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.docx
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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】5GNR支持基于BeamSweeping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】5GNR；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中将小区主辅同步信号（SS，SynchronizationSignal）与物理广播信道
（PBCH，PhysicalBroadcastChannel）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
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（beamsweeping）的概念，小区广播覆盖由多个不同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
-29
5
16
6
1
-20
5
10
6
2
-10
5
10
6
3
0
5
10
6
4
10
5
10
6
5
20
5
10
6
6
29
5
16
6
单波束
1
0
5
65
15
双宽波束
0
0
3
65
6
1
0
9
65
6
1+1
0
0
-3
10
6
1
0
5
65
15
4.1.3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DLPDCP层流量：
整体1宽1窄波束的平均DLPDCP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DLPDCP流量优于其它配置。
具体如下图所示：
对于ULPDCP层流量：
整体1宽1窄波束的平均ULPDCP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ULPDCP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，SSB1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
-29
6
16
6
1
-20
6
10
6
2
-10
6
10
6
3
0
6
10
6
4
10
6
10
6
5
20
6
10
6
6
29
6
16
6
单波束
1
0
6
65
15
垂直7波束
0
0
-9
30
6
1
0
-6
30
6
2
0
-3
30
6
3
0
0
30
6
4
0
3
30
6
5
0
6
30
6
6
0
9
30
6
4.2.3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DLPDCP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PDCP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ULPDCP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ULPDCP流量61.2Mbps，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
-29
3
16
6
1
-20
3
10
6
2
-10
3
10
6
3
0
3
10
6
4
10
3
10
6
5
20
3
10
6
6
29
3
16
6
单波束
1
0
3
65
15
1+2
0
-10
0
10
6
1
0
3
65
15
0
10
0
10
6
4.3.3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DLPDCP层速率：
整体DLPDCP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2窄波束与1宽波束持平为517Mbps，比7窄波束高3.1%。
对于ULPDCP层速率：
整体上1宽2窄波束的ULPDCP流量与1宽波束持平，略好于7窄波束；1宽2窄波束近点ULPDCP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ULPDCP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，SSB1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。
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