杜 暉

（中國電信集團有限公司南京分公司，江蘇 南京 210008）

引言

5G 網(wǎng)絡建設已經(jīng)達到一定規(guī)模，5G 分流比是衡量5G 用戶及業(yè)務發(fā)展的關鍵性能指標，電信集團的目標是到2022 年底5G 分流比達到50%。提升分流比的關鍵要點：5G 終端滲透率、5G 開關打開率、DOU 系數(shù)、5G 機網(wǎng)匹配率、5G 流量駐留比，其中前三項主要與前端市場發(fā)展相關，后兩項主要與網(wǎng)絡側相關。

本研究在實踐的基礎上，結合Massive MIMO 波束賦形特點，針對不同的覆蓋場景，建立Pattern 尋優(yōu)體系，確保更多的5G 終端用戶能夠體驗5G 網(wǎng)絡，提升5G 分流比。

1 波束賦形基本原理

NR 系統(tǒng)采用波束賦形技術，對各個信道和信號使用波束更聚集，方向性更好的窄波束。相比于寬波束（比如4G 波束），窄波束的覆蓋區(qū)域較小，單波束沒辦法全面覆蓋扇區(qū)里所有用戶，因此必須波束管理，根據(jù)不同信道和信號的各特點，基站對不同信道和信號分別進行波束管理，為使用者選擇最好的波束，提升覆蓋效能及用戶速率。

（1） 5G 與4G 基站的廣播波束配置不同，5G 的波束為不同方向固定的窄波束[4]。

a.5G 基站在不同時間發(fā)送不同方向的窄波束完成扇區(qū)的廣播波束區(qū)域覆蓋。具體波束掃描形式見圖1。

圖1 NR TDD 廣播波束掃描范圍

b.4G 的SSB 用的是寬波束，沒有掃描；相對于窄波束，能量不夠集中，因此覆蓋肯定不如NR。

（2） SSB 和CSI 波束功能不同。

a.SSB 反映廣播信道的質(zhì)量，決定小區(qū)的覆蓋范圍，控制面。

b.CSI-RS 反映業(yè)務信道的質(zhì)量，決定用戶的體驗速率，業(yè)務面。

（3） SSB 與CSI 波束包絡差異大，覆蓋范圍也存在差異。

其中，SSB 波束為扇區(qū)級輪詢波束，最大為8 波束，和SSB 波束不同，CSI 波束是用戶級波束，64TR 設備可支持32 波束，具體覆蓋差異性見圖2。

圖2 SSB 與CSI 覆蓋差異

2 5G 波束（Pattern）尋優(yōu)原理

5G 波束尋優(yōu)主要有以下兩個優(yōu)勢：

（1） Massive MIMO 波束賦形，大幅提升天線增益，擴展覆蓋距離。

（2） Massive MIMO 支持3D 波束塑形，應對各種覆蓋場景需求。不容波束賦型覆蓋示意圖見圖3。

圖3 SSB 立體波束覆蓋

覆蓋場景由水平3dB 波寬、垂直3dB波寬、傾角可調(diào)范圍和方位角可調(diào)范圍四個要素共同決定。通過調(diào)整傾角和方位角可以實現(xiàn)更多的波束指向，滿足不同覆蓋要求，實現(xiàn)靈活的組網(wǎng)。

覆蓋場景與選取規(guī)則：5G 基站廣播波束可以應用于不同場景的覆蓋，主要為廣覆蓋和室內(nèi)場景，不同覆蓋場景波瓣設置情況見表1。

表1 不同建筑波束差異化設置方案

（1） 通常，配置可設置為默認，用于三扇區(qū)場景。

（2） 在水平方向覆蓋要求較高場景，采用水平波瓣最寬波束，遠點可有更好的增益，提升遠處覆蓋能力。

（3） 當小區(qū)邊緣受到干擾，建議略微降低水平波寬，降低水平覆蓋范圍，避免受擾。

（4） 對于獨立建筑物，建議采用水平波瓣較窄波束，垂直方向增益較高，此種情況不利于廣覆蓋場景，特別是道路覆蓋。

（5） 對于覆蓋目標建筑高度有差異，可采用不同的垂直波瓣寬度的場景進行配置[3]。

3 基于覆蓋場景的波束選擇方法

在優(yōu)化過程中需要綜合考慮站高、站間距、用戶分布情況、覆蓋范圍、射頻模塊能力等各方面要素來確定覆蓋場景。

由圖4 所示，其中D 是基站到建筑物的水平距離；h 是天線高度；H 是建筑物高度；B 是建筑物面對基站側的寬度；b 是站點相對建筑物一側的映射距離；α 和β 分別是水平波寬和垂直波寬。

圖4 基站與建筑物模擬

通過簡單的三角函數(shù)運算可計算出大致的水平波寬和垂直波寬所應選取的范圍，再根據(jù)計算結果綜合選取設備所支持的最優(yōu)一種模式[1]。

計算方法：

α=DEGREES(ATAN (h/D))+DEGREES(ATAN((H-h)/D))

β=DEGREES(ATAN(B/2/D))*2

E=-(DEGREES(ATA N((H-7-h)/D))-A/2)

F=E-6

注：E 為 總 傾 角，F(xiàn)為機械下傾角。

4 南京新街口區(qū)域Pattern 優(yōu)化舉例

南京新街口位于南京中心區(qū)域?，F(xiàn)場無線環(huán)境見圖5。

圖5 南京新街口無線環(huán)境

選取4 個覆蓋不同場景的小區(qū)，建議選擇AAU的覆蓋場景為“SCENARIO_7”，對應的垂直波瓣角為12°，水平波瓣角為90°，再計算出總下傾角為16°，其中機械傾角10°，數(shù)字傾角6°。

計算過程及結果見表2[2]。以此類推，計算出其他小區(qū)波束場景覆蓋方案，波束調(diào)整后差異化參數(shù)設置見表3。華新大廈室外AAU-1 小區(qū)覆蓋金陵飯店亞太商務樓（無5G 室分覆蓋），波束覆蓋場景從“默認場景”調(diào)整成“SCENARIO_13”，室內(nèi)CQT 測試，覆蓋電平平均提升4dB，樓層越高提升越明顯[5]。Pattern 優(yōu)化后，調(diào)整區(qū)域5G 日均流量從3270GB 提升到3694GB，漲幅12.96%；5G 分流比從27.73%提升到29.12%，提升1.39%，提升明顯。優(yōu)化完成后指標提升見圖6。

圖6 波束調(diào)優(yōu)后5G 分流比變化

表2 波束計算表

表3 波束調(diào)整后設置表格

5 結論

本研究利用Massive MIMO 多維覆蓋的特點，根據(jù)水平和垂直下差異化覆蓋需求，采用不同組網(wǎng)場景下的廣播波束覆蓋，根據(jù)站高、站樓距、覆蓋范圍、射頻模塊能力等各方面要素綜合計算對Pattern 進行尋優(yōu)，進一步提升SSB 覆蓋范圍，在當前5G 深度覆蓋未完善的條件下，通過Pattern 尋優(yōu)，進一步擴大5G 覆蓋范圍，提升5G 網(wǎng)絡覆蓋能力，助力5G分流體持續(xù)提升，支撐5G 市場及業(yè)務發(fā)展。