基于多覆盖场景5G SSB规划的研究

李宗 张黎明

【摘要】    通信产业是关乎到国家信息发展和居民生活需要的重要行业。目前在我国网络强国战略的指引下，5G网络正在加速以“中国速度”进行大规模部署，助力国家战略并不断增强发展动能。5G网络通过更加先进的技术标准和先天优势，建立了时域、频域和空域的容量模型，为用户提供了大容量、抗干扰和精准化的业务体验。其中SSB广播波束是当前5G网络覆盖的重要影响因素之一，通过对SSB的分析和研究可以提升5G网络规划和设计精准度，进一步增强用户感知，赋能5G更强大的社会生产力。

【关键词】    多场景    5G网络    SSB

一、研究背景

在5G网络大规模建设初期，5G宏站覆盖因建筑物高度区间分布不均、地形地貌起伏变化和部分站址落地难等限制，致使建网目标区域存在一些弱覆盖或覆盖盲区现象。

随着“大水漫灌”建網方式向“精准滴溉”精细化设计方式转变，细化5G重要覆盖类参数规划设计，从源头保障5G网络覆盖的可靠度和精准度势在必行。5G网络覆盖的重要技术有大规模天线阵列和SSB波束。大规模天线阵列由大量的天线振子单元（如64T64R有192个天线振子）构成，使得目标覆盖空间分辨率得以提升。SSB依托自身特有的窄波束特性优势，可以精准定位5G业务发生位置。结合大规模天线阵列硬件能力和SSB波束管理技术，合理配置覆盖区域水平方向和垂直方向波束数量，能够进一步提升5G网络的精准覆盖能力，满足目标场景5G业务覆盖需求。

二、关键技术

5G SSB可以定向提升网络覆盖能力，与其相关技术包括小区搜素、SSB资源块、Massive MIMO和波束管理。

2.1小区搜索

小区搜索是为了下行同步，4G一般分为5步：第1步同步PSS（主同步信号）获得NID2;第2步同步SSS（辅同步信号）获得NID1;第3步从PBCH读取MIB;第4步从PDCCH获取SIB1的调度信息;第5步从PDSCH读取SIB1。而5G主辅同步信号和物理广播信道耦合以SS/PBCH资源块的形式出现（简称为SSB），简化了小区搜索步骤。

2.2 SSB资源块

SSB作为5G特有技术，波束扫描在时域上间隔出现，每个SSB都对应一个波束扫描的方向。在1个半帧（1个无线帧=2个半帧=10ms）周期内SSB出现若干次，这些SSB的合集定义为SSB Burst Set。

针对Sub3G，协议规定1个SSB Burst Set中最多4个SSB块;对于Sub3G～Sub6G，规定最大8个SSB块;大于6G规定了最大64个SSB块。周期内SSB块数量受子载波间隙影响，1个半帧内SSB的位置会有5种不同情况。SSB时域位置设计其实主要是考虑到不同子载波之间的共存。

SSB在时域上占4个符号，在频域上240个子载波（20个PRB），编号0～239。1个SSB中用于传输PBCH的RE总共有：（20+4）×2×12=576个RE。其中，每个RB中包含有3个PBCHDMRS导频RE，因此共有144个导频RE，PBCH数据RE为432个，QPSK调制后可以携带864bit数据。

2.3 Massive MIMO

Massive MIMO大规模阵列天线在水平维度空间基础上，引入垂直维度空域，进一步增加天线数目，形成更窄的波束，使射频传输链路上的能量效率更高，同时具有很强的抗干扰能力。SSB广播波束是小区级静态波束，AAU硬件不是它的决定因素，例如8T8R的AAU，可以配置4个SSB胖波束。SSB广播波束主要用于同步下行、发送系统广播和小区信号质量测量。

2.4波束管理

5G的广播信道是赋型窄波束，采用轮询扫描覆盖整个小区的机制。通过波束管理合理设计窄波束，并选择合适的时频资源在不同时刻发送不同的窄波束，完成小区的广播波束覆盖。UE通过扫描每个窄波束，获得最优波束，完成同步和系统消息解调。

由于5G使用频段较高，为多天线提供了天然的应用空间。通过窄波束设计，将发射能量对准目标用户，提高目标用户的解调信噪比和传输成功率。同时提高系统覆盖率，增强控制信道的覆盖范围，从而扩大小区半径提升覆盖性能。

三、模型建立

5G SSB波束通过水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度、方位角和倾角这四种参数进行配置。5G网络规划设计建设中，不同场景业务需求不同，对5G广播波束需进行差异化配置。由此可以建立一套“场景识别—覆盖需求明确—站址规划—波束计算并配置”的规划模型，最终形成《各场景SSB波束配置工具》成果。

3.1波束计算原理

5G覆盖波束是通过规划的5G设备和覆盖目标的空间位置关系，以及覆盖目标的物理特性进行计算。根据AAU挂高、AAU与覆盖目标距离、覆盖目标需覆盖范围的高度和宽度信息，运用三角函数，计算AAU的垂直半功率角、水平半功率角和倾角。通过科学合理的计算结果，保障5G的良好覆盖效果，其原理见图2。

AAU垂直&水平半功率角&倾角具体计算如下

3.2覆盖场景及需求分析

5G网络覆盖场景多种多样，如酒店、小区、购物中心等。这些场景本身特征不同，对5G业务需求也不同，因此不同场景5G网络规划设计存在差异性。从这些覆盖场景的空间特性上来讲，可以分垂直和水平两个空间维度，AAU的水平和垂直半功率角决定是否满足覆盖。

聚类分析5G覆盖各个场景的空间分布和业务需求，可以将所有场景归纳划分为14种对应场景。具体分类见表1，其中高中低楼层的宏覆盖为典型场景。

3.3覆盖波束配置

目前国内运营商5G频段集中FR1，主要采用30KHz子载波间隙部署，单小区SSB理论最大配置数为8。而国内运营商主流使用的2.5ms双周期配置，因时隙配置的不同，实际单小区可用SSB数仅为7个。通过对已分类的14种场景进行各场景覆盖目标统计和分析，取典型值算出各场景所需小区波束，并最终得出SSB波束模型。

四、成果结论

通过对5G小区搜索、波束管理、Massive MIMO、SSB资源块等5G技术的研究，得出SSB广播波束赋型是解决不通场景5G覆盖问题的关键。建立各场景SSB波束配置模型，在5G网络前期规划设计中进行最优SSB广播波束参数配置，最大程度提升5G网络覆盖效果。

经过SSB波束配置，有效地为不同场景5G网络精准化覆盖提供有力的支撑，增强了5G网络规划和设计的精准性，降低建网成本，提升用户感知。示例仿真对比效果如图3。

在未开展5G SSB波束精细化规划时，目标区域5G网络覆盖效果仿真显示存在部分区域弱覆盖或盲覆盖现象，建网效果欠佳。利用SSB规划配置工具，对多场景5G SSB开展精细化规划，仿真覆盖效果明显改善提升。因此，5G SSB波束精细化规划对目标区域的网络覆盖效果提升行之有效，可以助力5G精品网络建成。

参  考  文  献

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