5G SSB“1+X”立體覆蓋的研究與應(yīng)用

杜 健 王卓然

（1.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司山西省分公司，山西 太原 030006；2.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司大同市分公司，山西 大同 037000）

1 引言

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，為了快速建網(wǎng)，全網(wǎng)統(tǒng)一采用SSB水平7/8波束來(lái)實(shí)現(xiàn)NR覆蓋，所有SSB賦形波束基本用于覆蓋道路和地面，無(wú)法兼顧高層樓宇的覆蓋。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)深化，解決深度覆蓋問(wèn)題已經(jīng)成為現(xiàn)階段5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)之一。

總體來(lái)看，現(xiàn)網(wǎng)水平7/8波束覆蓋存在一些痛點(diǎn)：

（1）資源開(kāi)銷(xiāo)大：發(fā)送多個(gè)覆蓋波束需要多份時(shí)間及頻率資源，在系統(tǒng)總資源一定的情況下影響用戶(hù)體驗(yàn)及業(yè)務(wù)容量。

（2）影響節(jié)能效果：多個(gè)波束需要在多份時(shí)間資源上進(jìn)行發(fā)送，相應(yīng)的時(shí)間窗內(nèi)即使沒(méi)有業(yè)務(wù)也無(wú)法啟用如符號(hào)關(guān)斷等節(jié)能技術(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)更高效的節(jié)能。

（3）移動(dòng)性?xún)?yōu)化難度大：對(duì)于移動(dòng)用戶(hù)占比較高的水平覆蓋，多波束配置下的移動(dòng)性測(cè)量涉及到本小區(qū)及鄰小區(qū)大量波束的評(píng)估和切換決策，性能及體驗(yàn)優(yōu)化難度大、成本高。

（4）兼顧垂直覆蓋設(shè)計(jì)復(fù)雜：水平7/8 波束在兼顧高樓覆蓋場(chǎng)景下，需要減少水平波束，用于垂直覆蓋，重新設(shè)計(jì)水平波束的個(gè)數(shù)、波束寬度、覆蓋功率。不同場(chǎng)景下，垂直波束需求不一致，需要將水平及垂直覆蓋進(jìn)行緊耦合設(shè)計(jì)，規(guī)劃優(yōu)化難度大，覆蓋可拓展性差、靈活性低。

SSB 1+X 權(quán)值優(yōu)化方案可以有效解決上述網(wǎng)絡(luò)痛點(diǎn)。SSB 1+X立體覆蓋方案將SSB水平和垂直波束解耦，根據(jù)高層樓宇高度覆蓋需求靈活配置垂直波束。其中“1”表示1個(gè)增強(qiáng)型水平寬波束，通過(guò)功率增強(qiáng)達(dá)到與水平7波束相當(dāng)?shù)母采w，保持水平覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；“X”表示垂直維度X個(gè)靈活可變的波束，可以靈活配置X個(gè)垂直波束滿足不同高樓場(chǎng)景需求，通過(guò)垂直波束賦形精準(zhǔn)覆蓋，大幅提升樓宇覆蓋效果。在大幅降低節(jié)省優(yōu)化成本的同時(shí)，為高層樓宇提供了新的精準(zhǔn)覆蓋解決方案，從而為高層樓宇5G 室內(nèi)用戶(hù)提供更好的覆蓋體驗(yàn)。

2 原理及策略

2.1 方案原理

SSB 1+X設(shè)計(jì)的主要思路是水平和垂直覆蓋解耦，基本原理如下：

“1”代表采用一個(gè)水平寬波束覆蓋道路/地面/低層樓宇，并保持水平覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通過(guò)boosting 功率增強(qiáng)技術(shù)保持與現(xiàn)網(wǎng)水平7/8 波束覆蓋強(qiáng)度一致，通過(guò)SSB 波束時(shí)域錯(cuò)開(kāi)進(jìn)一步降低鄰區(qū)間SSB干擾。

“X”代表根據(jù)場(chǎng)景需求，靈活配置X個(gè)垂直波束（X≤3），滿足中、高層樓宇室內(nèi)淺層覆蓋要求，有效吸收5G用戶(hù)。

1+X 權(quán)值優(yōu)化方案，將SSB 水平和垂直波束解耦，保持水平覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時(shí)，可以靈活配置X個(gè)垂直波束滿足不同高樓場(chǎng)景需求。

