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1、5G优化案例基于场景划分对5G广播权值探索与研究助力5G感知提升基于场景划分对5G广播权值探索与研究助力5G感知提升【摘要】5G NR 支持基于 Beam Sweeping 的广播信道波束赋型，由多个窄波瓣波束轮发， 形成宽波束覆盖效果。5G 支持多种广播波束权值配置，生成不同组合的赋型波束，满足不同场景的覆盖要求。在不同的覆盖场景下，广播波束有不同的倾角、方位角、水平波宽、垂直波宽。本文将根据此特征针对不同覆盖场景寻求最优 SSB 波束覆盖策略以提升 5G 用户感知。【关键字】5G NR；SSB 波束；权值优化；感知提升【业务类别】基础优化、参数优化、整改意见1.概述5G 中 将 小 区 主

2、 辅 同 步 信 号 （ SS ， Synchronization Signal ） 与 物 理 广 播 信 道（PBCH，Physical Broadcast Channel）进行了某种程度上的耦合，以 SS/PBCH 资源块的形式出现，简称为 SSB（同步信号和 PBCH 块）。SSB 波束有常规水平 7 波束和单波束，常规水平 7 波束由 7 个电子下倾一致、方位角不同的窄波束组成，窄波束在时域上轮发，从而形成宽波束；单波束：只使用一个宽波束；M+N：M 个宽波束，N 个窄波束；M*N：波束分 M 层，每层 N 个波束，比如 2*3，垂直分 2 层，每层 3 个波束；2.5G 天线新特性

3、2.15G 天线与传统天线对比分析传统天线垂直面 3dB 宽度很小，一般只有 6-7 度，无需设置较大物理下倾角，即可避免邻区UE 的上行干扰落入 3dB 角主瓣范围，衰落很快。64T64R 天线由于垂直面单元 3dB 宽度达到 28 度，因此需要较大的机械下倾，才能避免邻区的 NI 落入 3dB 角主瓣接收角。64T64R 天线采用 12*8*2=192 个半波阵子，垂直采用 3 合一组成 1 个通道，4*2*8=64 通道。2.25G 天线波束扫描原理2/3/4G 中，每个小区都只有一个确定的广播波束。在 5G 中，引入了波束扫描（beam sweeping）的概念，小区广播覆盖由多个不同

4、指向的子波束共同完成。小区广播预先定义N 个子波束，各子波束之间通过时分的方式依次轮循发送；UE 在搜索小区时，通过测量各子波束的信号强度，选择信号最强的子波束作为自己的驻留波束。SSB 波束需要根据不同的场景配置不同的波束覆盖方案。不同的厂家根据不同的场景有自己的覆盖方案，在时隙配置为 2.5ms 双周期并且特殊时隙配置是 10:2:2 的情况下，可根据实际情况来制定符合现场的覆盖方案，目前广播波束典型权值应用建议如下图所示：3.波束权值规划原理及场景划分3.1波束权值规划步骤波束权值规划主要有以下 5 步：（1）新建 5G 站点；（2）对将要覆盖的场景进行识别，明确是超高层建筑场景、连片高

5、层建筑场景、高低混合层场景还是低层建筑区；（3）根据 4G 的话务地图来确定水平覆盖范围和垂直覆盖范围；（4）确定覆盖范围之后，进行权值计算，即根据具体场景来明确采用三层波束、四层波束还是单波束进行覆盖；（5）确定了波束权值之后，进行权值匹配，确定各个参数并进行配置。3.2覆盖场景划分根据 5G 天线权值波束覆盖方案与天线权值建议，将覆盖场景划分为以下三类主要场景：（1）水平宏覆盖场景（低层建筑宏覆盖场景），即一般城区，主要是老式居民楼，区域内楼层高度介于 6-10 层，高度为 20-30 米之间。楼间距约为 20 米。该种场景 5G 基站覆盖范围主要保证水平宏覆盖，站高 35 米，站间距约

