精品文档基于5G+Massive+MIMO波束优化的典型场景立体覆盖研究.docx
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基于5G+Massive+MIMO波束优化的典型场景立体覆盖研究
基于5G+Massive+MIMO波束优化的典型场景立体覆盖研究
【摘要】MassiveMIMO和波束赋形（BeamformingBF）是5G的关键技术。
相比于LTE天线形态（8天线），商用5G天线扩增为64天线，被称为MassiveMIMO。
现网天线波束二者相辅相成，缺一不可。
场景化波束的应用对网络质量提升成为一个主要方向，本案例对比5GMassiveMIMO不同场景下的覆盖增益，指导后期的规划优化工作。
【关键字】MassiveMIMO、波束赋形
【业务类别】优化方法
一、原理简述
波束赋形是一种应用于小间距的天线阵列多天线传输技术，其主要原理是利用空间信道的强相关性以及波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，从而提高信噪比，提高系统容量或覆盖范围。
MassiveMIMO（简称MM）站点技术是多天线演进的一种高端形态，被业界公认为5G网络的关键技术之一。
MassiveMIMO通过集成更多的射频通道和天线、实现三维精准波束赋形和多流多用户复用技术，从而达到比传统的技术方案更好的覆盖和更大的容量。
MassiveMIMO可以大幅度提升单站的容量和覆盖能力，解决运营商在同城竞争中面临的站址紧张、建站难、深度覆盖难等痛点，同时大幅度提升单用户流量满足终端用户对不同业务极致体验的诉求。
1.1MassiveMIMO和波束赋形
MassiveMIMO和波束赋形（BeamformingBF）二者相辅相成，缺一不可。
MassiveMIMO负责在发送端和接收端将越来越多的天线聚合起来；波束赋形负责将每个信号引导到终端接收器的最佳路径上，提高信号强度，避免信号干扰，从而改善通信质量。
MassiveMIMO和波束赋形的优点：
1）更精确的3D波束赋形，提升终端接收信号强度；
2）同时同频服务更多用户（多用户空分），提高网络容量；
3）有效减少小区间的干扰；
4）更好的覆盖远端和近端的小区；
1.2广播波束场景化研究
Ø在3D天线管理模块中呈现天线3D视图。
天线在不同Pattern配置下，不同数字方向角、数字下倾角配置下，增益波形差异明显。
常见五种场景如下：
1、高层楼宇场景：
常见于五星级宾馆和超高写字楼，建议使用垂直面覆盖最宽的波束，提升垂直覆盖范围，可以从波束模式12~16中选择。
2、中层楼宇场景：
常见于高档小区或商业圈，建议使用垂直面覆盖比较宽的波束，保证垂直覆盖范围，可以从波束模式6~11中选择。
3、低层密集小区场景：
常见于普通居民小区或城中村，此场景对于垂覆盖范围要求不高，可以从波束模式0~5中选择。
4、聚类市场场景：
常见于集市或演唱会等大型体育、文艺盛典，此场景无高层建筑物，对于垂覆盖范围没有要求；但是场景内用户流量大且分布范围广，需考虑平面覆盖和容量。
5、空旷广场场景：
常见于广场、绿化带或市内自然风景区。
此场景无高层建筑物，对于垂覆盖范围没有要求；但是场景内用户流量大，需考虑平面覆盖和容量。
目前MM广播波束场景化配置加默认模式共计17种模式，5G支持AAU型号较多，除Default场景外，其他16种场景如下表所示：
二、高层楼宇场景测试方案
选择有天线直接面对高楼覆盖的场景进行测试，天线与被测试高楼之间无遮挡且距离适当，本次测试选取香格里拉大酒店进行测试。
测试地点为楼宇夹层的窗户旁边，测试楼层为17，31。
如下图所示，测试终端占用小区ID（5），PCI（9）。
利用室外基站覆盖高楼场景的难点在于高层的室内覆盖，所以后续分析将主要关注高层的覆盖效果。
CellName
Azimuth
PCI
CZ-市区-滁州龙蟠小学-电联共享-HA-6935004-7
180
262
2.1测试方法
对被测楼宇14层和31层采用步测下行灌包的方式进行测试，最终以平均值统计结果。
根据覆盖场景选择波束场景化配置为默认模式0，12，14，15，16。
基站位置
测试环境
2.2测试过程
31层不同波束模式下测试结果统计如下。
