5G优化案例5G 宏站多种发射功率配置下覆盖性能创新研究.docx
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5G优化案例5G宏站多种发射功率配置下覆盖性能创新研究
5G宏站多种发射功率配置下覆盖性能创新研究
XX无线网优中心
XX
XX年XX月
5G宏站多种发射功率配置下覆盖性能创新研究
XX
【摘要】5G基站目前多采用200W发射功率的配置,但是由于5G基站功耗过大,单AAU功耗在1000W左右。
通过降低发射功率减少功耗理论上可以,但是对于性能、覆盖等可能存在影响。
从实验网外场测试数据出发,分析不同发射功率配置下覆盖、速率的变化,对后续规模部署5G站点的发射功率调整给出相应建议。
【关键字】小区发射功率速率RSRP
【业务类别】移动网、5G优化、发射功率
1、问题描述
1.1网络拓扑图
图1组网测试网络拓扑图
本次组网测试的网络拓扑图2如示,其中PDN/5GC/UME/opticalswitch部署在电信机房,BBU根据实际情况安装在站点或者机房,AAU部署在各站点天面或者杆塔。
1.2涉及站点工参信息
孤立单小区业务信道覆盖性能测试选择高新管委会-2小区进行,站点位于东湖高新区管委会斜对面珞瑜路公交车站旁边,美化树类型,距离地面高度16.5米,方位角290度,下倾角1度,覆盖道路为珞瑜路。
小区信息如下:
表1小区工参信息表
小区名称
方位角
下倾角
天线高度
经度
纬度
高新管委会-2
290度
1度
16.5米
114.379625
30.51834
1.3小区覆盖区域图
测试小区高新管委会-2小区覆盖方向基本沿珞喻路方向。
图2小区覆盖区域
2、分析过程
2.1SSB波束配置
下图是SSB配置单波束和7波束的天线增益图,其中纵坐标是增益值,单位dBi(相对全向天线);横坐标是方向角,以天线法线方向作为0°。
图3SSB单波束/7波束配置下天线增益图
由上图可以看出:
(1)对于配置宽波束,在主瓣60°区域内天线增益在15-17dBi,旁瓣区域抑制明显。
(2)对于配置七波束,在主瓣60°区域内形成7个较明显的波峰,对应7个波束的增益。
可以看到主瓣区域②③④⑤⑤个波束增益在23-25dBi,两边的①⑦增益21~22dBi左右。
即Beam1和7的增益值略小。
Beam1和Beam7增益值偏小原因分析:
(1)Beam1和7的水平波宽16°,较Beam2-6的水平波宽10°略宽,导致能量更分散;
(2)Beam1和7处于天线水平边缘区域,AAU天线旁瓣区域需要抑制,以避免越区覆盖。
(3)配置7波束下,相较宽波束,主瓣增益高7~8dBi。
为了更好的找到最差点,因此选择宽波束配置,即SSB广播信道单波束。
具体配置信息如下表示:
表1波束配置信息表
波束ID
方位角
下倾角
水平波瓣宽度
垂直波瓣宽度
0
0度
3度
65度
6度
2.25G业务信道传输模式变化
MIMO多天线技术是5GNR大幅提升吞吐率的物理层关键技术,但是其实为提高空中接口的吞吐率,在LTE系统中已经有MIMO技术。
MIMO系统就是多个信号流在空中的并行传输。
在发射端输入的数据流变成几路并行的符号流,分别从Mt个天线同时发射出去;接收端从Mr个接收天线将信号接收下来,恢复原始信号。
图4MIMO系统多个数据流并行传输
多个信号流可以是不同的数据流,也可以是同一个数据流的不同版本。
不同的数据流就是不同的信息同时发射,意味着信息传送效率的提升,提高了无线通信的效率。
同一个数据流的不同版本,就是同样的信息,不同的表达方式,并行发射出去,确保接受端收到信息的准确,提高信息传送的可靠性。
为提高信息传送效率的工作模式,就是MIMO的复用模式;为提高信息传送可靠性的工作模式,就是MIMO的分集模式。
2.2.14G业务信道传输模式
在LTE中,多天线传输可以描述成将调制后的数据映射到不同的天线端口的过程。
其输入为调制符号(使用QPSK、16QAM、64QAM调制,对应1个或2个TB),其输出为每个天线端口上的一系列符号,这些符号随后会应用到OFDM的调制器中,并映射到该天线端口的时频网格(即RB)上。