6、400 米，垂直方向能满足低矮建筑(30- 35 米，楼间距约为 20 米)的浅层覆盖。常规宏覆盖采用水平单波束覆盖，即采用 7 波束进行常规广覆盖。（2）高层建筑场景，即高层（大于 60 米）建筑室内立体覆盖需求。可采用 4 层波束进行覆盖，此时水平波瓣宽度可设为 20 度左右，垂直波瓣款度在 65 度左右。（3）空旷覆盖场景，小区覆盖方向没有建筑物遮挡，可采用 2 层波束进行覆盖，此时水平波瓣宽度可设为 65 度左右，垂直波瓣款度在 10 度左右。3.3广播权值计算方法根据实际情况，可根据如下公式进行相关参数的计算，波束四元组，包含：方位角、倾角水平波束宽度和垂直波束宽度。3.4典型权值匹

7、配典型场景权值匹配下表，其中并未给出各层波束的下倾角，这需要根据站高及实际的环境因素进行评估与计算。根据不同楼高，不同覆盖范围给出下表所示通用场景的波束权值规划，各层波束下倾角需根据实际情况进行评估与计算。4.实施效果4.1水平宏覆盖场景4.1.1水平宏覆盖场景选择选取文化天伦庄园 BBU51 文化薛岗东 3 小区为测试小区，并对周围楼进行定点测试，具体如下图所示：4.1.2水平宏覆盖测试方案SSB索引方向角下倾水平波宽垂直波宽水平 7 波束0-2951661-2051062-105106305106410510652051066295166单波束1056515双宽波束003656109656

8、1+100-310610565154.1.3水平宏覆盖验证效果对于RSRP：整体 1 宽 1 窄波束的平均RSRP 为-86.9dB，比 1 宽波束好 8.9dB，比 2 宽波束好 6.2dB，比 7 窄波束好 3.9dB。总之优化后的窄波束覆盖近中远点均优于其他波束，1+1 波束相对于完全覆盖的 2 宽波束，近点 RSRP 好 13db，符合权值计算预期。预期计算：根据权值配置，水平波宽：宽波束是窄波束的 6.5 倍，垂直波宽：宽波束是窄波束的 2.5 倍，则rsrp 理论相差 10log6.5+10log2.5 = 13db不同 SSB 波束配置对比，1 宽 1 窄波束的 RSRP 优于其

9、它配置。具体如下图所示：对于SINR：整体 1 宽 1 窄波束的平均SINR 为 23.4dB，比 1 宽波束好 8dB，比 2 宽波束好 5.8dB，比 7 窄波束好 1.7dB。不同SSB 波束配置对比，1 宽 1 窄波束的SINR 优于其它配置。具体如下图所示：对于DL PDCP 层流量：整体 1 宽 1 窄波束的平均DL PDCP 流量为 709.6Mbps，比 1 宽波束好 7.1%，比 2 宽波束好 15.4%，比 7 窄波束好 2.8%。不同 SSB 波束配置对比，1 宽 1 窄波束的 DL PDCP 流量优于其它配置。具体如下图所示：对于UL PDCP 层流量：整体 1 宽 1

10、 窄波束的平均UL PDCP 流量为 49.7Mbps，比 1 宽波束好 15%，比 2 宽波束好 13.8%，比 7 窄波束好 4%。不同 SSB 配置对比，1 宽 1 窄波束配置的UL PDCP 流量优于其它配置。具体如下图所示：总之，在水平宏覆盖场景，SSB 1 宽 1 窄波束可以较好覆盖深度场景，拥有较好的上下行流量。4.2高楼覆盖场景4.2.1高楼覆盖场景选择选取文化天伦庄园 BBU101 文化XX可口可乐仓库 4 小区为测试小区，并对周围居民楼进行定点测试，具体如下图所示：4.2.2高楼覆盖测试方案SSB索引方向角下倾水平波宽垂直波宽水平 7 波束0-2961661-2061062

11、-106106306106410610652061066296166单波束1066515垂直 7 波束00-930610-630620-33063003064033065063066093064.2.3高楼覆盖验证效果对于RSRP：所有配置随着楼层增高 RSRP 随之变差，同覆盖的垂直 7 波束配置较默认水平 7 波束的 RSRP 平均高 1dB；具体如下图所示：对于SINR：所有配置随着楼层增高 SINR 随之变差，同覆盖的垂直 7 波束配置较默认水平 7 波束的 SINR 平均高 1.9dB；具体如下图所示：对于DL PDCP 速率：下行速率随楼层增高逐渐降低，垂直 7 波束的平均下行 P