例如圖1為SSB 1+X覆蓋示例。圖中8個(gè)SSB波束發(fā)送位置，藍(lán)色“1”為每個(gè)小區(qū)在不同時(shí)間位置發(fā)送的水平寬波束，其他顏色的波束為垂直覆蓋的“X”波束。

圖1 SSB 1+X覆蓋示意圖

2.2 方案特點(diǎn)

使用1+X波束配置，靈活實(shí)現(xiàn)各場(chǎng)景覆蓋性能及節(jié)能綜合最優(yōu)。

水平“1”增強(qiáng)型寬波束：

（1）通過(guò)功率增強(qiáng)及資源協(xié)同技術(shù)拉齊到水平7/8波束覆蓋能力；

（2）通過(guò)鄰區(qū)SSB時(shí)域錯(cuò)開(kāi)配置，降低干擾。

垂直“X”場(chǎng)景化波束：基于波束數(shù)量最小原則，根據(jù)場(chǎng)景特征，靈活選擇垂直X 波束的數(shù)量和參數(shù)配置（波束寬度和高度）。

通過(guò)自動(dòng)射頻關(guān)斷，1+X 在低負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)與7/8 波束相比更高的節(jié)能水平。

1+X 權(quán)值優(yōu)化方案將水平基礎(chǔ)覆蓋及垂直場(chǎng)景化覆蓋進(jìn)行解耦，保障水平基礎(chǔ)覆蓋穩(wěn)定性的同時(shí)提供垂直維度的靈活性，保障7/8波束向1+X的平滑過(guò)渡，降低優(yōu)化及運(yùn)維成本。1+X 權(quán)值優(yōu)化方案，配置更少的SSB 資源，提升小區(qū)吞吐量。

2.3 部署策略

根據(jù)覆蓋區(qū)域內(nèi)建筑物的位置、高度和寬度等來(lái)計(jì)算小區(qū)垂直覆蓋方向的X波束數(shù)量和相關(guān)參數(shù)；優(yōu)先考慮價(jià)值較高樓宇開(kāi)啟X 波束，比如成片中高層住宅小區(qū)、無(wú)室分覆蓋商務(wù)樓。

2.3.1 部署原則

（1）間距100～200米左右；

（2）樓宇位于扇區(qū)朝向正面；

（3）站點(diǎn)和樓宇間無(wú)遮擋，視距可見(jiàn)；

（4）高價(jià)值樓宇，比如商務(wù)樓、高級(jí)住宅；

（5）覆蓋樓宇區(qū)域需無(wú)5G 室分系統(tǒng)，避免互相干擾；覆蓋樓宇區(qū)域需無(wú)其它5G宏微小區(qū)覆蓋，避免干擾；

（6）間距100～200米左右，對(duì)于較高樓宇，站點(diǎn)和樓間距為2倍樓高為最佳；

（7）波束需窄于覆蓋樓宇切面，避免泄露越區(qū)干擾；

（8）樓宇價(jià)值較高，比如商務(wù)樓、高級(jí)住宅小區(qū)。

2.3.2 場(chǎng)景化部署方案

（1）水平覆蓋場(chǎng)景：適用“1+0”，廣覆蓋、道路覆蓋以及低層（10層以下）住宅覆蓋；

（2）低高度樓宇場(chǎng)景：適用“1+1”，10層左右樓宇覆蓋；

（3）中高度樓宇場(chǎng)景：適用“1+2”，15層左右樓宇覆蓋；

（4）高層樓宇場(chǎng)景：適用“1+3”，20層以上樓宇覆蓋；

（5）未確定場(chǎng)景：具體根據(jù)站高、樓高、距離、無(wú)線環(huán)境等因素結(jié)合工具及現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)給出建議；

（6）核實(shí)實(shí)際天線與覆蓋樓宇的相對(duì)方位及距離，進(jìn)行迭代波束優(yōu)化，從而達(dá)到波形與覆蓋區(qū)域的最大化契合目標(biāo)。

