5G优化案例5G室外宏站覆盖室内多维度性能分析.docx

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5G优化案例5G室外宏站覆盖室内多维度性能分析

5G室外宏站覆盖室内多维度性能分析

XX无线网优中心

XX

XX年XX月

5G室外宏站覆盖室内多维度性能分析

【摘要】室内覆盖是针对室外基站无法解决的建筑物内部、地下空间、地下轨道交通、地下快速路等移动通信用户活动区域无线网络信号覆盖和容量问题的成功方案，在实际工程建设中应用广泛。

但是目前5G建设成本过高，对于室内浅层覆盖，能否通过5G宏站实现尚未有定论。

本文通过相关研究测试分析，提出相关建议，对于5G网络建设具有重要意义。

【关键字】5G、综合覆盖

【业务类别】移动网、室内覆盖

1、问题描述

随着移动通信的快速发展，移动互联网和高带宽数据业务爆炸式地增长。

据统计，4G时代移动通信70%的新型业务发生在室内，室内无线信号覆盖的好坏直接关乎用户体验和运营商网络口碑，室内覆盖的建设对于移动网络来说至关重要。

通过对现有移动网络进行分析可知，室内无线覆盖主要通过以下两种方式实现：

（1）外部穿透：

利用无线信号的穿透和绕射能力，使得室外站信号经过一定衰减后传播至室内，当室外站足够密、信号足够强时可实现一定程度的室内覆盖；

（2）内部覆盖：

信号直接引入室内，并利用分布式天馈覆盖室内，避免了穿透损耗，从而以比较低的功率均匀达到室内各处覆盖。

在4G时代，电信得益于1.8G频段天然优势，相当一部分楼宇采用室外站外部穿透，实现楼宇综合覆盖，但是在5G时代，传统损耗进一步加大某设备厂商3.5G穿透损耗实测值如下表所示：

不同建筑材质，3.5G对应的穿透损耗约为12~28dB。

表13.5G穿透损耗实测值表

Classes

Material/type

3.5GHzPenetrationLoss

办公楼外墙

35cm厚混凝土墙

28

2层节能玻璃带金属框架

26

内墙

12cm石膏板墙

12

砖

76*2mm,2layers

24

229mm,3layers

28

玻璃

2层节能玻璃带金属框架

26

3层节能玻璃带金属框架

34

2-layeredglass

12

相比LTE网络，其穿透损耗更大。

但由于5GNR采用更高的发射功率及天线数，因此在室内场景下，能否采用5G宏站综合覆盖还有待商榷。

2、分析过程

2.1网络拓扑

图2组网拓扑图

本次5G组网测试的网络拓扑图如上，其中PDN/5GC/UME/opticalswitch部署在电信机房，BBU根据实际情况安装在站点或者机房，AAU部署在各站点天面或者杆塔。

2.2MIMO技术原理

无线通讯的迅速发展对系统的容量和频谱效率提出了越来越高的要求。

为此各种提高系统容量和频谱效率的技术应运而生，常见的方法有提高系统带宽，提高信号调制阶数等。

然后，扩展带宽一般仅能提升系统容量，并不能有效提升频谱效率，而提高信号调制阶数虽然可以提升频谱效率，但由于调制阶数一般很难成倍提升，所以提升的频谱效率的能力也是很有限的。

MassiveMIMO利用大规模多天线系统，实现了波束赋形和多流多用户资源复用，进一步大幅提升系统容量和立体覆盖。

由于在覆盖空间中对不同用户可形成独立的窄波束覆盖，使得天线系统能够同时传输不同用户的数据，从而可以数十倍的提升系统吞吐量，提高网络容量。

由于天线波束非常窄，并且能精确的为用户提供覆盖，可以大大的减少对邻区的干扰，有效的减少小区间的干扰，还可以带来更高的用户速率和更优质的用户体验。

MassiveMIMO有四种增益效果，如图所示。

阵列增益:

通过相干合并，能有效提高处理后的信噪比均值（前提:

需要知道信道信息）；

空间分集增益:

把数据重复发送多次以提高传输可靠性，减小信噪比的相对波动；

空间复用增益:

利用空间信道衰落的独立性，通过同时传输多个数据流提升传输速率带来的增益；

干扰抑制增益:

利用干扰信号的空间有色性，对干扰进行抑制，通过提升处理后信噪比。

图3MassiveMIMO增益图

2.35G波束赋形原理

波束赋形是MassiveMIMO的最主要关键技术之一。

波束赋形:

发射信号经过加权后，形成了指向UE的窄带波束，这就是波束赋形。

NRSub6G多天线下行各信道默认支持波束赋形（BeamForming，简称“BF”），可以形成更窄的波束，精准的指向用户，提升覆盖性能。

立体覆盖波束相比基本波束管理，能够指定波束覆盖场景，调整波束的倾角和水平方位角，解决了不同场景下小区覆盖受限以及临区干扰问题，见图1;

图1不同场景波束覆盖类型

Default场景水平3db波宽105度，垂直3db波宽6度，数字权值倾角可调方位-2度~9度，如果采用7+1波束扫描，波瓣图如图2：

图2SSB扫描波束3D波瓣图

如下将通过一个实例计算适合自己覆盖的场景，基站楼宇的基本信息如下表，波束的法线方向沿水平指向（波束倾角0度，机械倾角也为0度）

步骤1：

计算波束垂直扫描范围

当D=70m，h=15m，则C=H-h=15m，则可以计算出α=25°，参照波束场景表可知SCENARIO_12~SCENARIO_16垂直3db波宽为25°

图3：

不同覆盖场景对应波束调整参数图标

步骤2：

计算波束水平扫描范围

当B=30m，D=70m，则可以计算出β=25°，参照上表可知SCENARIO_5、SCENARIO_10、SCENARIO_15水平3db波宽为25°（选取方式参考图3）

步骤3：

取步骤1和步骤2的场景交集

即SCENARIO_15能同时满足水平和垂直覆盖要求

为了降低选站规划和站点优化难度，节约优化成本和协调成本。

需要支持远程调整下倾角和方位角的功能，通过参数配置倾角和方位角调整的角度，支持以1°为粒度，整体调整广播信道窄波束的倾角和方位角，针对邻区干扰比较严重的场景可以调整倾角和方位角，让波束指向本小区用户，减少邻区的过覆盖，另外，通过倾角和方位角的调整可以实现更多的波束指向，满足不同的覆盖要求，实现灵活组网，目前新增自定义波束场景，可以设置单个波束的倾角、方位角。

