1、5G波束赋形场景化应用研究5G波束赋形场景化应用研究XX无线维护中心XX第2页共37页5G波束赋形场杲化应用研究XX年XX月一、研究背景3二、技术原理32. 1波朿原理介绍32. 2波束赋形原理介绍122. 3广播波朿场景化23三、高楼场景适用性研究273. 1仿真方法273. 2仿真区域273. 3仿真结果293. 4仿真小结35四、经验总结及推广36第2页，共37页5G波束赋形场杲化应用研究5G波束赋形场景化应用研究XX【摘要】大规模波束赋形技术是5G NR满足增强移动宽带(eMBB).超高可靠低时延(URLLC)以及大 规模机器类通信(mMTC)三大场景技术需求的核心技术。木文将结合标准最新进展，介绍大规模波束赋 形技术的实现原理、CS1R馈机制、波朿扫描和波束管理等关键技术：并对大规模波朿赋形的实现机 制进行分析，最后给出大规模波束赋形技术在各场景中的应用和实现方式，并利用仿真技术对后续5G 分场景覆盖优化给出波朿Pattern建议配宜，为后续5G的覆盖及波束优化提供指导思路。【关键字】MaSSiVe MIMO、波束赋形、BeamfOrming 5G【业务类别】优化方法、5G
2、NR一、研究背景MaSShe MIMo和波朿赋形(Beamfonniilg BF)是5G的一项关键技术。5G将LTE时期的MIM0进 行了扩展和延伸，LTE的MIM0最多8天线，到5G扩增为16/32/64/128天线，被 称为“大规模”的 MIMOo MaSSIVe MIM0波束赋形(BeamfOrmmg BF)二者相辅相成，缺 一不可。MaSSiVe M1MO负责在 发送端和接收端将越来越多的天线聚合起来；波束赋形负责将每个信号引导到终端接收器的最佳路径 上，提髙信号强度，避免信号干扰，从而改善通信质量。我们甚至可以说大规模MIMO就是大量天线的 波朿oMaSslVe MD10通过集成更多的射频通道和天线、实现三维精准波朿赋形和多流多用户复用技术， 从而达到比传统的技术方 案更好的覆盖和更大的容呈：o MaSSiVe MIMO可以大幅度提升单站的容量和 覆盖能力，解决 运营商在同城竞争中而临的站址紧张、建站难、深度覆盖难等痛点，同时大幅度提升 单用户 流量满足终端用户对不同业务极致体验的诉求。本文主要开展对5G波束相关原理及不同波 朿 Pattem对不同场景的适用性研究，并给岀适用
3、于现网的波朿Pattenl建议。第2页，共37页5G波束赋形场景化应用研究二、技术原理21波束原理介绍2.1.1波束定义“波朿”这个词看上去有些陌生，但是“光朿”大家一圧都很熟悉。当一朿光的方向都相同时, 就成了光束，类似手电筒发出的光。反之，如果光向四面八方辎射（如电灯泡发岀的光），则不能形成 光束。和光束一样，当所有波的传播方向都一致时，即形成了波朿。B亡am是对于整列天线电磁波传 播的一种样式。一个天线的时候，电磁波的辐射方向是360度传播的，但是一个天线阵列可以实现电磁 波单方向传播。天线个数越多，电磁波传皤方向越集中。4阵子波束2- L 2天线阵列电磁波极化方向1）平面电磁波单向传播，且电场和磁场方向互相垂直,两者同时也和传播方向垂直；速度第2页共37页5G波束赋形场杲化应用研究二波长X频率（即C=Af ）plane of polarizationelectric fieldmagnetic fieldtransmission dircclion2）平面波电场的方向定义为电磁波的极化方向，主要分为以下。线性极化：/电场方向始终处于同一个平而内一圆极化：/电场有两个完全相等的垂
4、直分疑/电场矢量在传播过程中形成圆形轨迹/在正对传播方向上观察（辐射源处于正前方）：右旋极化：电场矢量逆时针方向旋转左旋极化：电场矢量顺时针方向旋转。椭圆极化卩电场有两个不完全相等的垂直分量/电场矢量在传播过程中形成椭圆形轨迹第2页，共37页5G波束赋形场景化应用研究.V.V(a)linear POIariZation (b) CilcUlar POlariZatiOn (C) elliptical POIariZatiOII3）电磁波的极化方向由天线辐射单元的方向决左；如果两个波的极化方向是相互垂直的（正交），则可以承载不同的信息符号；通过相同极化方向天线单元之间的相互作用可以改变 相应极化方向的波束方向和形状（波束赋形）；由于散射，原本正交的波形会在传播过程中逐渐 丢失正交性，并在接收端产生相互影响。水平 BF (azimU th)天线单元（RadiatOr）:每个极化方向代表一个天线单元1）天线单元（Radiator）由半波振子加反射板构成，如下图所示:第2页共37页5G波束赋形场景化应用研究半波振子2) 3GPP38. 901 定义的 RadiatOr Pattern：Radi