2.3.3 上仰角/下傾角方案

底層繼承現(xiàn)網(wǎng)，保持機(jī)械/數(shù)字傾角，X波束上仰角/下傾角由Smart Hippo及勘測(cè)設(shè)計(jì)給出。

圖2 上/下傾角示意圖

表1 上/下傾角公式

2.4 覆蓋方案對(duì)比

建議在資金預(yù)算充足的情況下，對(duì)于重點(diǎn)場(chǎng)所（尤其是容量需求高的場(chǎng)所）推薦采用Q-CELL 覆蓋，較重要住宅區(qū)推薦采用室分覆蓋，居民小區(qū)采用X波束或射燈室外站點(diǎn)穿透照射覆蓋樓宇內(nèi)部方案。具體選擇哪個(gè)方案，可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決定（表2）。

表2 覆蓋方案對(duì)比情況

3 應(yīng)用及效果

3.1 測(cè)試方案

對(duì)大同市選取典型AAU 正對(duì)樓宇覆蓋場(chǎng)景，將七波束更改為1+X 后進(jìn)行對(duì)比測(cè)試（圖3）。測(cè)試終端為華為P40，測(cè)試電腦為戴爾15-7560，服務(wù)器為218.26.226.237。

圖3 SSB 1+X規(guī)劃方案概述圖

DT 測(cè)試：對(duì)覆蓋場(chǎng)景進(jìn)行DT 測(cè)試，要求遍歷場(chǎng)景內(nèi)各部分主要道路，測(cè)試指標(biāo)為PCI、RSRP、SINR、下行速率。CQT測(cè)試：對(duì)覆蓋場(chǎng)景內(nèi)每棟樓宇進(jìn)行CQT測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)為PCI、RSRP、SINR、下行速率。隔層測(cè)試，對(duì)天線覆蓋區(qū)域樓層定點(diǎn)測(cè)試下載一分鐘。

3.2 典型試點(diǎn)

針對(duì)大同市廣和大廈2 NR小區(qū)覆蓋情況，改為“1+X”后對(duì)比現(xiàn)網(wǎng)七波束的道路及樓宇覆蓋效果，X波束定位3（圖4）。

圖4 小區(qū)配置圖

DT測(cè)試LOG對(duì)比情況如圖5。

圖5 廣和大廈2小區(qū)DT測(cè)試對(duì)比圖

與七波束試點(diǎn)綜合對(duì)比結(jié)果如圖6。

圖6 DT/CQT覆蓋對(duì)比情況

“1+X”場(chǎng)景下水平覆蓋保持穩(wěn)定，中高層覆蓋樓宇區(qū)域的垂直覆蓋大幅提升，干擾提升明顯，其中RSRP 提升4.75dB，提升幅度4.9%，SINR 提升4.36dB，提升幅度34.6%，下行平均速率提升55.67Mbps，提升幅度17.6%。

RRC 平均連接用戶(hù)數(shù)提升15.57，提升幅度43.91%；PDCP 上行流量提升3.47GB，提升幅度93.9%；PDCP 下行流量提升15.64GB，提升幅度79.6%。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)“1+X”方案的驗(yàn)證，測(cè)試了大同市廣河大廈2 NR小區(qū)和果品公司2 NR小區(qū)，通過(guò)分析可以得出以下結(jié)論：

（1）“1+X”部署后高層建筑周邊水平路面覆蓋基本相當(dāng)，RSRP、SINR、下載速率保持穩(wěn)定。

（2）高層建筑立體覆蓋增強(qiáng)，遍歷不同高度樓層，RSRP平均提升4.75dB，平均SINR提升4.36dB，平均下行速率提升17.6%。

（3）“1+X”小區(qū)吸納更多用戶(hù)和流量，大幅提升該小區(qū)5G分流比，RRC最大連接用戶(hù)數(shù)提升43.91%；PDCP上行業(yè)務(wù)量提升93.9%；PDCP 下行業(yè)務(wù)量提升79.6%。大幅提升5G資源使用效率，提速5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)價(jià)值。

通過(guò)“1+X”方案賦能高層覆蓋，構(gòu)建SSB“1+X”立體覆蓋方式，在大幅降低節(jié)省優(yōu)化成本的同時(shí)，為高層樓宇提供了新的精準(zhǔn)覆蓋解決方案。