31层默认模式0-rsrp（-100.39dBm）
31层默认模式0-sinr（5.82dB）
31层模式12-rsrp（-94.4dBm）
31层模式12-sinr（10.25dB）
31层模式14-rsrp（-102.64dBm）
31层模式14-sinr（5.69dB）
31层模式15-rsrp（-103.33dBm）
31层模式15-sinr（3.12dB）
31层模式16-rsrp（-110.12dBm）
31层模式16-sinr（2.21dB）
17层不同波束模式下测试结果统计如下。
17层模式0rsrp（-92.41dBm）
17层模式0sinr（13.87dB）
17层模式12rsrp（-92.34dBm）
17层模式12sinr（14.91dB）
17层模式14rsrp（-106.7dBm）
17层模式14sinr（2.77dB）
17层模式15rsrp（-107.04dBm）
17层模式15sinr（3.51dB）
17层模式16rsrp（-107.79dBm）
17层模式16sinr（1.78dB）
2.3测试小结
不同波束模式汇总统计结果如下。
层高
Pattern
SS-RSRP（dBm）
SS-SINR（dB）
17
0（水平波宽105，垂直波宽6）
-92.41
13.87
12（水平波宽110，垂直波宽25）
-92.34
14.91
14（水平波宽45，垂直波宽25）
-106.7
2.77
15（水平波宽25，垂直波宽25）
-107.04
3.51
16（水平波宽15，垂直波宽25）
-107.79
1.78
31
0（水平波宽105，垂直波宽6）
-100.39
5.82
12（水平波宽110，垂直波宽25）
-94.4
10.25
14（水平波宽45，垂直波宽25）
-102.64
5.69
15（水平波宽25，垂直波宽25）
-103.33
3.12
16（水平波宽15，垂直波宽25）
-110.12
2.21
对于利用室外站点覆盖高楼的场景来说，难点在于高层的覆盖，对于中、低楼层的区别不是很大，所以参数配置的重点应围绕高层的覆盖效果。
在本次测试中，选择波束模式12时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，大多数高层楼宇场景可考虑借鉴本次测试结果。
应用场景
首选Pattern
备选Pattern
高层楼宇场景
12（水平波宽110，垂直波宽25）
0（水平波宽105，垂直波宽6）
三、中层楼宇场景测试方案
选择有天线直接面对测试楼宇的场景进行测试，天线与被测试楼宇之间无遮挡且距离适当，本次测试选取绿地香颂26栋进行测试。
测试地点为楼宇顶层，测试楼层为18。
如下图所示，测试终端占用小区ID（6），PCI（389）。
与高层楼宇覆盖类似，利用室外基站覆盖中层楼宇场景的难点在于顶层的室内覆盖，所以后续分析将主要关注中层楼顶的覆盖效果。
CellName
Azimuth
PCI
CZ-市区-龙蟠大道永乐路交叉口-电联共享-HA-6935031-6
70
389
3.1测试方法
对被测楼宇18层（顶层）采用步测下行灌包的方式进行测试，最终以平均值统计结果。
根据覆盖场景选择波束场景化配置为默认模式0，6，7，8，9，10，11。
基站位置
测试环境
3.2测试过程
不同波束模式下测试结果统计如下。
默认模式rsrp（-88.79dBm）
默认模式sinr（6.59dB）
模式6-rsrp（-86.47dBm）
模式6-sinr（6.64dB）
模式7-rsrp（-88.88dBm）
模式7-sinr（5.11dB）
模式8-rsrp（-88.32dBm）
模式8-sinr（6.53dB）
模式9-rsrp（-92.32dBm）
模式9-sinr（1.75dB）
模式10-rsrp（-91.68dBm）
模式10-sinr（1.54dB）
模式11-rsrp（-89.1dBm）
模式11-sinr（2.62dB）
3.3测试小结
不同波束模式汇总统计结果如下。
层高
Pattern
SS-RSRP（dBm）
SS-SINR（dB）
18
0（水平波宽105，垂直波宽6）
-88.79
6.59
6（水平波宽110，垂直波宽12）
