复杂场景下的 SSB 波束权值研究及应用 

贵州电信 刘静 

一、 背景

       5G 移动通信使用比 4G 更高的频率,Massive MIMO 作为 5G 的关键特性之一，支持多种覆盖场景，支持调整 SSB 波束权值改变小区的水平和垂直覆盖。在大规模部署 Massive MIMO 的情况下，需要依靠经验值去匹配覆盖场景，再通过调整 SSB波束权值改善小区覆盖。对于单一的覆盖场景较容易通过波束权值经验值调整 SSB 波束权值，但在实际的覆盖场景中，通 常会包含多个覆盖场景的情况，针对这些复杂的覆盖场景，本文通过结合 SSB波束原理和天线覆盖原理进行研究和应用，解决复杂覆盖场景下的 SSB 波束调整的难题。

二、 SSB 波束扫描原理

       5G 相对于 4G 最大的优势在于引入了波束赋形。实际使用中，可以把一个周期内的不同SSB 分配到不同的波束上发送，每个 SSB 的发送时间不同，大家轮流依次发送，因此这种方式叫做 SSB 波束扫描，这些参与波束扫描的 SSB 集合就叫做同步广播块集合（SS Burst Set）。由于每个波束的能量更为集中，这样就有效增强了 5G 的覆盖。

由于同步信号 SSB 是在不同的 beam 上发送的。因此，同步过程的一个目的就是要找到最优的 beam。这个过程是通过确定 SSB 的 index 来完成的。5ms 周期中 SSB 的 index 与波束是一一对应的关系，通过确定最优 SSB 的 index 就可以找到最优的波束方向。

       对于 3GHz 以下的频段，一个 SS 突发集里最多包含 4 个 SSB，因此最多可扫描 4 个波束；

       对于 3GHz~6GHz 的频段，一个 SS 突发集里最多包含 8 个 SSB，因此最多可扫描 8 个波束；

       对于高于 6GHz 的毫米波 mmWave 频段，一个 SS 突发集里最多包含 64 个 SSB，因此最多可扫描 64 个波束。

三、 复杂场景下的覆盖方案应用

       SSB 波束由多个子波束组合而成，采取不同的波束权值，应用于不同的场景。当面临一个复杂场景时（包含广场，高层楼宇，多层楼宇，街道场景），该如何去考虑 SSB 波束权值？时隙配置是 7:3 的情况下，SSB 波束可以设置 1-7波束。针对复杂场景下的波束设置，可以采用 1+X 的方案进行。1 个宽波束进行水平覆盖，X 个窄波束针对多个场景进行垂直覆盖。水平和垂直波瓣宽度的计算过程，如下图所示：

       水平波瓣宽度：D 为天线到楼宇的距离，B 为楼宇的覆盖宽度，𝛾天线下倾角，通过正切函数求得水平波瓣宽度角𝛼。

       垂直波瓣宽度：H 为天线高度，Ha 为覆盖楼宇的最高处，Hb 为覆盖的楼宇的最低处，D 为天线到楼宇的距离，通过余弦定理，求得垂直波瓣宽度角𝛽。

复杂场景覆盖方案 SSB 权值设置的过程：

        a) 通过对复杂场景的分析，将复杂场景分解成多个单一的场景；

        b) 对单一场景逐个进行水平波瓣和垂直波瓣角度的计算；

        c) 根据 AAU 的天线 Port 端口数，对多个场景下的多个权值进行相关合并；

        d) 输出所需要多种包含水平和垂直波瓣的多波束（1+X 波束）；

        e) 根据实际复杂场景的覆盖，微调方位角和下倾角；

        f) 通过覆盖验证，输出最有的 SSB 波束权值；

       最终形成多个 1+X 的多波束覆盖方案。覆盖广场场景典型广播波形为水平波瓣 65 度，垂直波瓣 6 度；多层楼宇场景采用波形为水平波瓣 65 度，垂直波瓣 20 度；高层楼宇场景采用波形为水平波瓣 10 度，垂直波瓣 40 度；街道场景采用波形为水平波瓣 20 度，垂直波瓣 10 度。α 为水平波瓣宽度，β 为垂直波瓣宽度，依据之前算出的 α，β 角度，综合考虑波束波瓣宽度角，计算出所需的水平和垂直波束个数。将多个单场景下的波束设置进行叠加，优选出最优的 SSB 波束权值。

       以贵阳海豚广场花果园写字楼为例，该覆盖区域有广场，多层楼宇，高层楼宇，城市街道，由多种场景组成的复杂场景。 

       5G 基站采用 64TR 的 AAU,5G AAU 挂高 25 米，其中广场有 150 米宽；城市街道有 300 长度；多层楼宇 80 米宽，18 米高；高层楼宇 30 米宽，120 米高度，基站离楼宇的距离有 100米。采用 1+X 的多波束的覆盖方式。根据已知覆盖场景的相关参数。SSB 广播波束设置如下表所示：

现场验证测试结果：

       综上所述，对于复杂场景的 SSB 波束权值设定，可以将复杂场景分解成多个单场景的波束权值设定，采用 1+X 的立体多波束覆盖方式进行覆盖，以保证复杂场景下的覆盖要求，进 一步提升网络质量。

四、 结束语

       随着 5G 网络的不断建设，网络结构越来越复杂，复杂场景下的覆盖，也将作为 5G 建设和优化的重点工作。5G 的网络覆盖向多维度方向发展，基于 1+X 的 SSB 波束权值设置应用，将越来越被广泛使用。从远期来看，多场景的人工识别和配置波束权值，将会转化为 AI 自动识别及 SSB 的波束权值自动配置,改善网络性能，提升客户满意度。

来源：贵州省劳模创新工作室