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(fā)起呼叫時的接入信道,UE接收到FPACH響應(yīng)消息后,會根據(jù)NodeB指示的信息在PRACH信道發(fā)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(yīng)的ASC所配置的有效的RACH子信道號所對應(yīng)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(yīng)的下一個接入時隙集中所對應(yīng)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(yīng)的有效簽名集中隨機選擇一個簽名。

3.設(shè)置前綴重傳計數(shù)器為PreambleRetransMax。

4.設(shè)置前綴的初始發(fā)射功率。

5.UE的物理層L1將向高層(MAC)報告狀態(tài)("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(nèi)有多次發(fā)送機會,并且有相應(yīng)的編號,其可分別對應(yīng)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(fā)送preamble。而當網(wǎng)絡(luò)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(guān)聯(lián),而preamble都是在PRAC Hoccasion才能進行發(fā)送,則SSB與PRAC Hoccasion進行了關(guān)聯(lián)。

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(nèi)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(cè)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(yè)務(wù)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(xiàn)是:終端發(fā)送MSG1后,接收MSG2超時,基站側(cè)顯示未收到MSG1,導(dǎo)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(qū),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(yè)務(wù),掉話原因是測試業(yè)務(wù)采用AM模式且NSA終端上行發(fā)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(guān)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(fā)射功率和各信道解調(diào)門限的差異,非法線方向上行信道和下行SSB覆蓋大小關(guān)系,相比法線方向可能會有變化。

四、總結(jié)

SSB水平8波束部署時,與1波束相比,優(yōu)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(yè)務(wù)速率無直接影響,配置為8波束,可能會出現(xiàn)手機信號顯示較高但無法進行業(yè)務(wù)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(tǒng)和芯片廠家的配合上仍有待進一步優(yōu)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。