同的多天线传输方案对应不同的传输模式(TM模式)。
到Rel-10为止,LTE支持9中TM模式。
它们的区别在于天线映射的不同特殊结构,以及解调时所使用的不同参考信号(小区特定参考信号或UE特定参考信号),以及所依赖的不同CSI反馈类型。
在LTE中,定义了9中传输模式:
TM1:
单天线端口传输(使用PORT0),应用于单天线传输的场合。
TM2:
发射分集模式,适用于小区边缘信道情况比较复杂,干扰较大的情况。
也可用于UE高速移动的情况,使用2或4个天线端口。
发射分集是默认的多天线传输模式。
它通过在不同的天线上发送相同的数据实现数据冗余,从而提高SINR,使得传输更加可靠。
TM3:
大延迟分集的开环空分复用,适合UE高速移动的场景,使用2或4个天线端口。
TM4:
闭环空间复用,适合信道条件较好的场合,用于提供较高的传输速率,使用2或4个天线端口。
TM5:
MU-MIMO传输模式,主要用来提高小区的容量;使用2或4天线端口。
TM5是TM4的MU-MIMO版本。
TM6:
rank1的传输,主要适用于小区边缘的情况,使用2或4个天线端口。
TM7:
单流波束赋形,主要适用于小区边缘的UE,能够有效对抗干扰,只使用port5。
TM8:
双流波束赋形,可用于小区边缘的UE,也可用于其它场景。
使用Port7和port8,每个port对应一个UE特定的参考信号,这2个参考信号通过正交的OCC(Orthogonalcovercode,正交覆盖编码)区分,在空分复用下,这2个OCC和对应的参考信号被用于这2层的传输。
TM9:
支持最多8层的传输,主要是为了提高数据传输速率。
使用PORT7~14。
TM模式是UE特定的信息,同一小区内的不同UE,可能配置了不同的TM模式。
同时,配置了载波聚合的UE,在不同的servingcell上可以使用不同的TM模式。
2.2.25G业务信道传输模式
但是在5GNR系统中,只定义了一种传输模式,即原LTE系统中的TM9(多流波束赋形)。
64T64R天线理论上支持最多32层的数据传输,但受限于无线环境及UE的空间位置、UE接收天线的摆放等因素,实际可以实现16层~24层的数据传输。
这也是5G单站峰值速率能够达到10Gbps的原因。
3、解决措施
3.1业务信道整体覆盖性能
表1下行业务信道覆盖性能指标均值
功率
SSB_RSRP(dBm)
SSB_SINR(dB)
RB/slot
RI
MCS
MAC_Throughput(Mbps)
100W
-111.15
8.16
269.20
1.99
17
381.35
200W
-110.35
8.51
268.37
2.12
17
412.32
孤立单小区下行拉远,由于基站发射功率不同及信号波动特性,200W覆盖比100W覆盖强0.8dBm,SINR\RI\MCS比较接近,MAC层平均速率高31Mbps。
表2上行业务信道覆盖性能指标均值
功率
SSB_RSRP(dBm)
SSB_SINR(dB)
RB/slot
RI
MCS
MAC_Throughput(Mbps)
PUSCH_POWER
100W
-104.37
14.98
175.15
1.64
10
91.13
22.51
200W
-101.06
17.03
170.63
1.66
10
89.06
22.45
孤立单小区上行拉远,由于基站发射功率不同及信号波动特性,200W覆盖比100W覆盖强3.29dBm,SINR值略好,RI\MCS比较接近,MAC层平均速率比较接近。
表3不同发射功率下上/下行MAC层速率对比
100W
100W
下行
上行
由上述图表可以看出,对比100W和200W发射功率两种情况,200W下行覆盖比100W下行覆盖强0.8dBm,MAC层平均速率高31Mbps;200W上行覆盖比100W上行覆盖强3.29dBm,SINR值高2dB。
其余RI\MCS\PUSCH_POWER数据基本无差异。
3.2定点测试特定MAC层平均速率
表4下行特定MAC层平均速率结果
MAC层速率(Mbps)
100W
