基于多覆盖场景5GSSB规划的研究.docx

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李宗张黎明
【Summary】  通信产业是关乎到国家信息发展和居民生活需要的重要行业。目前在我国网络强国战略的指引下,5G网络正在加速以“中国速度”进行大规模部署,助力国家战略并不断增强发展动能。5G网络通过更加先进的技术标准和先天优势,建立了时域、频域和空域的容量模型,为用户提供了大容量、抗干扰和精准化的业务体验。其中SSB广播波束是当前5G网络覆盖的重要影响因素之一,通过对SSB的分析和研究可以提升5G网络规划和设计精准度,进一步增强用户感知,赋能5G更强大的社会生产力。
【Key】  多场景  5G网络  SSB
一、研究背景
在5G网络大规模建设初期,5G宏站覆盖因建筑物高度区间分布不均、地形地貌起伏变化和部分站址落地难等限制,致使建网目标区域存在一些弱覆盖或覆盖盲区现象。
随着“大水漫灌”建網方式向“精准滴溉”精细化设计方式转变,细化5G重要覆盖类参数规划设计,从源头保障5G网络覆盖的可靠度和精准度势在必行。5G网络覆盖的重要技术有大规模天线阵列和SSB波束。大规模天线阵列由大量的天线振子单元(如64T64R有192个天线振子)构成,使得目标覆盖空间分辨率得以提升。SSB依托自身特有的窄波束特性优势,可以精准定位5G业务发生位置。结合大规模天线阵列硬件能力和SSB波束管理技术,合理配置覆盖区域水平方向和垂直方向波束数量,能够进一步提升5G网络的精准覆盖能力,满足目标场景5G业务覆盖需求。
二、关键技术
5GSSB可以定向提升网络覆盖能力,与其相关技术包括小区搜素、SSB资源块、MassiveMIMO和波束管理。

小区搜索是为了下行同步,4G一般分为5步:第1步同步PSS(主同步信号)获得NID2;第2步同步SSS(辅同步信号)获得NID1;第3步从PBCH读取MIB;第4步从PDCCH获取SIB1的调度信息;第5步从PDSCH读取SIB1。而5G主辅同步信号和物理广播信道耦合以SS/PBCH资源块的形式出现(简称为SSB),简化了小区搜索步骤。

SSB作为5G特有技术,波束扫描在时域上间隔出现,每个SSB都对应一个波束扫描的方向。在1个半帧(1个无线帧=2个半帧=10ms)周期内SSB出现若干次,这些SSB的合集定义为SSBBurstSet。
针对Sub3G,协议规定1个SSBBurstSet中最多4个SSB块;对于Sub3G~Sub6G,规定最大8个SSB块;大于6G规定了最大64个SSB块。周期内SSB块数量受子载波间隙影响,1个半帧内SSB的位置会有5种不同情况。SSB时域位置设计其实主要是考虑到不同子载波之间的共存。
SSB在时域上占4个符号,在频域上240个子载波(20个PRB),编号0~239。1个SSB中用于传输PBCH的RE总共有:(20+4)×2×12=576个RE。其中,每个RB中包含有3个PBCHDMRS导频RE,因此共有144个导频RE,PBCH数据RE为432个,QPSK调制后可以携带864bit数据。

MassiveMIMO大规模阵列天线在水平维度空间基础上,引入垂直维度空域,进一步增加天线数目,形成更窄的波束,使射频传输链路上的能量效率更高,同时具有很强的抗干扰能力。SSB广播波束是小区级静态波束,AAU硬件不是它的决定因素,例如8T8R的AAU,可以配置4个SSB胖波束。SSB广播波束主要用于同步下行、发送系统广播和小区信号质量测量。

5G的广播信道是赋型窄波束,采用轮询扫描覆盖整个小区的机制。通过波束管理合理设计窄波束,并选择合适的时频资源在不同时刻发送不同的窄波束,完
成小区的广播波束覆盖。UE通过扫描每个窄波束,获得最优波束,完成同步和系统消息解调。
由于5G使用频段较高,为多天线提供了天然的应用空间。通过窄波束设计,将发射能量对准目标用户,提高目标用户的解调信噪比和传输成功率。同时提高系统覆盖率,增强控制信道的覆盖范围,从而扩大小区半径提升覆盖性能。
三、模型建立
5GSSB波束通过水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度、方位角和倾角这四种参数进行配置。5G网络规划设计建设中,不同场景业务需求不同,对5G广播波束需进行差异化配置。由此可以建立一套“场景识别—覆盖需求明确—站址规划—波束计算并配置”的规划模型,最终形成《各场景SSB波束配置工具》成果。

5G覆盖波束是通过规划的5G设备和覆盖目标的空间位置关系,以及覆盖目标的物理特性进行计算。根据AAU挂高、AAU与覆盖目标距离、覆盖目标需覆盖范围的高度和宽度信息,运用三角函数,计算AAU的垂直半功率角、水平半功率角和倾角。通过科学合理的计算结果,保障5G的良好覆盖效果,其原理见图2。
AAU垂直&水平半功率角&倾角具体计算如下

5G网络覆盖场景多种多样,如酒店、小区、购物中心等。这些场景本身特征不同,对5G业务需求也不同,因此不同场景5G网络规划设计存在差异性。从这
些覆盖场景的空间特性上来讲,可以分垂直和水平两个空间维度,AAU的水平和垂直半功率角决定是否满足覆盖。
聚类分析5G覆盖各个场景的空间分布和业务需求,可以将所有场景归纳划分为14种对应场景。具体分类见表1,其中高中低楼层的宏覆盖为典型场景。

目前国内运营商5G频段集中FR1,主要采用30KHz子载波间隙部署,单小区SSB理论最大配置数为8。,因时隙配置的不同,实际单小区可用SSB数仅为7个。通过对已分类的14种场景进行各场景覆盖目标统计和分析,取典型值算出各场景所需小区波束,并最终得出SSB波束模型。
四、成果结论
通过对5G小区搜索、波束管理、MassiveMIMO、SSB资源块等5G技术的研究,得出SSB广播波束赋型是解决不通场景5G覆盖问题的关键。建立各场景SSB波束配置模型,在5G网络前期规划设计中进行最优SSB广播波束参数配置,最大程度提升5G网络覆盖效果。
经过SSB波束配置,有效地为不同场景5G网络精准化覆盖提供有力的支撑,增强了5G网络规划和设计的精准性,降低建网成本,提升用户感知。示例仿真对比效果如图3。
在未开展5GSSB波束精细化规划时,目标区域5G网络覆盖效果仿真显示存在部分区域弱覆盖或盲覆盖现象,建网效果欠佳。利用SSB规划配置工具,对多场景5GSSB开展精细化规划,仿真覆盖效果明显改善提升。因此,5GSSB波
束精细化规划对目标区域的网络覆盖效果提升行之有效,可以助力5G精品网络建成。
参 考 文 献
[1][J],(08).27-33;
[2]印翀,[J],44(09).75-79;
[3][J],(08).21-26;
[4]韩玮,江海,[J]***,25(04).59-66;
[5]许国平,王科,杨飞虎,[J],(02).6-10;
[6]万朝辉,王红雷,张航,[J],34(02).196-198;
 
-全文完-