5、atOr Pattern1520-25-30usyaa 1MVJomwqlPhi for Horrizonttl DegreeParameterValUeSVeniCal CUt Ofthe radiationr /r QAO V 天线阵列(Antenna Array):/某5G AAU-A模块工作在NR 3. 5GHz频段，64个TRX, 192个天线单元，总功率200肌天线阵列示意图如下所示：394505M6TX4Tx5 t x4 k x58 x x4 t x59 h h X6。 xxxxxxxxxxxx 534254g554456 Tx x X H x 卅 X k x m x xTx xxxxxxxxxxxx 7 9 B Q 9 1 0 2 TX3TX4TX3TX50TX3TX5TX4TXS xxxxxxxxxxxx 周TX3TX2STX3TX3CTX3TX3TX3TX3 /J xxxxxxxxxxxxI 35465768 TX1TX2TX1TX2TX1TX2TX1TX2 xxxxxxxxxxxxAAU- TX9TX2TX1ZTX1TX2TX1TX2 5 xxxxxxxxxxxx
6、 TX5TX17TX6TX18TX7TX19TX8TX20 xxxxxxxxxxxx TX1TX2TX3TX4每个极化方向上有32个TRX,每个TRX分路到3个天线单元，总共对应12*8*2二192个天线第2页共37页5G波束赋形场景化应用研究第2页共37页5G波束赋形场景化应用研究/某5G AAU-B模块工作在MR 3. 5GHz频段，16个TRX, 192个天线单元，总功率200Wo16通道的RRU每个极化方向只有8个TRX,每列天线单元共用一个TRX,只能在水平方 向做波束赋形，不能在垂直方向做波束赋形。xxxxxxxxxxxx XXXXXXXXXXXX XXX XXX xxxxxx TX8J t xl3 XXX XXX xxxxxx 严 E XXXXHXXXXXXX xxxxxxxxxxxx 严 FTxlo XXX xx xxxxxx6G AAU-B天线阵列示意图每个极化方向上有16个TRX,每个TRX分路到12个天线单元，总共对应12*8*2二192个天线单元。213波束增益频率与路损/自由空间传播模型：设发射功率为Pt,接收功率为Pr,人为工作波长，Gr与Gt分别为发射天线
7、和接收天线增益，r为发射 天线与接收天线的距离。A2(4/ZFa. 路损和载波频率的平方成反比：b. 辐射单元的有效而积和波长成反比;第2页共37页5G波束赋形场景化应用研究/为了弥补髙频带来的功率损耗，采用频率增加的同时增加每个极化方向辐射单元的数量;1GHz: N=I 2GHz: N=40.5 入=15cm 1 A =15cm4GHz: N=16-5x!凶tfcSdBi2 入=15cin工32GHz: N=102416 入=15cm,M M= , C r L*l波束(Beam)和波束集(BgnI Set)/多个不同方向的波束组成一个波朿集(Beam Set ),/ 一个小区可以选择一种天线波束集提供覆盖-最多带有8个SSB粗波朿(SSB Beam),用于公共控制信 道： -每个SSB粗波束对应4个细波束(RefinedBeam),所以最多32个细波束，用于专用业务信道：-有一个例外：当小区选用SeCtor Beam时，一个小区只有一个SSB粗波朿，没有细波束：/Beam Set中的波束使用BeamID进行编号- SSB粗波束使用较小的编号；-业务细波朿使用较大的编号;第2页共37页5G波束赋形场景化应用研究（以 BeamSet#6#2 120 度为例)(CFAM和空口也是这样的)tk粗波束81691710182060 243225332634273528362937细波束6 oU滋30386152331397波束宽度1GHz: N=I2GHz: N=44GHz: N=1632GHz: N=10240. 5 X=15cmI 1 X=15cm2 入=15cm16 入二 15cm频率升高-天线单元尺寸下降- 天线单元数量增加- 天线
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