3、解决措施

3.1测试站点工参

NR/LTE测试站点工参：

序号

站点名

经度

纬度

方向角

机械下倾

电子下倾

挂高

PCI

NR

武汉市电信枢纽楼

114.332858

30.548561

240

3

3

45

10

LTE

武汉市电信枢纽楼

114.332858

30.548561

240

3

3

45

200

本次测试建筑楼宇玉泉酒店，站点区域距离基站“电信枢纽楼”约480m。

摸底测试中，酒店测试区域内1.8G频段受周边站点干扰较大，手机锁PCI后无法接入；而2.1G频段较纯净，能正常进行业务测试，因此采用2.1G频段对比测试。

3.2测试环境

本次测试站点平面图如下，测试点位8个，因物业原因，部分客房无法进入测试。

图4测试环境平面图

3.3定点测试下行速率

在玉泉酒店6F定点测试，测试下行速率值（点位2、6、9典型速率）：

测试点位

DL_MCS

DL_RB

PDSCH_BLER

DL_Rate_PHY

DL_RI

CSI_RSRP

CSI_SINR

601_NR

24.26

270.97

1.52

317625.92

1.17

-88.74

3.48

602_NR

22.20

271.00

2.80

400252.57

1.61

-91.39

2.42

603_NR

23.07

271.00

0.31

475524.08

1.76

-82.08

10.31

604_NR

22.71

270.99

0.18

548704.32

1.95

-81.29

9.42

606_NR

18.07

270.97

7.10

329787.76

1.87

-103.90

2.16

607_NR

19.50

270.94

1.99

466239.02

1.80

-90.49

4.49

608_NR

18.17

271.00

7.57

546932.00

2.81

-94.40

0.99

609_NR

25.36

271.00

5.12

584537.13

2.00

-82.37

7.46

601_LTE

15.28

77.35

10.95

39717.66

1.76

-89.22

11.31

602_LTE

20.80

76.04

11.29

52862.44

1.71

-87.42

15.91

603_LTE

20.52

76.32

10.74

61327.36

1.81

-88.22

16.86

604_LTE

20.04

74.79

12.04

39873.19

1.49

-92.87

14.55

606_LTE

9.28

77.59

11.09

19924.77

1.55

-106.88

1.59

607_LTE

10.52

80.43

10.83

24208.52

1.55

-96.78

3.59

608_LTE

11.84

77.01

10.91

21819.83

1.32

-94.62

3.17

609_LTE

17.13

77.38

11.06

54014.22

1.95

-89.09

11.95

3.4定点测试上行速率

测试点位

UL_MCS

UL_RB

PUSCH_BLER

UL_Rate_PHY

UL_RI

CSI_RSRP

CSI_SINR

601_NR

13.43

247.88

9.28

130272.72

1.77

-86.90

6.64

602_NR

10.31

247.93

9.09

120624.80

2.00

-91.94

2.14

603_NR

22.67

248.00

9.12

141441.64

1.01

-84.22

9.07

604_NR

23.54

248.00

9.12

147173.91

1.00

-83.01

10.31

606_NR

9.90

247.67

9.12

58774.04

1.00

-102.31

2.48

607_NR

13.60

247.69

9.07

158352.51

2.00

-92.95

3.88

608_NR

12.21

247.74

9.07

141684.24

2.00

-95.69

0.43

609_NR

14.45

247.92

9.25

158508.49

1.91

-82.00

8.40

601_LTE

15.16

76.34

8.81

21854.20

1.00

-84.36

13.56

602_LTE

11.95

65.63

8.64

12414.25

1.00

-88.99

14.62

603_LTE

17.29

67.02

8.93

22351.35

1.00

-93.07

15.01

604_LTE

12.77

66.80

8.56

13907.18

1.00

-92.32

14.30

606_LTE

6.24

18.79

9.49

1740.29

1.00

-104.88

3.50

607_LTE

13.02

64.92

8.77

13877.03

1.00

-94.05

8.23

608_LTE

15.89

59.89

7.52

19861.93

1.00

-92.34

5.17

609_LTE

20.55

75.52

6.90

32254.15

1.00

-86.85

12.89

从上行统计信号指标分析，测试点位1-4处于走廊，从窗边到走廊尽头区域，NR的RSRP处于-83~-92dBm范围。

其中点位2位于电梯厅后侧，NRRSRP值较窗边点位1低5.04dB，LTERSRP则较窗边点位1低4.63dB；该点位NR上行速率120Mbps，下行速率400Mbps，CSIRSRP-92，CSISINR2。

点位3、点位4信号可从6号房、7号房穿透，信号强度较点位1、点位2强，且两个点位信号值比较接近。

点位5因物业原因，无法进入测试。

点位6位于客房进门区域，与点位2相比，多一堵墙隔断。

对比点位2信号，NRRSRP低10.37dB，LTERSRP低15.89dB，初步推测NR信号主要经过绕射、而LTE信号经过传透，所以导致LTE信号衰减明显，属于特殊区域的测试结果。

该点位是测试区域内信号最差点，NR上行速率58Mbps，下行速率329Mbps，CSIRSRP-103，CSISINR2。

点位7位于客房中间区域，与点位6相比，没有卫生间区域的隔断影响，NRRSRP较点位6提升9.37dB，LTERSRP提升10.82dB。

点位8位于客房靠窗区域，与点位7相比，距离基站变远，NRRSRP较点位7降低2.37dB，LTERSRP提升1.72dB，初步推测差异是由于NR/LTE信号传播时穿透和绕射不一致导致。

点位9位于楼梯间靠窗区域，距离基站最近，整体覆盖效果最佳。

该位置NR上行速率158Mbps，下行速率584Mbps，CSIRSRP-82，CSISINR8。

4、经验总结

1、整体来看，室内场景信号穿透方式多变，NR系统由于实体墙隔断导致的RSRP损耗在10-15dB左右。

2、室内隔断较多情况，如电梯厅附近，信号衰减明显。

3、在室内周边有窗户区域，信号可经过窗户穿透覆盖，信号反而有所增强。

4、整体而言，距离基站480m，靠近基站一侧，在楼宇内靠窗区域，整体覆盖效果最佳。

NR上行速率有158Mbps，下行速率584Mbps，CSIRSRP-82，CSISINR8。

5、与LTE2.1G综合覆盖相比，NR在浅层覆盖效果基本与LTE一致。

但是在深层覆盖区域，由于实体墙隔断导致的穿透损耗，NR略差与LTE。