淺談5G SSB波束覆蓋性能差異分析

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一、問題背景

PRACH(Physical Random Access Channel,物理隨機接入信道),是UE一開始發起呼叫時的接入信道,UE接收到FPACH響應消息后,會根據NodeB指示的信息在PRACH信道發送RRCConnectionRequest消息,進行RRC連接的建立。

PRACH的隨機接入過程如下:

1.在下一個接入時隙集中獲得有效的上行接入時隙:在為相應的ASC所配置的有效的RACH子信道號所對應的接入時隙集中隨機選擇一個有效的接入時隙;假如在被選擇的時隙集合中沒有有效的接入時隙,那么從此ASC所對應的下一個接入時隙集中所對應的有效子信道集合中隨機選擇一個接入時隙。

2.在所選的ASC所對應的有效簽名集中隨機選擇一個簽名。

3.設置前綴重傳計數器為PreambleRetransMax。

4.設置前綴的初始發射功率。

5.UE的物理層L1將向高層(MAC)報告狀態("RAC Hmessage transmitted"),并退出物理隨機接入過程。

在NR中的隨機接入過程使用了波束,其中SSB在時域周期內有多次發送機會,并且有相應的編號,其可分別對應不同的波束,而對于UE而言,只有當SSB的波束掃描信號覆蓋到UE時,UE才有機會發送preamble。而當網絡端收到UE的preamble時,就知道下行最佳波束,換句話說,就是知道哪個波速指向了UE,因此SSB需要與preamble有一個關聯,而preamble都是在PRAC Hoccasion才能進行發送,則SSB與PRAC Hoccasion進行了關聯。

與4G僅支持單廣播波束相比,5G可支持SSB廣播多波束掃描,增強廣播信道覆蓋。

SSB配置為1/8波束時的覆蓋等性能差異,需要進一步評估。

二、測試分析

在外場測試過程中,在基站覆蓋的法線方向上,NSA室外基站覆蓋室內場景下,實測覆蓋能力:SSB8波束>PRACH>SSB1波束>PUSCH。如下圖,

基站位于圖中右側方向,SSB 8波束覆蓋最遠點為左邊星點位置,SSB寬波束覆蓋最遠點為右邊星點位置。PRACH(Format0格式)覆蓋最遠點位于左右兩個星點位置中間。

測試過程中,相同物理點位SSB8波束RSRP比寬波束高6～7dB,SINR高6～7dB,但是速率接近。在SSB寬波束覆蓋最遠點位置,上行業務信道無速率,說明PUSCH 覆蓋先于SSB寬波束覆蓋受限。具體過程如下:

當配置為8波束時,在8波束覆蓋最遠點,終端接收到MIB消息,但接入受限,具體表現是:終端發送MSG1后,接收MSG2超時,基站側顯示未收到MSG1,導致接入失敗。8波束時,用戶最遠可以接入的位置為8波束覆蓋最遠點和1波束覆蓋最遠點間的中間位置。

當配置為1波束時,在八波束極限接入的位置上無法搜索到小區,靠近基站方向走半米后,可接收到SSB,在SSB寬波束覆蓋的最遠點(圖中右邊星位置),用戶可接入成功,說明寬波束SSB先于PRACH受限。

在寬波束/8波束接入極限點接入后,均無法順利進行上載業務,掉話原因是測試業務采用AM模式且NSA終端上行發射功率受限(20dBm)。說明PUSCH 信道覆蓋小于SSB 寬波束

三、效果評估

在基站法線覆蓋方向上,對于NSA模式,覆蓋能力的大小關系如下:SSB8波束>PRACH>SSB1波束>PUSCH。當采用SSB水平8波束波束,可以增強SSB 覆蓋,信號強度增強6-8dB;8波束可增強因SSB覆蓋受限而限制的PRACH信道的覆蓋,但上行PUSCH覆蓋,無法通過SSB增強而提升。

在基站非法線覆蓋方向上,如下圖所示,上行信道(比如PUSCH或PRACH 信道)的天線增益在非法線方向遠大于下行SSB,考慮到上下行發射功率和各信道解調門限的差異,非法線方向上行信道和下行SSB覆蓋大小關系,相比法線方向可能會有變化。

四、總結

SSB水平8波束部署時,與1波束相比,優點是:可增強SSB的覆蓋,非法線方向深度覆蓋場景的接入性能也可能得到增強。缺點是:SSB 僅增強廣播信號的覆蓋,對對業務速率無直接影響,配置為8波束,可能會出現手機信號顯示較高但無法進行業務的問題。

另外,目前SSB8波束的波束切換等波束管理等功能,部分系統和芯片廠家的配合上仍有待進一步優化,正在加緊推動中。建議對于通用地面覆蓋,以水平8波束為主;對于高樓場景,建議靈活采用多層垂直廣播波束進行深度覆蓋。