5G优化案例：关于5G下倾角规划调整原则研究

关于5G下倾角规划调整原则
XX
【摘要】Massive MIMO 作为5G 的主要特性之一，实现波束赋形，形成极精确的用户级超窄波束，并随用户位置的不同而不同，将能量定向投放到用户位置，相对传统宽波束天线可提升信号覆盖，同时降低小区间用户干扰。

Massive MIMO 天
线波束分为静态波束和动态波束，SS Block 及PDCCH 中小区级数据、CSI-RS 采用小区级静态波束，采用时分扫描的方式，PDSCH 中用户数据采用用户级动态波束，根据用户的信道环境实时赋形。

5G 静态广播波束采用窄波束轮询扫描覆盖整个小区的机制，选择合适的时频资源发送窄波束，可以根据不同场景配置不同的广播波束，以匹配多种多样的覆盖场景，这里就涉及到如何根据不同的场景规划合适波束的问题；业务波束采用动态波束赋形不支持波束定制。

LTE 传统宽波束小区只有一个宽波束，下倾角仅分为机械下倾角和电下倾角两部分，即：LTE 总下倾角=LTE 机械下倾+电下倾。

通常，LTE 的下倾角规划原则为：垂直波束上3dB 覆盖小区边缘，抑制小区间干扰（LTE 频段较低、小区间干扰相对加大）、并增强近点的覆盖。

5G Massive MIMO 需要分别为SSB（广播信道）、业务信道（可间接通过CSI- RS
表征），进行下倾角规划。

其中，涉及到机械下倾、SSB 可调电下倾、CSI-RS 波束下倾角。

只有确保规划合理，才能让用户得到最佳的感知体验。

【关键字】5G Massive MIMO、下倾角、规划调整。

【业务类别】移动网
1.5G 下倾角的定义
传统天线：
只有小区倾角的概念，倾角的调整同时对整个小区所有信道同时进行调整。

LTE 传统宽波束小区只有一个宽波束，下倾角仅分为机械下倾角和电下倾角两部分，LTE 机械下倾+电下倾的规划原则是波束3dB 波宽外沿覆盖小区边缘，控制小区覆盖范围，抑制小区间干扰
5G MM 天线：
公共波束下倾角：由机械下倾角和SSB 可调电下倾确定，调整公共信道波束，影响用户在网络中的驻留，优化小区覆盖范围；
业务波束下倾角：由机械下倾角和CSI-RS 波束下倾角确定，调整业务信道倾角影响用户RSRP、吞吐率和业务时延等。

（业务信道 PDSCH 为动态波束，在网络规划中，业务信道的覆盖情况，间接通过 CSI-RS 来表征。

因此此处的业务波束下倾角用 CSI 的总下倾角
体现。

）
1.1机械下倾角
机械下倾（Mechanical Title）是指，通过调整安装件（机械臂），改变5G NR 小区的下倾角。

1.2CSI-RS 波束下倾角
64TR 场景
CSI-RS 可能对应着多层垂直波束，CSI-RS 的垂直层数、各垂直层的指向，与单TRX 的形态、各TRX 的布放、CSI-RS 的权值有关。

对于CSI-RS 的某一层垂直波束，该层波束垂直法线对应的垂直角度，为该CSI-RS 波束对应的下倾角。

64TR 设备的CSI-RS 波束下倾角是产品本身固有的属性，无法通过后台调整。

最外层波束、次外层波束、次内层波束、最内层波束对应的倾角分为-3、4、11、18，一般情况下，我们都是以次外层波束作为CSI-RS 波束下倾角。

因此对于64TR 设备，可默认其CSI-RS 波束下倾角=4 度/4-1 度（需要根据具体覆盖场景是覆盖室内/室外而定，覆盖室内场景可当4 度计算，覆盖室外场景
可当3 度计算）。

32TR 场景
32TR 的可调电下倾（带移相器模块），会同时改变业务信道、CSI-RS 的包络。

CSI-RS 波束随SSB 和数字下倾变化，最强和次强波束在不同数字倾角下对应的法线角度（第一个数字为最强波束法线角度，第二个数字为次强波束法线角度）。

SSB Pattern0~8，当电下倾<=3 时，CSI-RS 的内层波束最强；SSB Pattern0~8，当电下倾为4~7 时，CSI-RS 的外层波束最强。

