基于多覆蓋場景5G SSB規劃的研究

李宗 張黎明

【摘要】? ? 通信產業是關乎到國家信息發展和居民生活需要的重要行業。目前在我國網絡強國戰略的指引下，5G網絡正在加速以“中國速度”進行大規模部署，助力國家戰略并不斷增強發展動能。5G網絡通過更加先進的技術標準和先天優勢，建立了時域、頻域和空域的容量模型，為用戶提供了大容量、抗干擾和精準化的業務體驗。其中SSB廣播波束是當前5G網絡覆蓋的重要影響因素之一，通過對SSB的分析和研究可以提升5G網絡規劃和設計精準度，進一步增強用戶感知，賦能5G更強大的社會生產力。

【關鍵詞】? ? 多場景? ? 5G網絡? ? SSB

一、研究背景

在5G網絡大規模建設初期，5G宏站覆蓋因建筑物高度區間分布不均、地形地貌起伏變化和部分站址落地難等限制，致使建網目標區域存在一些弱覆蓋或覆蓋盲區現象。

隨著“大水漫灌”建網方式向“精準滴溉”精細化設計方式轉變，細化5G重要覆蓋類參數規劃設計，從源頭保障5G網絡覆蓋的可靠度和精準度勢在必行。5G網絡覆蓋的重要技術有大規模天線陣列和SSB波束。大規模天線陣列由大量的天線振子單元（如64T64R有192個天線振子）構成，使得目標覆蓋空間分辨率得以提升。SSB依托自身特有的窄波束特性優勢，可以精準定位5G業務發生位置。結合大規模天線陣列硬件能力和SSB波束管理技術，合理配置覆蓋區域水平方向和垂直方向波束數量，能夠進一步提升5G網絡的精準覆蓋能力，滿足目標場景5G業務覆蓋需求。

二、關鍵技術

5G SSB可以定向提升網絡覆蓋能力，與其相關技術包括小區搜素、SSB資源塊、Massive MIMO和波束管理。

2.1小區搜索

小區搜索是為了下行同步，4G一般分為5步：第1步同步PSS（主同步信號）獲得NID2;第2步同步SSS（輔同步信號）獲得NID1;第3步從PBCH讀取MIB;第4步從PDCCH獲取SIB1的調度信息;第5步從PDSCH讀取SIB1。而5G主輔同步信號和物理廣播信道耦合以SS/PBCH資源塊的形式出現（簡稱為SSB），簡化了小區搜索步驟。

2.2 SSB資源塊

SSB作為5G特有技術，波束掃描在時域上間隔出現，每個SSB都對應一個波束掃描的方向。在1個半幀（1個無線幀=2個半幀=10ms）周期內SSB出現若干次，這些SSB的合集定義為SSB Burst Set。

針對Sub3G，協議規定1個SSB Burst Set中最多4個SSB塊;對于Sub3G～Sub6G，規定最大8個SSB塊;大于6G規定了最大64個SSB塊。周期內SSB塊數量受子載波間隙影響，1個半幀內SSB的位置會有5種不同情況。SSB時域位置設計其實主要是考慮到不同子載波之間的共存。

SSB在時域上占4個符號，在頻域上240個子載波（20個PRB），編號0～239。1個SSB中用于傳輸PBCH的RE總共有：（20+4）×2×12=576個RE。其中，每個RB中包含有3個PBCHDMRS導頻RE，因此共有144個導頻RE，PBCH數據RE為432個，QPSK調制后可以攜帶864bit數據。

2.3 Massive MIMO

Massive MIMO大規模陣列天線在水平維度空間基礎上，引入垂直維度空域，進一步增加天線數目，形成更窄的波束，使射頻傳輸鏈路上的能量效率更高，同時具有很強的抗干擾能力。SSB廣播波束是小區級靜態波束，AAU硬件不是它的決定因素，例如8T8R的AAU，可以配置4個SSB胖波束。SSB廣播波束主要用于同步下行、發送系統廣播和小區信號質量測量。

2.4波束管理

5G的廣播信道是賦型窄波束，采用輪詢掃描覆蓋整個小區的機制。通過波束管理合理設計窄波束，并選擇合適的時頻資源在不同時刻發送不同的窄波束，完成小區的廣播波束覆蓋。UE通過掃描每個窄波束，獲得最優波束，完成同步和系統消息解調。

由于5G使用頻段較高，為多天線提供了天然的應用空間。通過窄波束設計，將發射能量對準目標用戶，提高目標用戶的解調信噪比和傳輸成功率。同時提高系統覆蓋率，增強控制信道的覆蓋范圍，從而擴大小區半徑提升覆蓋性能。

三、模型建立

5G SSB波束通過水平波瓣寬度、垂直波瓣寬度、方位角和傾角這四種參數進行配置。5G網絡規劃設計建設中，不同場景業務需求不同，對5G廣播波束需進行差異化配置。由此可以建立一套“場景識別—覆蓋需求明確—站址規劃—波束計算并配置”的規劃模型，最終形成《各場景SSB波束配置工具》成果。

3.1波束計算原理

5G覆蓋波束是通過規劃的5G設備和覆蓋目標的空間位置關系，以及覆蓋目標的物理特性進行計算。根據AAU掛高、AAU與覆蓋目標距離、覆蓋目標需覆蓋范圍的高度和寬度信息，運用三角函數，計算AAU的垂直半功率角、水平半功率角和傾角。通過科學合理的計算結果，保障5G的良好覆蓋效果，其原理見圖2。

AAU垂直&水平半功率角&傾角具體計算如下

3.2覆蓋場景及需求分析

5G網絡覆蓋場景多種多樣，如酒店、小區、購物中心等。這些場景本身特征不同，對5G業務需求也不同，因此不同場景5G網絡規劃設計存在差異性。從這些覆蓋場景的空間特性上來講，可以分垂直和水平兩個空間維度，AAU的水平和垂直半功率角決定是否滿足覆蓋。

聚類分析5G覆蓋各個場景的空間分布和業務需求，可以將所有場景歸納劃分為14種對應場景。具體分類見表1，其中高中低樓層的宏覆蓋為典型場景。

3.3覆蓋波束配置

目前國內運營商5G頻段集中FR1，主要采用30KHz子載波間隙部署，單小區SSB理論最大配置數為8。而國內運營商主流使用的2.5ms雙周期配置，因時隙配置的不同，實際單小區可用SSB數僅為7個。通過對已分類的14種場景進行各場景覆蓋目標統計和分析，取典型值算出各場景所需小區波束，并最終得出SSB波束模型。

四、成果結論

通過對5G小區搜索、波束管理、Massive MIMO、SSB資源塊等5G技術的研究，得出SSB廣播波束賦型是解決不通場景5G覆蓋問題的關鍵。建立各場景SSB波束配置模型，在5G網絡前期規劃設計中進行最優SSB廣播波束參數配置，最大程度提升5G網絡覆蓋效果。

經過SSB波束配置，有效地為不同場景5G網絡精準化覆蓋提供有力的支撐，增強了5G網絡規劃和設計的精準性，降低建網成本，提升用戶感知。示例仿真對比效果如圖3。

在未開展5G SSB波束精細化規劃時，目標區域5G網絡覆蓋效果仿真顯示存在部分區域弱覆蓋或盲覆蓋現象，建網效果欠佳。利用SSB規劃配置工具，對多場景5G SSB開展精細化規劃，仿真覆蓋效果明顯改善提升。因此，5G SSB波束精細化規劃對目標區域的網絡覆蓋效果提升行之有效，可以助力5G精品網絡建成。

參? 考? 文? 獻

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