12、DCP 流量为 492.25Mbps，比单波束差 4.8%，比水平 7 波束差 2.1%；具体如下图所示：对于UL PDCP 速率：由于不同楼层存在水泥墙和玻璃墙的区别，信号衰减不一致，部分楼层覆盖略有差异。整体垂直 7 波束可以覆盖较高的楼层，平均 UL PDCP 流量 61.2 Mbps，比水平 7 波束高 31.3%，比单波束差 4.5%，总之，水平 7 波束和单波束配置对高层覆盖有限，垂直 7 波束配置可以较好的覆盖高层，至少多覆盖 3 层楼，因此高楼场景推荐使用 SSB 垂直 7 波束配置。4.3空旷覆盖场景4.3.1空旷覆盖场景选择选取建设西开发局-联通 BBU181 建设科学大道

13、西三环北 2 小区为测试小区，并对该小区覆盖方向广场进行定点测试，具体如下图所示：4.3.2高楼覆盖测试方案SSB索引方向角下倾水平波宽垂直波宽水平 7 波束0-2931661-2031062-103106303106410310652031066293166单波束10365151+20-100106103651501001064.3.3空旷覆盖验证效果对于RSRP：整体 7 窄波束的 RSRP 略好于 1 宽 2 窄波束，均好于 1 宽波束；相比于 1 宽波束，近点 7 窄波束平均RSRP 高 7dB，1 宽 2 窄波束高 3.6dB；中点RSRP 持平；远点 7 窄波束平均 RSRP 高

14、1.8dB，1 宽 2 窄波束高 0.9dB。具体如下图所示：对于SINR：整体 SINR7 窄波束略好于 1 宽 2 窄波束，1 宽 2 窄波束与 1 宽波束持平；近点 7 窄波束比 1 宽波束强 3.7dB；中点 SINR 持平；远点 7 窄波束平均 SINR 高 2.1dB。具体如下图所示：对于DL PDCP 层速率：整体DL PDCP 流量 1 宽波束略好于 1 宽 2 窄波束，均强于 7 窄波束；近点 1 宽 2 窄波束与 7 窄波束持平为 758Mbps，比 1 宽波束差 3.6%；中点 1 宽 2 窄波束比 7 窄波束高 3.1% ， 比 1 宽波束差 9.3% ； 远点 1 宽

15、 2 窄波束与 1 宽波束持平为517Mbps，比 7 窄波束高 3.1%。对于UL PDCP 层速率：整体上 1 宽 2 窄波束的UL PDCP 流量与 1 宽波束持平，略好于 7 窄波束；1 宽 2 窄波束近点UL PDCP 流量与 1 宽波束持平为 84Mbps，比 7 窄波束高 2.5%； 中点 7 窄波束UL PDCP 流量为 93Mbps，比 1 宽波束好 3.7%，比 1 宽 2 窄波束好 14.7%；远点 1 宽 2 窄波束与 7 窄波束持平为 58Mbps，比 1 宽波束流量高 18.9%。总之，在空旷覆盖场景下，1 宽 2 窄波束可以实现较好的覆盖，并且下行流量可以得到较好

16、的性能，因此空旷场景下推荐使用 SSB 垂直 7 波束配置。5.结束语5G 支持多种广播波束权值配置，生成不同组合的赋型波束，可以满足不同场景的覆盖要求。本文针对不同覆盖场景，对各种波束权值方案进行研究，从而得出相应覆盖场景的广播波束权值配置方案：在水平宏覆盖场景，SSB 1 宽 1 窄波束可以较好覆盖深度场景，拥有较好的上下行流量，因此水平宏覆盖场景推荐使用 SSB1 宽 1 窄波束波束配置；在高楼场景，水平 7 波束和单波束配置对高层覆盖有限，垂直 7 波束配置可以较好的覆盖高层，至少多覆盖 3 层楼，因此高楼场景推荐使用SSB 垂直 7 波束配置；在空旷覆盖场景下，1 宽 2 窄波束可以实现较好的覆盖，并且下行流量可以得到较好的性能，因此空旷场景下推荐使用SSB 垂直 7 波束配置。这对其他外场 5G 广播波束权值配置很有借鉴意义。