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。