一、引言

5G 新空口(NR)技術(shù)的飛速發(fā)展，為移動(dòng)通信帶來(lái)了革命性的變化。其中，同步信號(hào)塊(SSB)在 5G 網(wǎng)絡(luò)中扮演著至關(guān)重要的角色，其波束配置直接影響著網(wǎng)絡(luò)的覆蓋特性。合理的波束配置能夠提升信號(hào)覆蓋范圍、增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度以及減少干擾，對(duì)于提高 5G 網(wǎng)絡(luò)的整體性能和用戶體驗(yàn)具有關(guān)鍵意義。

二、5G NR SSB 概述

2.1 SSB 結(jié)構(gòu)

SSB 包含主同步信號(hào)(PSS)、輔同步信號(hào)(SSS)、物理廣播信道(PBCH)數(shù)據(jù)及其解調(diào)參考信號(hào)(PBCH DMRS)。在時(shí)頻域上，SSB 時(shí)域占據(jù) 4 個(gè) OFDM 符號(hào)，頻域占據(jù) 20 個(gè)資源塊(RB)。PSS 和 SSS 分別位于 SSB 的第 0 和第 2 個(gè)符號(hào)，頻域各占用 127 個(gè)資源元素(RE)。PBCH 數(shù)據(jù)和 DMRS 位于后三個(gè)符號(hào)，且在符號(hào) 2 時(shí)，SSS 與 PBCH 間設(shè)有保護(hù)間隔以抑制子載波間干擾。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為 5G 信號(hào)的同步和廣播提供了基礎(chǔ)框架。

2.2 SSB 時(shí)域傳輸

SSB 以 SSB Burst Set 的形式在時(shí)域傳輸，該集合是一定周期內(nèi)多個(gè) SSB 的組合。目前其周期有 5ms、10ms、20ms、40ms、80ms、160ms 六種。在小區(qū)搜索中，如假定周期為 20ms，后續(xù)可通過(guò)信令對(duì)其周期進(jìn)行配置，并要求 SSB Burst Set 內(nèi)波束在周期內(nèi)前 5ms 發(fā)送完畢。R15 還規(guī)定了 5 種時(shí)域圖樣(Case A - E)，用于規(guī)范 SSB 在時(shí)域的分布，不同圖樣適用于不同的頻率范圍，以滿足多樣化的傳輸需求。

三、不同波束配置類(lèi)型

3.1 單波束配置

單波束配置是較為基礎(chǔ)的方式，在簡(jiǎn)單場(chǎng)景中有一定應(yīng)用。但因其僅依靠單一波束，難以充分利用多徑效應(yīng)，信號(hào)覆蓋范圍和強(qiáng)度受限，無(wú)法很好地滿足復(fù)雜環(huán)境下的通信需求，在多徑豐富區(qū)域易出現(xiàn)信號(hào)弱或中斷情況。

3.2 多波束配置

3.2.1 水平多波束

水平 7 波束等配置通過(guò)增加水平方向波束數(shù)量，有效擴(kuò)大了覆蓋范圍。多個(gè)波束在水平方向掃描，可使信號(hào)更均勻地覆蓋小區(qū)周邊區(qū)域，顯著提升邊緣用戶性能，減少信號(hào)盲區(qū)，適用于開(kāi)闊區(qū)域或用戶分布較廣的場(chǎng)景。

3.2.2 垂直多波束

針對(duì)高樓等垂直空間需求大的場(chǎng)景，垂直多波束配置可優(yōu)化垂直方向波束分配。通過(guò)不同垂直角度波束組合，確保室內(nèi)及不同樓層用戶能獲得良好信號(hào)，解決高層樓宇垂直覆蓋難題，提高立體空間內(nèi)的信號(hào)覆蓋質(zhì)量。

3.3 SSB1 + X 配置

此創(chuàng)新方案中，“1” 為基礎(chǔ)打底波束，“X” 為適應(yīng)場(chǎng)景的拓展波束。水平覆蓋利用不同小區(qū)使用不同 SSB 波束錯(cuò)開(kāi)鄰區(qū)間干擾，垂直維度按需配置波束實(shí)現(xiàn)全空間及深度覆蓋擴(kuò)展。如水平采用 SSB 1 波束配置滿足覆蓋要求，極大節(jié)省無(wú)線資源和降低功耗，同時(shí)通過(guò)功率增強(qiáng)提升水平波束增益，有效解決鄰區(qū)干擾問(wèn)題，提升網(wǎng)絡(luò)性能。