-86.47
6.64
7（水平波宽90，垂直波宽12）
-88.88
5.11
8（水平波宽65，垂直波宽12）
-88.32
6.53
9（水平波宽45，垂直波宽12）
-92.32
1.75
10（水平波宽25，垂直波宽12）
-91.68
1.54
11（水平波宽15，垂直波宽12）
-89.1
2.62
本次测试中，选择波束模式6时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，大多数中层楼宇场景可考虑借鉴本次测试结果。
应用场景
首选Pattern
备选Pattern
中层楼宇场景
6（水平波宽110，垂直波宽12）
8（水平波宽65，垂直波宽12）
四、低层密集小区测试方案
选取楼宇较为密集的小区进行测试，本次测试选取卫东花园社区进行测试。
如下图所示，测试终端占用小区ID（11），PCI（481）。
利用室外基站覆盖低层密集小区场景要同时考虑路面覆盖和楼宇覆盖，所以后续分析将对比分析路面和楼宇内部测试结果。
CellName
Azimuth
PCI
CZ-滁州-滁州山水人家四站01F机房-电联共享-HA-6934983-8
220
65
4.1测试方法
在卫东花园内进行DT测试以及对扇区正对的卫东花园9栋3层和6层（顶层）采用步测下行灌包的方式进行测试，最终以平均值统计结果。
根据覆盖场景选择波束场景化配置为默认模式0，1，4，5。
基站位置
测试环境
4.2测试过程
小区路面不同波束模式下测试结果统计如下。
默认场景0rsrp（-80.7dBm）
默认场景0sinr（26.26dB）
模式1rsrp（-80.7dBm）
模式1sinr（26.55dB）
模式4rsrp（-80.63dBm）
模式4sinr（28.01dB）
模式5rsrp（-82.36dBm）
模式5sinr（25.59dB）
小区楼栋内不同波束模式下测试结果统计如下。
默认场景0
3楼rsrp（-80.34dBm）
3楼sinr（30.55dB）
6楼rsrp（-82.59dBm）
6楼sinr（25.28dB）
模式1
3楼rsrp（-77.9dBm）
3楼sinr（32.74dB）
6楼rsrp（-81.95dBm）
6楼sinr（25.9dB）
模式4
3楼rsrp（-79.22dBm）
3楼sinr（32.16dB）
6楼rsrp（-82.03dBm）
6楼sinr（25.6dB）
模式5
3楼rsrp（-97.52dBm）
3楼sinr（11.79dB）
6楼rsrp（-86.8dBm）
6楼sinr（18.8dB）
4.3测试小结
不同波束模式汇总统计结果如下。
覆盖场景
层高
Pattern
SS-RSRP（dBm）
SS-SINR（dB）
地面
0（水平波宽105，垂直波宽6）
-80.7
26.26
1（水平波宽110，垂直波宽6）
-80.14
26.55
4（水平波宽45，垂直波宽6）
-80.63
28.01
5（水平波宽25，垂直波宽6）
-82.36
25.59
楼宇
3
0（水平波宽105，垂直波宽6）
-80.34
30.55
1（水平波宽110，垂直波宽6）
-77.9
32.74
4（水平波宽45，垂直波宽6）
-79.22
32.16
5（水平波宽25，垂直波宽6）
-97.52
11.79
6
0（水平波宽105，垂直波宽6）
-82.59
25.28
1（水平波宽110，垂直波宽6）
-81.95
25.9
4（水平波宽45，垂直波宽6）
-82.03
25.6
5（水平波宽25，垂直波宽6）
-97.52
11.79
本次测试中，选择波束模式1时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，低层密集楼宇场景可考虑借鉴本次测试结果。
应用场景
首选Pattern
备选Pattern
低层密集小区
1（水平波宽110，垂直波宽6）
4（水平波宽45，垂直波宽6）
五、聚类市场场景测试方案
选取用户数量较为密集的市场场景进行测试，本次测试选取凤凰菜市场进行测试。
如下图所示，测试终端占用小区ID（5），PCI（230）。
利用室外基站覆盖聚类市场场景主要考虑市场内覆盖情况，所以后续分析将主要关注路面的覆盖效果。