因此对于32TR 设备，可简化为：
当SSB 可调电下倾为-2~0 时，其CSI-RS 波束下倾角=3 度；
当SSB 可调电下倾为1~7 时，其CSI-RS 波束下倾角=4 度；
当SSB 可调电下倾为7~9 时，其CSI-RS 波束下倾角=11 度；
（根据具体覆盖场景是覆盖室内/室外而定，当覆盖室外场景可当计算角度- 1 度设计规划）。

1.3SSB 可调电下倾
通过电信号调整天线振子的相位，改变水平分量和垂直分量的幅值大小，改
变合成分量场强强度，使天线的覆盖距离改变，天线每个方向的场强强度同时增大或减小，从而保证在改变倾角后，天线方向图形状变化不大：
2.不同倾角的场景下测试验证
2.1验证调整 SSB 可调电下倾对SSB 覆盖指标的影响
验证方法：分别找一个32TR 小区和一个64TR 小区，固定机械倾角，调整电下倾，找远中近三个定点测试，查看SSB 相关测试指标。

32TR 小区
近点：
电下倾角度SS-RSRP SS-SINR 覆盖率-1 -87.80 7.24 100%
2-83.98 11.41 100%
5-79.23 16.98 100%
8-79.29 18.81 100%
电下倾角度SS-RSRP SS-SINR 覆盖率-1 -85.08 10.56 100%
2-78.56 19.12 100%
5-77.38 19.97 100%
8-79.92 17.10 100%
远点：
电下倾角度SS-RSRP SS-SINR 覆盖率-1 -94.40 11.26 100%
2-93.13 13.5 100%
5-93.65 14.03 100%
8-100.27 5.70 100% 64TR 小区
近点：
电下倾角度SS-RSRP SS-SINR 覆盖率-1 -74.06 19.72 100%
2-71.69 24.62 100%
5-67.95 30.5 100%
8-65.51 32.5 100%
电下倾角度SS-RSRP SS-SINR 覆盖率-1 -77.34 23.29 100%
2-78.97 18.74 100%
5-76.72 25.75 100%
8-70.13 30.97 100%
电下倾角度SS-RSRP SS-SINR 覆盖率-1 -86.53 22.81 100%
2-87.17 22.25 100%
5-89.46 18.52 100%
8-94.09 14.07 100%
结论：不同电下倾角度对32TR/64TR 小区的SSB 覆盖指标均呈现出了符合信号传播的线性关系。

在近点/中点，电下倾角越大，其SSB 覆盖正增益越明显，在远点，电下倾角越大，其SSB 覆盖负增益越明显。

2.2验证调整 SSB 可调电下倾是否会影响 CSI-RS 波束下倾角
验证方法：分别找一个32TR 小区和一个64TR 小区，固定机械倾角，调整电下倾，找远中近三个定点测试，查看CSI 相关测试指标。

32TR 小区
近点：
电下倾角度下载速率PDSCH-SINR PING1400 时延-1 973 Mbit/s 36.86 22.44
21008 Mbit/s 37.36 16.70
51010 Mbit/s 35.70 15.64
81058 Mbit/s 37.01 15.06
中点：
电下倾角度下载速率PDSCH-SINR PING1400 时延-1 965 Mbit/s 38.50 15.60
2887 Mbit/s 39.23 15.96
5963 Mbit/s 39.33 15.98
8963 Mbit/s 39.32 15.88
远点：
电下倾角度下载速率PDSCH-SINR PING1400 时延-1 344 Mbit/s 24.11 23.30
2340 Mbit/s 23.98 22.20
5361 Mbit/s 22.52 22.76
8354 Mbit/s 23.83 24.38 64TR 小区
近点：
电下倾角度下载速率PDSCH-SINR PING1400 时延-1 1081 Mbit/s 39.23 21.64
21053 Mbit/s 39.48 20.94
5971 Mbit/s 39.26 20.72
81064 Mbit/s 39.47 21.06
电下倾角度下载速率PDSCH-SINR PING1400 时延-1 898 Mbit/s 39.82 21.46
2975 Mbit/s 39.85 21.24
5785 Mbit/s 39.62 21.06
8744 Mbit/s 39.17 20.58
电下倾角度下载速率PDSCH-SINR PING1400 时延-1 789 Mbit/s 36.82 16.20
2741 Mbit/s 34.00 19.36
5739 Mbit/s 34.16 14.92
8794 Mbit/s 35.85 13.83
结论：调整不同电下倾角度对小区的CSI-RS 波束下倾角的影响我们通过下载速率、CSI-SINR 和时延来间接呈现（因测试软件无法统计到CSI-SINR，因此用PDSCH-SINR 替代）。

