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摘 要：5G时代，城区楼宇状况复杂，小区覆盖受限，通过Massive MIMO和波束赋形技术可以有效的解决城区不同场景下的覆盖效果。本次研究将城区楼宇分类，探究不同场景下波束设置的最优方案，给出优化建议，供后期优化参考。
关键词：Massive MIMO;波束赋形;城区场景调优
一、概述
5G时代，城市热点楼宇是覆盖复杂多样，例如商业CBD，住宅小区等，城中村，楼宇状况复杂，是当前5G覆盖的难点。如何解决不同场景下小区的覆盖受限，解决邻区干扰，提升5G的楼宇覆盖能力，是当前亟待解决的问题。
Massive MIMO和波束赋形是5G网络的关键技术。Massive意指基站天线阵列中大量天线;MIMO意指天线阵列使用同一时间和频率资源满足空间上分离的多位用户的需求。波束赋形是指根据特定场景自适应的调整天线阵列，对发射信号进行加权，形成指向UE的窄波束。怎么样更加合理的应用Massive MIMO和波束赋形技术解决当前5G覆盖中热点楼宇覆盖的难点将是本课题讨论的内容。
二、广播波束倾角、方位角
（一）广播波束倾角和方位角
为了降低选站规划和站点优化难度，节约优化成本和协调成本。需要支持远程调整下倾角和方位角的功能。通过参数配置倾角和方位角调整的角度，支持以1°为粒度，整体调整广播信道窄波束的倾角和方位角。
对于垂直扫描范围已经达到上限的场景（场景12～16），不支持倾角调整。对于水平扫描范围已经达到上限的场景（场景0、1、6、12），不支持方位角调整。通过界面参数决定倾角和方位角调整多少度。然后通过该参数带入导向矢量，用导向矢量与初始权值矩阵相乘得到最终的导向矢量发给基带。
（二）广播波束的实际指向角度计算
广播波束的实际指向角度计算方法如下：
广播波束的实际指向角度（垂直）=广播波束倾角NRDUCellTrpBeam.Tilt+机械倾角。
NRDUCellTrpBeam.Tilt的默认值=预置倾角。
（方位角类似，默认0度）
三、现网实际应用
（一）楼宇分类
将城区楼宇按照楼宇高度分为3类：高层楼宇（18层以上）、中层楼宇（7～17层）、多层楼宇（1～6层）。中、高层楼宇特点一般是较为瘦长，例如写字楼，高层小区等，而多层楼宇一般为楼宇较为集中，水平面积较大，例如多层小区，城中村等。
（二）波束选择
波束的选择可以通过楼宇高度、宽度，和天线的距离以及天线的挂高来确定。中、高层楼宇的覆盖难点在于高层部分的覆盖，一般25层以上楼宇高度能达到100米左右，城区基站高度一般在25-35米左右。可以适当选择垂直波宽较大的波束覆盖。多层楼宇的覆盖难点在于楼宇比较密集，水平面积较大，可以选择水平面较大的波束覆盖。
为验证5G宏站广播波束覆盖效果，选择高、中、多层三个场景进行验证，对比不同波束设置下覆盖效果。
（三）多层楼宇验证分析
1.场景选择
本场景选取小区楼宇高度6层，楼宇较密集，进行楼宇内CQT测试。选取如下图1～6栋中间单元第3层进行测试。
2.测试结果
将主覆盖小区的广播波束场景分别设置为：SCENARIO_1、SCENARIO_3、SCENARIO_5。垂直波宽6度，对比不同水平波宽下的RSRP&SINR测试结果：
3.测试小结
从RSRP角度分析：1栋到6栋，楼宇位置从主覆盖小区的旁瓣方向到主瓣方向过渡。水平波宽110度波束时1-6栋所有楼栋都能收到信号，在旁瓣覆盖的1，2栋平均RSRP在-100dBm左右，主瓣覆盖的3-6栋平均RSRP在-87dBm左右;水平波宽65度波束时在旁瓣最边上的1栋已经收不到5G信号，在主瓣的3-6栋平均RSRP在-88dBm左右;水平波宽25度波束时旁瓣的1，2，3栋均无法收到5G信号，在主瓣的4，5，6栋收到的信号的RSRP波动较大，平均在-95dBm左右。
從SINR角度分析：结果同RSRP相似，旁瓣方向的楼宇水平波宽小的波形SINR明显下降。综合考虑选择水平波宽为较大的SECNARIO_1效果达到最优。
四、总结
Massive MIMO和波束赋形技术可以在日常5G覆盖优化中提高覆盖效果，提升用户感。本文通过对两高楼宇中的多层典型楼宇测试分析，对比验证，研究不同广播波束类型在各种类型的两高楼宇的覆盖效果，找到最优设置，给出设置建议：
多层楼宇（7层以下）：选择水平波宽110度的SECNARIO_1，保证旁瓣覆盖的楼宇的RSRP和SINR在较好水平，覆盖效果达到最优。
参考文献：
[1] 陈 鹏 5G关键技术与系统演进 机械工业出版社 出版时间：2015年12月
[2] 汪丁鼎 5G无线网络技术与规划设计 人民邮电出版社 出版时间：2019年08月
