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5G 大规模天线波束赋形分场景应用研究
【摘要】广播信道的波束赋形是大规模天线(MASSIVE MIMO)的关键技术,将赋形模式与场景分类进行匹配,是发挥MASSIVE MIMO 天线技术优势的重点。通过划分常规场景、热点商业区、高层场景、路灯杆类型、十字路口、单小区覆盖塔下道路共计 6 个场景,深入开展了 5G 大规模天线技术波束赋形的应用研究,为城市 5G 网络覆盖规划提供了良好的示范作用。
【关键字】5G 网络覆盖 大规模天线技术 波束赋形
【业务类别】移动网
一、 问题描述
广播信道的波束赋形是MASSIVE MIMO 天线的关键技术,可通过参数配置的赋形模式、数字倾角和数字方向角,为覆盖和无线环境的优化提供了极大的灵活性。将赋形模式与场 景分类进行匹配,才能发挥 MASSIVE MIMO 天线的技术优势。
波束赋型技术(BEAMFORMING)来自于电磁波理论,自由空间的电磁特性是个全向天线,等幅覆盖,而波束赋型,通过调整不同天线的幅度和相位,智能调整波束成形的方向通过这一技术,发射能量可以汇集到用户所在位置,而不向其他方向扩散,并且基站可以通过监测用户的信号,对其进行实时跟踪,使的最佳发射方向跟随用户的移动,保证在任何时候手机接收点的电磁波信号都处于叠加状态。而大规模阵列天线,采用更大规模的天线阵子(8)使得赋型的效果要远好于传统 8 天线的赋型,具有更窄的波束,更高的增益,更好的旁瓣抑制效果。多行多列的天线布局,天线有更大的自由度来进行垂直方向的波束赋型,从而使得 3D MIMO 成为可能。3D MIMO 解决了传统 8 天线不能提供的垂直波束赋型的缺陷,更好的为大规模天线的实际应用提供技术保障。
二、 分析过程
测试小区广播波束宽度预置模型包括 Marco、Hotspot、Highrise 和 Customized 四种模式适用于六种场景:
MARCO 模型覆盖 Horizontal beamwidth 预置为 65°;Vertical beamwidth 预置为 10°,适用于常规场景;
HOTSPOT 模型覆盖 Horizontal beamwidth 预置为 65°:Vertical
beamwidth 预置为 30°,适用于热点商业场景;
HIGHRISE 模型覆盖 Horizontal beamwidth 预置为 20°:Vertical beamwidth 预置为 30°,适用于高层场景;
CUSTOMIZED 模型覆盖 Horizontal beamwidth 定制为 110°/90°/25°,适
用于十字路口、道路、路灯杆等特殊场景。下图为各不同模式下的波瓣模型:
结合无线网络覆盖的实际应用需求,分为以下三种基本的场景:
场景 1:对于密集城区和容量需求较大的区域,推荐使用 64T64R 的AAS; 场景 2:对于郊区,容量需求不大的区域,推荐使用 16T16R/32T32R 的AAS; 场景 3:对于乡村,主要为了覆盖需求,推荐使用 8T8R 的 RRU;
结合 5G 信号传播的差异性,对城市覆盖区域场景进行细分,可划分为:常规场景、热点商业区、高层场景、路灯杆类型、十字路口、单小区覆盖塔下道路共计 6 个场景,并以西南地区某城市为基本研究对象,按照分类分别选取典型地点作为研究案例,展开 5G 大规模天
线技术波束在不同场景下的应用研究,旨在通过测试对比得到对应的最优设置。
测试设备采用中兴 ZTEAXON 10 型设备,测试平台使用鼎利,在业务闲时展开测试,且测试路线保持启停点完全相同。在进行单站测试时,由于要在站点覆盖范围内进行测试, 因此要提前对周围道路情况进行规划,圈定定点测试候选位置区域,并为移动性测试选择合适的线路。
对于定点测试,根据 SS-RSRP 和SS-SINR 值对信道条件定义,如下表所示:
本次研究验证了不同覆盖场景下波瓣的覆盖宽度、覆盖距离和覆盖高度,结合实验结
果确认各项性能指标最优配置和方案,可推广至全网相同场景。
三、 解决措施
分场景进行参数研究及验证,不同场景下参数设置如下:
覆盖场景
Parameter
MO
Attribute
Value(范围)
FeatureState=CXC4012272
licenseState
1
FeatureState=CXC4012272
featureState
1
常规场景
Marco
NRSectorCarrier=1,CommonBeamforming=1
coverageShape
1 (MACRO_1)
digitalTilt
-8 to +8°
Horizontal beamwidth
65
Vertical beamwidth
10
热点商业区
HOTSPOT
NRSectorCarrier=1,C
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