通过上表可看出不同电下倾角度对32TR 小区的CSI-RS 波束下倾角在近点有影响，在中点/远点影响不大；不同电下倾角度对64TR 小区的CSI-RS 波束下倾角在近/中/远点均没有表现出太大影响。

2.3验证调整机械倾角对公共波束、业务波束的影响
验证方法：分别找一个32TR 小区和一个64TR 小区，固定电下倾，调整机械倾角，找一个定点测试，查看相关测试指标。

32TR 小区
机械下倾角SS-RSRP SS-SINR 覆盖率下载速率PDSCH-SINR PING1400 时延0-85.70 8.74 100% 1032 Mbit/s 36.24 22.31
3-83.13 11.62 100% 1078 Mbit/s 37.12 17.21
6-78.15 16.48 100% 1065 Mbit/s 36.73 16.66
64TR 小区
结论：调整机械下倾角对SSB 覆盖的影响比较明显，随着下倾角越大，在定点测试结果显示覆盖正增益；同时调整机械下倾角对CSI 覆盖的影响较小，随着下倾角越大，在定点测试结果波动并不明显。

但合理的机械下倾角可控制扇区的有效覆盖范围，避免越区或者覆盖不足，使网络性能达到最佳状态。

2.4验证公共波束和业务波束差异覆盖下对网络指标影响
验证方法：分别找一个32TR 小区和一个64TR 小区，固定机械倾角，调整电下倾，使公共波束覆盖范围和业务波束覆盖范围差异化，找远中近三个定点测试，查看测试各项指标。

32TR 小区
近点：
远点：
64TR 小区
近点：
远点：
结论：当电下倾角设置为4/5 时，公共波束倾角和业务波束倾角差异最小，
此时不管在32TX 或者64TX 的小区下，均呈现出下载速率最优的情况，随着电下倾
的角度加大，公共波束倾角和业务波束倾角差异最大，在32TX 或者64TX 的小区下，均呈现出下载速率略微下降的情况，因此建议在进行无线规划时，尽量保持公共波
束倾角和业务波束倾角差异最小，确保网络处于最优状态。

3.5G 下倾角的规划原则
网络中，用户体验取决于业务信道的质量。

因此，下倾角规划，需要基于业务信道覆盖最优的原则，确定5G NR 小区的机械下倾角（即网络拓扑）。

同时，SSB 决定着UE 的驻留、切换，仅当UE 驻留的小区（基于SSB RSRP 判定），确实是业务信道质量相对最优的小区，才能保证用户体验最佳。

因此，需要调整SSB 的电下倾（若场景化波束支持多个电下倾取值），尽量保证：网络中基于SSB 确定的Best Server，与CSI-RS 确定的最优小区一致（即：SSB 对应的小区边界，与CSI-RS 对应的小区边界重合）。

3.1业务信道下倾角规划原则
业务信道为动态波束/静态波束自适应，可通过CSI-RS 间接表征业务信道的覆盖（即：CSI-RS 较优的区域，PDSCH 也相对较优）。

因此，基于CSI-RS 覆盖最优的原则，进行机械下倾角的规划。

网络规划的主要目标是：连续覆盖和减小干扰
3.2广播波束电下倾规划原则
SSB 决定着网络中的Best Sever(UE 驻留的小区)，但是，SSB 波束与CSI-RS 的波束形态存在差异，因此需要调整SSB 的电下倾（5G RAN3.1 支持SSB 波束的数子下倾调整），优化SSB 的覆盖区域。

尽量保证：基于SSB 选择的NR 服务小区，同时也是业务信道覆盖最优的小区。

连续组网场景，可以基于网规仿真，选择一款相对最优的SSB Pattern&可调电下倾，使：网络中BestServer 的边缘CSI-RS 覆盖性能相对最优（例如CDF 5% CSI-RS SINR）。

3.3总结
原则1：以PDSCH 覆盖最优原则，PDSCH 倾角最优原则
原则2：控制信道与业务信道同覆盖原则，默认控制信道倾角与业务信道倾角一致
原则3：新建5G 站点时，以波束最大增益方向覆盖小区边缘，垂直面有多层波束时，原则上以最大增益覆盖小区边缘。