[3] 陈晓明 5G NR物理层技术详解 机械工业出版社出版时间：2019年08月
[4] 金 石 大规模MIMO传输理论与关键技术 电子工业出版社出版时间：2018年07月
关键词：Massive MIMO;波束赋形;城区场景调优
一、概述
5G时代，城市热点楼宇是覆盖复杂多样，例如商业CBD，住宅小区等，城中村，楼宇状况复杂，是当前5G覆盖的难点。如何解决不同场景下小区的覆盖受限，解决邻区干扰，提升5G的楼宇覆盖能力，是当前亟待解决的问题。
Massive MIMO和波束赋形是5G网络的关键技术。Massive意指基站天线阵列中大量天线;MIMO意指天线阵列使用同一时间和频率资源满足空间上分离的多位用户的需求。波束赋形是指根据特定场景自适应的调整天线阵列，对发射信号进行加权，形成指向UE的窄波束。怎么样更加合理的应用Massive MIMO和波束赋形技术解决当前5G覆盖中热点楼宇覆盖的难点将是本课题讨论的内容。
二、广播波束倾角、方位角
（一）广播波束倾角和方位角
为了降低选站规划和站点优化难度，节约优化成本和协调成本。需要支持远程调整下倾角和方位角的功能。通过参数配置倾角和方位角调整的角度，支持以1°为粒度，整体调整广播信道窄波束的倾角和方位角。
对于垂直扫描范围已经达到上限的场景（场景12～16），不支持倾角调整。对于水平扫描范围已经达到上限的场景（场景0、1、6、12），不支持方位角调整。通过界面参数决定倾角和方位角调整多少度。然后通过该参数带入导向矢量，用导向矢量与初始权值矩阵相乘得到最终的导向矢量发给基带。
（二）广播波束的实际指向角度计算
广播波束的实际指向角度计算方法如下：
广播波束的实际指向角度（垂直）=广播波束倾角NRDUCellTrpBeam.Tilt+机械倾角。
NRDUCellTrpBeam.Tilt的默认值=预置倾角。
（方位角类似，默认0度）
三、现网实际应用
（一）楼宇分类
将城区楼宇按照楼宇高度分为3类：高层楼宇（18层以上）、中层楼宇（7～17层）、多层楼宇（1～6层）。中、高层楼宇特点一般是较为瘦长，例如写字楼，高层小区等，而多层楼宇一般为楼宇较为集中，水平面积较大，例如多层小区，城中村等。
（二）波束选择
波束的选择可以通过楼宇高度、宽度，和天线的距离以及天线的挂高来确定。中、高层楼宇的覆盖难点在于高层部分的覆盖，一般25层以上楼宇高度能达到100米左右，城区基站高度一般在25-35米左右。可以适当选择垂直波宽较大的波束覆盖。多层楼宇的覆盖难点在于楼宇比较密集，水平面积较大，可以选择水平面较大的波束覆盖。
为验证5G宏站广播波束覆盖效果，选择高、中、多层三个场景进行验证，对比不同波束设置下覆盖效果。
（三）多层楼宇验证分析
1.场景选择
本场景选取小区楼宇高度6层，楼宇较密集，进行楼宇内CQT测试。选取如下图1～6栋中间单元第3层进行测试。
2.测试结果
将主覆盖小区的广播波束场景分别设置为：SCENARIO_1、SCENARIO_3、SCENARIO_5。垂直波宽6度，对比不同水平波宽下的RSRP&SINR测试结果：
3.测试小结
从RSRP角度分析：1栋到6栋，楼宇位置从主覆盖小区的旁瓣方向到主瓣方向过渡。水平波宽110度波束时1-6栋所有楼栋都能收到信号，在旁瓣覆盖的1，2栋平均RSRP在-100dBm左右，主瓣覆盖的3-6栋平均RSRP在-87dBm左右;水平波宽65度波束时在旁瓣最边上的1栋已经收不到5G信号，在主瓣的3-6栋平均RSRP在-88dBm左右;水平波宽25度波束时旁瓣的1，2，3栋均无法收到5G信号，在主瓣的4，5，6栋收到的信号的RSRP波动较大，平均在-95dBm左右。
從SINR角度分析：结果同RSRP相似，旁瓣方向的楼宇水平波宽小的波形SINR明显下降。综合考虑选择水平波宽为较大的SECNARIO_1效果达到最优。
四、总结
Massive MIMO和波束赋形技术可以在日常5G覆盖优化中提高覆盖效果，提升用户感。本文通过对两高楼宇中的多层典型楼宇测试分析，对比验证，研究不同广播波束类型在各种类型的两高楼宇的覆盖效果，找到最优设置，给出设置建议：
多层楼宇（7层以下）：选择水平波宽110度的SECNARIO_1，保证旁瓣覆盖的楼宇的RSRP和SINR在较好水平，覆盖效果达到最优。
参考文献：
[1] 陈 鹏 5G关键技术与系统演进 机械工业出版社 出版时间：2015年12月
[2] 汪丁鼎 5G无线网络技术与规划设计 人民邮电出版社 出版时间：2019年08月
[3] 陈晓明 5G NR物理层技术详解 机械工业出版社出版时间：2019年08月
[4] 金 石 大规模MIMO传输理论与关键技术 电子工业出版社出版时间：2018年07月