四、不同波束配置下覆蓋特性分析

4.1 覆蓋范圍

從理論和實(shí)踐來(lái)看，多波束配置在覆蓋范圍上明顯優(yōu)于單波束。單波束受限于自身方向性，覆蓋區(qū)域有限;而水平多波束可在水平方向拓寬覆蓋，垂直多波束能解決垂直空間覆蓋問(wèn)題。如在城市廣場(chǎng)等開(kāi)闊區(qū)域，水平 7 波束配置可使信號(hào)覆蓋范圍更廣，減少信號(hào)死角;在高層樓宇場(chǎng)景，SSB1 + X 配置中的垂直波束拓展能讓高層各樓層都能接收到較強(qiáng)信號(hào)，擴(kuò)大了整體覆蓋范圍。

4.2 信號(hào)強(qiáng)度

不同波束配置對(duì)信號(hào)強(qiáng)度影響顯著。SSB1 + X 方案通過(guò)功率增強(qiáng)功能，可將水平 SSB 1 波束增益提升達(dá) 6dBm，使信號(hào)強(qiáng)度大幅提升，與水平 SSB 8 波束覆蓋相當(dāng)。在實(shí)際測(cè)試中，配置多波束時(shí)，接收信號(hào)參考功率(RSRP)明顯增加，4 波束相比于寬波束，平均 RSRP 可提升 4dB，8 波束將進(jìn)一步提升，這表明多波束能有效匯聚信號(hào)能量，增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，提高信號(hào)在復(fù)雜環(huán)境中的穿透和傳輸能力。

4.3 抗干擾能力

在干擾抑制方面，不同波束配置各有特點(diǎn)。單波束在同頻干擾環(huán)境下較為脆弱，因無(wú)有效干擾規(guī)避機(jī)制，信號(hào)易受干擾而質(zhì)量下降。而 SSB1 + X 方案通過(guò)在相鄰小區(qū)配置不同 SSB 波束，利用時(shí)域輪發(fā)特點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)發(fā)送時(shí)間，可有效規(guī)避鄰區(qū)廣播波束干擾;同時(shí)，其鄰區(qū)間速率配置功能可在業(yè)務(wù)波束與鄰區(qū) SSB 波束沖突時(shí)，開(kāi)啟符號(hào)級(jí)速率匹配，進(jìn)一步提升抗干擾能力，保障信號(hào)傳輸質(zhì)量。

五、實(shí)際應(yīng)用案例分析

5.1 城市廣場(chǎng)場(chǎng)景

在城市廣場(chǎng)的測(cè)試中，對(duì)比多種波束配置發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)景 6(110°，12°)8 波束 4H2V 權(quán)值組合下覆蓋效果最佳。考慮到廣場(chǎng)開(kāi)闊、用戶分布廣的特點(diǎn)，水平 3dB 波寬較大的波束能更好地覆蓋，110 度波寬的波束在覆蓋廣場(chǎng)時(shí)效果顯著，同時(shí)結(jié)合垂直 12 度波寬，能在保證覆蓋的同時(shí)兼顧一定的信號(hào)質(zhì)量和速率，滿足廣場(chǎng)上大量用戶的通信需求。

5.2 高層樓宇場(chǎng)景

針對(duì)高層樓宇，采用場(chǎng)景 16(15°，25°)權(quán)值 SSB 廣播波束有利于深度覆蓋及速率提升。由于高層樓宇正對(duì)小區(qū)主打方向，水平 15° 波寬可集中覆蓋高層，實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)覆蓋效果，垂直 25° 波寬則能較好地適應(yīng)樓層高度，保證各樓層信號(hào)強(qiáng)度和速率，有效解決高層樓宇通信難題，提升高層用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

六、結(jié)論

5G NR SSB 的不同波束配置在覆蓋特性上存在明顯差異。單波束配置簡(jiǎn)單但覆蓋能力有限;多波束配置(包括水平和垂直多波束)能從不同維度提升覆蓋范圍、信號(hào)強(qiáng)度和抗干擾能力;SSB1 + X 創(chuàng)新配置則在資源利用、功耗降低和干擾抑制等方面表現(xiàn)出色。在實(shí)際 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化中，需根據(jù)不同場(chǎng)景(如城市廣場(chǎng)、高層樓宇等)的特點(diǎn)，合理選擇和優(yōu)化 SSB 波束配置，以實(shí)現(xiàn) 5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)質(zhì)覆蓋和高效運(yùn)行，為用戶提供更穩(wěn)定、高速的通信服務(wù)。未來(lái)，隨著 5G 技術(shù)的不斷發(fā)展，SSB 波束配置技術(shù)也將持續(xù)創(chuàng)新和完善，進(jìn)一步推動(dòng) 5G 網(wǎng)絡(luò)性能的提升。