200W
SSB_RSRP(dBm)
SSB_SINR(dB)
SSB_RSRP(dBm)
SSB_SINR(dB)
100
-125.47
-2.15
-127.33
-3.65
50
-127
-4.35
-128.88
-5.58
30
-127.1
-3.42
-129.57
-6.01
20
-127.99
-4.3
-130
-5.25
10
-129.01
-5.38
-130.4
-6.95
由上述数据可以看出,下行50Mbps/30Mbps/20Mbps/10Mbps速率变化下,整体上看电平值越来越差,但对应电平波动不明显。
下行由100Mbps变化至50Mbps时,SSB_RSRP下降1.5dBm,SSB_SINR下降2dB。
考虑到无线环境等原因,不同小区测试结果可能存在差异。
表5上行特定MAC层平均速率结果
MAC层速率(Mbps)
100W
200W
SSB_RSRP(dBm)
SSB_SINR(dB)
SSB_RSRP(dBm)
SSB_SINR(dB)
50
-110.72
12.14
-110.81
11.77
20
-114.24
9.04
-112.67
10.73
10
-120.67
2.86
-116.73
5.82
5
-123.54
0.05
-123.5
-0.32
1
-126.54
-2.77
-127.37
-4.29
由上述数据可以看出,上行50Mbps/20Mbps/10Mbps/5Mbps/1Mbps速率变化下,100W发射功率下,SSB_RSRP由-110.7dBm下降至-126.5dBm,SSB_SINR由12db下降至-2.7db;200W发射功率下,SSB_RSRP由-110.8dBm下降至-127.3dBm,SSB_SINR由12db下降至-4.3db。
整体上看,200W下,SSB_RSRP/SSB_SINR发射功率下降幅度更大。
考虑到无线环境等原因,不同小区测试结果可能存在差异。
3.3MAC层平均速率整体变化趋势
3.3.1MAC层平均速率随距离变化趋势
图5下行MAC层平均速率随距离变化趋势图
MAC层平均速率随着距离增大而变小;100W覆盖时,在2340米附近MAC层下行平均速率掉零;200W覆盖时,在2400米处MAC层下行平均速率掉零;相同距离处MAC层下行平均速率比较接近。
在1600米附近速率掉到10Mbps左右由于高架桥遮挡造成电平较低。
图6上行MAC层平均速率随距离变化趋势图
MAC层平均速率随着距离增大而变小;100W覆盖时,在1590米附近MAC层上行平均速率掉1Mbps以下;200W覆盖时,在1590米处MAC层上行平均速率掉1Mbps以下;相同距离处MAC层平均速率比较接近。
可以看出:
(1)MAC层上行平均速率随着距离增大而变小;
(2)NR系统上行受限,上行在1590米附近MAC层速率掉1Mbps以下,下行在1600米附近速率掉到10Mbps左右,2340米附近掉零。
3.3.2MAC层平均速率与SSB_RSRP关系图
图7下行MAC层平均速率与SSB_RSRP关系图
RSRP<-101dbm时,MAC层平均速率随RSRP变化明显;RSRP≥-101dbm时,MAC层平均速率稳定在600Mbps以上;100W与200W电平接近时对应的MAC层平均速率也比较接近,整体上200W速率略高。
图8上行MAC层平均速率与SSB_RSRP关系图
MAC层平均速率随着SSB_RSRP增大而增大;RSRP≥-91dbm时MAC层平均速率稳定在150Mbps以上;相同电平情况下,100W速率略优于200W。
可以看出:
(1)MAC层平均速率随着SSB_RSRP增大而增大;
(2)RSRP≥-101dbm时,下行MAC层平均速率稳定在600Mbps以上;RSRP≥-91dbm时,上行MAC层平均速率稳定在150Mbps以上;
(3)100W与200W不同发射功率下,电平接近时对应的下行MAC层平均速率也比较接近,上行MAC层速率100W发射功率略优于200W发射功率。
3.3.3MAC层平均速率与SSB_SINR关系图