CellName
Azimuth
PCI
CZ-市区-滁州凤凰菜场-电联共享-HA-6934979-8
200
449
5.1测试方法
在凤凰菜市场内进行DT测试，最终以平均值统计结果。
根据覆盖场景选择波束场景化配置为默认模式0，1，4，5。
基站位置
测试环境
5.2测试过程
不同波束模式下测试结果统计如下。
凤凰菜市场默认模式0rsrp（-79.62dBm）
凤凰菜市场默认模式0sinr（19.24dB）
凤凰菜市场模式1rsrp（-81.63dBm）
凤凰菜市场模式1sinr（16.59dB）
凤凰菜市场模式4rsrp（-81.58dBm）
凤凰菜市场模式4sinr（16.91dB）
凤凰菜市场模式5rsrp（-83.01dBm）
凤凰菜市场模式5sinr（12.24dB）
5.3测试小结
不同波束模式汇总统计结果如下。
覆盖场景
Pattern
SS-RSRP（dBm）
SS-SINR（dB）
地面
0（水平波宽105，垂直波宽6）
-79.62
19.24
1（水平波宽110，垂直波宽6）
-81.63
16.59
4（水平波宽45，垂直波宽6）
-81.58
16.91
5（水平波宽25，垂直波宽6）
-83.01
12.24
本次测试中，选择默认波束模式0时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，聚类市场场景可考虑借鉴本次测试结果。
应用场景
首选Pattern
备选Pattern
聚类市场场景
0（水平波宽105，垂直波宽6）
1（水平波宽110，垂直波宽6）
六、空旷广场场景测试方案
选择有天线直接正对广场覆盖的场景进行测试，天线与被测试广场之间无遮挡且距离适当，目前选取石头路河边进行测试。
如下图所示，测试终端占用小区ID（4），PCI（7）。
CellName
Azimuth
PCI
CZ-市区-滁州事故大队-电联共享-HA-6934966-4
190
193
6.1测试方法
在公园附近河边进行DT测试，最终以平均值统计结果。
根据覆盖场景选择波束场景化配置为默认模式0，1，4，5。
基站位置
测试环境
6.2测试过程
不同波束模式下测试结果统计如下。
默认场景0rsrp（-76.58dBm）
默认场景0sinr（26.67dB）
模式1rsrp（-75.57dBm）
模式1sinr（27.18dB）
模式4rsrp（-74.03dBm）
模式4sinr（28.84dB）
模式5rsrp（-76.68dBm）
模式5sinr（23.36dB）
6.3测试小结
不同波束模式汇总统计结果如下。
覆盖场景
Pattern
SS-RSRP（dBm）
SS-SINR（dB）
地面
0（水平波宽105，垂直波宽6）
-76.58
26.67
1（水平波宽110，垂直波宽6）
-75.57
27.18
4（水平波宽45，垂直波宽6）
-74.03
28.84
5（水平波宽25，垂直波宽6）
-76.68
23.36
本次测试中，选择波束模式4时，SS-RSRP和SS-SINR都达到了最优值，空旷广场场景可考虑借鉴本次测试结果。
应用场景
首选Pattern
备选Pattern
空旷广场场景
4（水平波宽45，垂直波宽6）
1（水平波宽110，垂直波宽6）
七、经验总结
MassiveMIMO结合波束赋形技术可以针对不同场景，选择不同的广播波束场景应用方案，同时设置合理的电子方位角和电子倾角，可以有效优化覆盖以及提升用户感知。
本次测试结果，验证并输出了主要覆盖场景的推荐覆盖方案，可供大多数场景参考、借鉴。
应用场景
首选Pattern
备选Pattern
高层楼宇场景
12（水平波宽110，垂直波宽25）
0（水平波宽105，垂直波宽6）
中层楼宇场景
6（水平波宽110，垂直波宽12）
8（水平波宽65，垂直波宽12）
低层密集小区
1（水平波宽110，垂直波宽6）
4（水平波宽45，垂直波宽6）
聚类市场场景
0（水平波宽105，垂直波宽6）
1（水平波宽110，垂直波宽6）
空旷广场场景
4（水平波宽45，垂直波宽6）
1（水平波宽110，垂直波宽6）
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