5G 技術改進:工欲善其事、必先利其器,5G實證場域之訊號覆蓋黑洞 (二)

董一志 2021-01-11 交通運輸資訊安全智慧製造 技能觀測
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臺灣5G頻譜分布在3.5GHz與28GHz,相同覆蓋面積,5G在Sub 6GHz的頻率比4G高,從物理特性來看,基地臺數量需求約為4G基地臺數量的4倍。基地臺建置密度更高,電信業者的成本增加,因此在5G發展上,使用者勢必會面臨到高昂的5G使用資費,以及初期5G電信商布建與環境整備度偏低情形。另一方面,可以預期5G會帶來更多的應用服務,市場規模也會提升,5G三大特性之應用服務需求也會不斷推出,至於如何能夠達到3GPP所規範實施標準,以及所設計的應用服務、所在的環境,是否能夠順利運行,這些都是接下來5G無線網路成真的挑戰。

目前5G技術的應用市場隨著基礎建設布建逐漸擴散,5G相關廠商的產品相繼銷售,如何擴大市占率,穩定的訊號傳輸將是主要關鍵。繼承4G無線寬頻網路技術,5G被定位為行動的資料通訊系統,有別於以往2G、3G以話務(Traffic)為主的行動通訊系統,在資料傳輸的要求上,必須考慮各種服務品質 (Quality of Service, QoS)與服務體驗(Quality of Experience, QoE),以確保資料在行動傳輸中能夠正確傳遞。因此在測試上的要求,也必須相對嚴謹。

近年來,無線網絡通信技術快速的發展。為了服務更多的用戶,同時提供更好的通訊QoS/QoE,運營商必須考慮基站部署的完整性(例如:部署的所有基站之整體信號覆蓋率,是否有不周全覆蓋範圍?或者移動設備在接收信號強度方面是否會遇到較差的地方和不好的使用影響,尤其在一些未知的區域)。為了克服這些問題,運營商過去常常通過聘請許多專業人員來進行路測,以檢查基站覆蓋範圍的完整性,然後調整基站的部署(例如:增加基站的數量,調整天線的方向等),但經由專業人員進行路測會帶來更高的成本。


圖片來源:美國專利: US9549358B1
圖:Coverage hole detection apparatus and method


為了降低路測的成本,3GP標準利用了無線鏈路故障(RLF, Radio Link Failure)報告機制,以及BFRQ(Beam Failure Recovery Request)故障恢復請求,協助與提供5G無線網路環境整備與布建建議。具體地說,消費者使用的移動設備可以被視為 5G的路測工具。如果移動設備在移動過程中經歷了RLF,則與RLF相關的信息(例如:移動設備的先前服務基站、服務基站之鄰近基站、服務基站的位置等)會紀錄和傳回網絡以評估基站覆蓋範圍的完整性。然而,5G沒有規定如何確定無線網路系統的信號覆蓋範圍中是否存在任何覆蓋黑洞,因此仍然需要覆蓋黑洞檢測機制(參考上圖)。

技術上產生RLF失敗與BFRQ請求訊息的原因可以歸納如下:無線網路干擾、覆蓋範圍區域警告,基站設備問題、終端設備問題、鄰近基站通訊問題等原因導致可能的換手失敗、無線網絡覆蓋訊號太弱甚至黑洞問題、鄰近附近區域基站不同步、目標基站工作滿載等等。這些在5G無線通訊中,由於物理層訊號通道較為複雜且劇烈,可能發生基站與用戶之間的Beamforming失真。規範上BFRQ(Beam Failure Recovery Request)故障恢復可以幫助基站或用戶根據Beam所測量結果,再調整當前BFRQ以及可用的Beam,從而避免Beamforming失真造成的頻繁RLF 。

之後的文章將陸續說明並針對5G無線通訊,包括BFRQ偵測、RLF,進而 Coverage Hole 偵測等5G環境整備程度評估工具,進一步再提供5G訊號與資料量測的基本方法與工具提供大家參考(待續)。

 

資料來源:
1. WiMAX部署緊鑼密鼓 無線場測輔助儀器打前鋒-新通訊 (2010-03):

https://www.2cm.com.tw/2cm/zh-tw/magazine/-Technology/826F64EAA2E2477D8D3629ACA20F86F6
2. Coverage hole detection apparatus and method (Patent: US9549358B1)

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