图9上行MAC层平均速率与SSB_SINR关系图
SINR<25db时,MAC层平均速率随SINR变化明显;SINR≥25db时,MAC层平均速率稳定在800Mbps左右;100W与200WSINR接近时对应的MAC层平均速率也比较接近。
图10上行MAC层平均速率与SSB_SINR关系图
MAC层平均速率随着SSB_SINR增大而增大;SINR≥28db时MAC层平均速率稳定在150Mbps以上;相同SINR情况下,100W速率略优于200W。
可以看出:
(1)MAC层平均速率随着SSB_SINR增大而增大;
(2)SINR≥25db时,下行MAC层平均速率稳定在800Mbps左右;SINR≥28db时,上行MAC层平均速率稳定在150Mbps以上;
(3)相同SINR情况下,对于100W发射功率和200W发射功率下的MAC层速率,下行MAC层平均速率比较接近,上行MAC层平均速率100W速率略优于200W。
3.4SSB_RSRP随距离变化趋势图
图11下行拉远3.4SSB_RSRP随距离变化趋势图
可以看出:
(1)RSRP为-90dbm时,100W覆盖距离约为500米,200W覆盖距离约为500米;
(2)RSRP为-100dbm时,100W覆盖距离约为700米,200W覆盖距离约为740米;
(3)RSRP为-110dbm时,100W覆盖距离约为900米,200W覆盖距离约为1040米;
图12上行拉远3.4SSB_RSRP随距离变化趋势图
可以看出:
(1)RSRP为-90dbm时,100W覆盖距离约为500米,200W覆盖距离约为540米;
(2)RSRP为-100dbm时,100W覆盖距离约为700米,200W覆盖距离约为740米;
(3)RSRP为-110dbm时,100W覆盖距离约为900米,200W覆盖距离约为1040米;
整体上看,两次结果一致。
表1不同发射功率下上/下行拉远SSB_RSRP对比
100W
200W
下行拉远
上行拉远
4、经验总结
通过对小区配置不同发射功率的测试,对比其上/下行速率、SSB_RSRP、SSB_SINR等,可以发现,200W发射功率时,对于近点的速率提升明显,对于远点的覆盖提升明显。
可以得出如下结论:
(1)对比100W和200W发射功率两种情况,200W下行覆盖比100W下行覆盖强0.8dBm,MAC层平均速率高31Mbps;200W上行覆盖比100W上行覆盖强3.29dBm,SINR值高2dB。
其余RI\MCS\PUSCH_POWER数据基本无差异。
(2)下行50Mbps/30Mbps/20Mbps/10Mbps速率变化下,整体上看电平值越来越差,但对应电平波动不明显。
下行由100Mbps变化至50Mbps时,SSB_RSRP下降1.5dBm,SSB_SINR下降2dB。
(3)上行50Mbps/20Mbps/10Mbps/5Mbps/1Mbps速率变化下,SSB_RSRP下降约15dBm,SSB_SINR下降约15dB。
(4)MAC层平均速率随着距离增大而变小。
NR系统上行受限,上行在1590米附近MAC层速率掉1Mbps以下,下行在1600米附近速率掉到10Mbps左右,2340米附近掉零。
(5)MAC层平均速率随着SSB_SINR增大而增大。
(6)SINR≥25db时,下行MAC层平均速率稳定在800Mbps左右;SINR≥28db时,上行MAC层平均速率稳定在150Mbps以上。
(7)相同SINR情况下,对于100W发射功率和200W发射功率下的MAC层速率,下行MAC层平均速率比较接近,上行MAC层平均速率100W速率略优于200W。
(8)RSRP为-90dbm时,100W覆盖距离约为500米,200W覆盖距离约为500米。
(9)RSRP为-100dbm时,100W覆盖距离约为700米,200W覆盖距离约为740米。
(10)RSRP为-110dbm时,100W覆盖距离约为900米,200W覆盖距离约为1040米。
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