精品案例5G单小区内多波束切换问题分析.docx
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精品案例5G单小区内多波束切换问题分析
5G单小区内多波束切换问题分析案例
5G单小区内多波束切换问题分析案例
【摘要】芜湖5G网络采用的是7波束配置，在进行簇优化时发现，终端移动过程中在同一小区内无法选择到最强波束，通过排除法进行逐一排查，确定为波束信息中SSBlock索引参数配置错误所致。
【关键字】多波束、SSBlock、分级扫描
【业务类别】5G
一、问题描述
芜湖现网基站采用的是一个小区7个波束的多波束配置，但在多条路段发现终端未能在小区内部多波束之间选择最佳波束，最终信号衰落导致掉线。
如下两处：
1.终端接收工程大学中PCI102的2波束信号，信号已经衰落至106dbm，却迟迟无法切换至信号更好的6波束信号，最终导致掉线。
2.终端接收温州商贸城PCI90信号，服务波束信号已经衰落至107dbm，却迟迟无法切换至信号更好的2波束信号，最终导致掉线。
二、分析过程
理论支撑
采用波束成形技术之后，5G基站必须使用多个不同指向的波束才能完全覆盖小区。
如上图所示，基站使用了8个波束覆盖其服务的小区。
在下行过程中，基站依次使用不同指向的波束发射无线信号，该过程被称作波束扫描（Beamsweeping）;与此同时，用户测量不同波束发射出的无线信号（Beammeasurement），并向基站报告相关信息（Beamreporting）;基站根据用户报告确定对准该用户的最佳发射波束（Beamdetermination）。
更为复杂的是，用户也有天线阵列。
这意味着，我们在波束对准的过程中既要考虑发射波束，也要考虑接收波束。
为此，5G标准允许用户对发射波束变换不同的接收波束，并从中选择最佳接收波束，由此产生一对最佳发射—接收波束。
上图中用户1和2所对应的最佳波束对分别为（t4，r3）和（t6，r2）。
为保证最终得到足够的信号增益，大规模天线阵列所产生的波束通常需要变得很窄。
付出的代价是，基站需要使用大量的窄波束才能保证小区内任意方向上的用户都能得到有效覆盖。
在此情况下，遍历扫描全部窄波束来寻找最佳发射波束的策略显得费时费力，与5G所期望的用户体验不符。
为快速对准波束，5G标准采取了分级扫描的策略，即由宽到窄扫描。
第一阶段为粗扫描，基站使用少量的宽波束覆盖整个小区，并依次扫描各宽波束对准的方向。
如上图所示，基站在此阶段使用了宽波束tA和tB，且只为用户对准宽波束，对准方向精度不高，所建立的无线通信连接质量亦比较有限。
第二阶段为细扫描，基站利用多个窄波束逐一扫描已在第一阶段中被宽波束覆盖的方向。
对单个用户而言，尽管此时的扫描波束变窄，但所需扫描的范围却已缩小，扫描次数便相应减少。
如上图所示，在第一阶段宽波束对准的基础上，基站只需继续细化扫描与各用户有关的4个窄波束，比如为用户1扫描波束t1-t4,为用户2扫描波束t5-t8。
此时，基站改善了对准每个用户的波束方向的精度，所建立的无线通信连接质量得到提高。
因此，在图示的两级波束管理过程中，基站只需为每位用户扫描6次，而无需对全部8个窄波束都进行扫描。
此外，波束管理过程可以通过波束估计算法得到进一步优化。
以上图为例，基站使用4个适中宽度的波束扫描整个小区。
如果用户1正好处于波束t2与t3之间，根据传统方法，基站为了提高波束对准精度需要进一步细化扫描用户1的方向。
为此，英特尔中国研究院开发了有效的波束估计算法：
基站可以结合用户报告信息进一步估计用户的最佳波束方向，提高现有波束扫描结果的精度并修正波束方向，从而减少或避免进一步细化扫描。
借助波束估计算法，基站可能只需要扫描4次适中宽度的波束就可以实现之前两级扫描6次不同宽度波束所达到的效果，从而实现快速波束管理。
考虑到用户可能处于移动状态，为了更好地跟踪用户（Beamtracking），分级扫描可以根据每个用户的需要随时展开，不断切换最佳波束，最佳波束会随着用户的位置而发生变化，为用户提供无缝覆盖，保证通信不中断、不掉线。
具体分析
根据以上理论支撑可以得知，终端在初始接入小区状态通过分级扫描获取了最强波束信息，并进行了接入，但随着终端移动，分级扫描没能够及时展开，终端无法切换到最佳波束导致掉线。
问题区域距离基站约300米，检查基站运行状态正常，由于基站位于路边，也无明显楼宇遮挡情况出现，在终端初始接入小区中占用了最强波束，但在持续移动后出现了同小区内部的波束间无法正常切换现象。
检查信令中的服务小区等信息：
使用排除法对可能原因进行逐一排查
1.检查基站无故障
2.检查邻区配置正常
3.参数配置检查
检查基站运行状态、邻区配置均正常，参数检查时发现“SSBlock索引（高频）”配置为3，查看其它小区均配置为0，推测可能具有相关性，因此将配置改为0后进行复测分析。
三、解决措施
如下图所示，针对两处问题点进行了正反向测试，但均未再出现波束间切换异常。
根据以上操作判断，SSBlock索引（高频）配置与波束之间选择具有一定相关性，修改后路测基本正常。
四、经验总结
5G建网初期，不管设备厂家、终端厂家都是处于一个摸索阶段，因此在针对现场遇到的问题可先通过排除法进行逐一排查，确定原因并及时跟进处理，特别是在参数设置方面需要统一设置规范，仔细检查，确保参数正确。
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