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基于波束管理的5G小區邊緣波束上行速率抖降研究

來源: 樹人論文網 發表時間:2020-01-19 編輯:李編輯
摘要: 【摘 要】5G的業務類型及部署場景復雜,不同應用場景下速率需求不同,5G可通過NR波束管理或調整進行優化。從5G關鍵特性波束管理基本原理出發,結合廣州塔央視5G高清4k直播遇到的上
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  【摘 要】5G的業務類型及部署場景復雜,不同應用場景下速率需求不同,5G可通過NR波束管理或調整進行優化。從5G關鍵特性波束管理基本原理出發,結合廣州塔央視5G高清4k直播遇到的上行速率抖降問題,分析驗證并確定小區邊緣弱覆蓋優化方案,并通過實踐驗證方案的可行性。

  【關鍵詞】波束管理;加權;上行速率下降

通信工程師論文

  《長沙通信職業技術學院學報》以鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導,堅持與時俱進,開拓進取,為通信技術教育、高等職業教育服務,為建設小康社會服務;本刊從行業特色、科學特色、地域特色三方面體現本學報的辦刊特色;本著立足本院、對外開放的辦刊原則,本刊熱情歡迎校內外各方人士惠賜稿件。

  0 引言

  移動性是歷代移動通信系統重要的性能指標,該指標表示在滿足一定系統性能的前提下,通信雙方最大相對移動速度。5G移動通信系統需要支持飛機、高速公路、城市地鐵等超高速移動場景,同時也需要支持數據采集、工業控制低速移動或非移動場景。因此,5G移動通信系統的設計需要支持更廣泛的移動性。

  1 波束管理原理簡介

  1.1 靜態權和動態權

  Massive MIMO有兩種加權方式:一種是靜態權,另外一種是動態權。

  (1)靜態權:靜態波束對應的權值。UE反饋SSB索引或者CSI-RS索引,gNB通過索引與波束ID的映射關系,獲得靜態波束權值。

  (2)動態權:SRS權或者PMI權。gNB通過SRS測量的信道估計獲得SRS權,通過UE上報的PMI反饋獲得PMI權。

  UE在移動過程中,控制信道和廣播信道采用預定義的權值生成離散的靜態波束,各信道在每TTI都會選擇各自的最優波束。因此在移動中UE可能會有靜態波束切換更新。

  C-BAND的AAU以64T64R為例,架構如圖1所示。對于靜態波束,在基帶做數字加權。波束管理的范疇只涵蓋靜態權,即靜態波束的管理。

  波束管理具體包括波束掃描、波束測量、波束識別、波束上報和波束故障恢復等方面。

  1.2 波束掃描

  波束掃描是指在特定周期或者時間段內,波束采用預先設定的方式進行發送和/或接收,以覆蓋特定空間區域。

  為了擴大波束賦形增益,通常采用高增益的方向性天線來形成較窄的波束寬度,而波束寬度窄容易產生覆蓋不足的問題,尤其在3扇區配置的情況下。為了避免這個問題,可以在時域采用多個窄波束在覆蓋區域內進行掃描,從而滿足區域內的覆蓋要求。采用波束掃描技術,波束在預定義的方向上以固定的周期進行傳送。

  1.3 波束測量

  波束測量是指gNB或者UE對所接收到的賦形信號的質量和特性進行測量的過程。在波束管理過程中,UE或者gNB通過相關測量識別最好波束。

  下行方向上,3GPP定義了基于L1-RSRP的波束測量上報過程,以支持波束選擇和重選,該測量可以基于SSB或者分配給UE的CSI-RS。采用L1-RSRP的考慮是,為了進行快速的波束信息測量和上報,測量將基于L1進行,而不需要L3的濾波過程。傳統的L3 RSRP由高層上報,而5G中的L1 RSRP直接在物理層報告,因此其可靠性和信道容量都比較重要。

  上行方向上,測量則基于SRS(探測參考信號)進行。SRS用于監測上行信道質量,由UE發送,gNB接收。UE可配置多個SRS用于波束管理,它們包含1到4個OFDM符號,占用分配給UE的部分帶寬進行傳送。

