）における初期5G NR展開に効果的に適用可能だろうか？
• RQ2 日本語：実際の5G NR NSA展開において、特定のNRSRPレベル（例：-91 dBm）で達成可能なデータレートは何か？
• RQ3 日本語：実際のNRSRP測定値と比較して、Atollを用いたカバレッジ予測はどの程度正確か？
• RQ4 日本語：都市環境において、ビームフォーミングおよび多径伝搬はNRSRQおよびSINRにどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ5 日本語：高速 fading と遅い fading 成分は、NRSRP測定および予測モデルの信頼性にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• 日本語：5G NRリンク予算は、UEのNRSRPが-90.62 dBmで200 Mbpsのスループットを予測しており、測定結果とよく一致している。
• 日本語：測定されたスループットは、NRSRP -91 dBm ± 1 dBで平均200 Mbpsであり、リンク予算の予測精度が裏付けられた。
• 日本語：リーの方法を適用した後、AtollとCrossWaveモデルを用いたカバレッジ予測は、測定されたNRSRPと強く一致した。
• 日本語：テスト地点を指向するビームインデックス6が最高のNRSRQおよびSINRを達成したが、ビームインデックス2も、支配的反射経路のため高い値を示した。
• 日本語：NRSRQは、特に関心のある範囲において非線形な関係があるため、SINRよりも変動が小さく、安定していた。
• 日本語：遅延は高いばらつきを示した（平均58.5 ms、中央値19.5 ms）、300 msまでの外れ値はIPルーティングの問題やパケット損失に起因すると考えられる。