  1.4 波束確定

  gNB或者UE選擇其所使用的Tx/Rx波束。下行波束由UE來確定,其判決準則是波束的最大接收信號強度應大于特定的門限。上行方向上,移動終端根據gNB的方向傳送SRS,gNB對SRS進行測量以確定最好的上行波束。

  如果gNB側能夠根據UE的下行波束測量結果來確定上行接收波束,或者gNB側能夠根據上行接收波束的測量結果來確定下行發送波束,則gNB側可認為Tx/Rx波束是一致的。

  同樣,如果UE側能夠根據UE的下行波束測量結果來確定上行發送波束,或者UE能夠根據UE的上行波束測量結果來確定UE的下行接收波束,且gNB支持UE的波束一致性相關的特性指示信息,則UE側可以認為Tx/Rx波束是一致的。

  1.5 波束報告

  確定最好波束后,UE或者gNB將所選擇的波束信息通知給對端。另外,gNB和UE側還需要進行波束錯誤恢復等相關工作。使用多波束操作時,由于波束寬度比較窄,波束故障很容易導致網絡和終端之間的鏈路中斷。當UE的信道質量較差時,底層將發送波束失敗通知。UE將指示新的SS塊或者CSI-RS,并通過新的RACH過程來進行波束恢復。gNB將在PDCCH上傳送下行設定或者UL許可信息,來結束波束恢復過程。

  2 案例分析

  2.1 問題概述

  央視新媒體實驗室協同廣州電信共同完成4k高清直播,地點選定在廣州塔,采用游船的拍攝方式。演示業務類型為視頻回傳,無線側通過CPE連接5G基站,再到核心網,并通過專線,整條鏈路打通5G網絡,將拍攝內容回傳至北京演播大廳。

  本次演示首次接入5G SA網絡進行移動性場景嘗試,涉及站內小區,站間切換等調試業務,此前CPE均在定點進行演示,未涉及移動性場景,難度較大。站點部署完成后,進行業務調測過程中發現在跨站切換發生前幾秒,上行速率有抖降現象,在切換點前速率上行速率下降到50 Mb/s以下,演播廳回傳畫面出現花屏。

  2.2 問題分析

  (1)網絡拓撲

  業務演示網絡拓撲如圖2所示。

  (2)站點分布

  如圖3所示,主用南岸搬遷2扇區+電視塔室外1扇區滿足覆蓋。

  (3)測試分析

  分析測試log發現,問題并不是切換產生,而是切換前就已經有速率下降現象,同時上行MCS同步下降,上行SRS和DMRS RSRP在掉坑點都陡降10 dB以上,上行SRS和DMRS SINR也是陡降10 dB。

  (4)速率分析

  此時最優2波束一直在變化,概率是0/32波束,已經在小區邊緣(水平負60°以外、垂直負10°以外),超出小區覆蓋范圍,波束落入衰落點的概率加大,進而速率陡降。

  2.3 原因定位

  華為現版本產品實現是上行PMI靜態權值波束,不如下行基于用戶移動的動態權值波束變換,因此超出覆蓋水平正負60°,垂直正負10°,上行峰值速率就會受損。

  2.4 處理方案

  如圖4所示,增加主覆蓋小區到三個,精準控制覆蓋,避免用戶移動到最佳波束覆蓋范圍外。

  2.5 成效

  優化后,如圖5所示,RSRP在航線上穩定在-95 dBm以上,演示航路上平均SINR為19 dB左右,SINR覆蓋良好,演示航段速率基本穩定在50 Mb/s以上,能夠滿足央視視頻直播回傳的需求。

  3 結束語

  針對5G上行大帶寬需求,需提前結合實際場景需求,保障重點區域覆蓋情況,盡量避免水平和垂直夾角過大的場景。建議可以配合廠商5G智能仿真預估覆蓋情況和測試效果,結合現場測試,確定最終的網絡部署方案。

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