5G-Massive-MIMO对组网和优化的影响分析

研究院2018年4月5GMassiveMIMO对组网和优化的影响分析2目录•5GNR多天线技术原理•5GNR多天线产品规划及性能预期•5GNR多天线变化对组网方案的影响•5GNR多天线变化对运维优化的影响•后续工作3背景1：随着4G天线技术演进，CRS用途减少CRS下行数据信道DMRSRSRP/SINR测量CQI/RI测量RSRP/SINR测量数据解调RSRP/SINR测量CRSDMRS数据解调数据解调CQI/RI测量CQI/RI测量CRSCSI-RS数据解调下行公共/控制信道RSRP/SINR测量TM7/8TM2/3TM9•CRS功能逐渐弱化，但仍存在：虽然对于TM9而言，CRS用途减少，但由于4G系统中存在其他传输模式，因此CRS仍存在，且发送方式不能改变•CRS存在干扰及资源浪费等问题：CRS占用全带宽，产生持续性宽带小区间干扰（如大气波导干扰），占用资源多，且在波束赋形传输模式下占用额外开销CRS4背景2：4G公共/控制信道无完备波束赋形方案2/8通道64通道水平方向垂直方向4GLTE6o65o•垂直面宽波束（高楼场景）•垂直面窄波束（普通场景）65o8o*蓝色是公共/控制信道*黄色是业务信道20o30o•普通场景公共/控制信道：覆盖弱于业务信道，未充分发挥8/64通道覆盖增益•高楼场景公共/控制信道：水平面无法完全覆盖一个小区5NR变化1：业务信道仅一种下行传输模式传输模式MIMO技术解调参考信号最大端口数单用户最大流数CQI/PMI/RI测量TM1单天线发送CRS1（端口0）1基于CRS测量CQITM2发射分集现网：2（端口0/1）1基于CRS测量CQI/RITM3开环空分复用现网：2（端口0/1）现网：2基于CRS测量CQI/RITM4闭环空分复用4（端口0/1/2/3）4基于CRS测量CQI/RI/PMITM7单流波束赋形R8DRS1（端口5）1基于CRS测量CQITM8双流波束赋形R9DMRS2（端口7/8）2基于CRS测量CQI/RITM9多流波束赋形R10DMRS8（端口7~14）8基于CSI-RS测量CQI/PMI/RI传输模式MIMO技术解调参考信号最大端口数单用户最大流数CQI/PMI/RI测量TM1多流波束赋型DMRS12（端口1000~1011）单用户昀大使用8端口8基于CSI-RS测量CQI/PMI/RILTE系统下行传输模式NR系统下行传输模式6NR变化2：不再使用CRS做RSRP/SINR测量(1/2)LTE•CRS-RSRP•CRS-SINR•SS-RSRP/CSI-RSRP•SS-SINR/CSI-SINR基于广播中SSS空闲态/连接态均可用基于CSI-RS仅连接态均可用NRNR系统广播变化：•同步信号+广播=SSB•时频域配置灵活：•频域：20RB，位置可配•时域：发送窗长2ms*，周期可配•重复发送：昀大8次*•空域发送方式：时分波束扫描*均以3.5GHz系统,SCS=30kHz为例7NR变化2：不再使用CRS做RSRP/SINR测量(2/2)LTE•CRS-RSRP•CRS-SINR•SS-RSRP/CSI-RSRP•SS-SINR/CSI-SINR基于广播中SSS空闲态/连接态均可用基于CSI-RS仅连接态均可用NR•对连接态UE发送，用于：•RRM测量•无线链路同步状态监测•CQI/PMI/RI测量•配置灵活：•周期长，稀疏•宽带/窄带可配•可配为小区公用/UE专用•占用系统公共开销CSI-RS8NR变化3：下行公共/控制信道基于DMRS解调下行公共/控制信道MIMO模式解调参考信号PBCHSFBCCRSPDCCHSFBCPCFICHSFBCPHICHSFBCLTE下行公共/控制信道NR下行公共/控制信道下行公共/控制信道MIMO模式解调参考信号PSS/SSS/PBCH波束赋型/扫描DMRSPDCCH波束赋型/扫描•由于前面提到的三个变化，NR中CRS信号被取消•业务信道均采用波束赋形传输模式（TM1）•采用SSB/CSI-RS进行RSRP/SINR测量•采用DMRS进行公共/控制信道解调9NR变化4：公共/控制信道波束赋形或扫描水平方向垂直方向5GNR时分扫描•水平面扫描：在一个扫描周期内完成水平面的覆盖64通道&16通道仅64通道时分扫描•垂直面扫描：在一个扫描周期内完成垂直面覆盖•垂直面赋形：赋形出宽波束实现高楼覆盖为了进一步匹配业务信道能力，需要增强公共/控制信道覆盖，NR协议提供广播波束赋形/扫描手段，水平和垂直维度均提供动态窄波束10NR变化5：波束扫描引起物理层空口过程的变化分类4G发送方式5G发送方式其他相关信道SIB/Paging/Msg2广播•SIB/Paging：波束扫描发送•Msg2：随机接入后获知UE波束，可不扫描PDCCH广播，宽带•带宽可配•发送方式：波束扫描/波束赋型随广播波束扫描，相关公共信道发送方式和空口过程发生改变相关空口过程随机接入UE通过某个SSB波束接收广播，通过SIB获得PRACH接入资源基站通过随机接入获知UE接收的SSB波束基站采用该波束发送Msg2波束1波束2波束3一个或多个不同的PRACH资源√Msg2SSB1SSB2SSB3接收波束1波束3接收波束2接收波束3UE测量邻区不同SSB波束的RSRP切换时，选择邻区预留的随机接入资源，基站通过随机接入获知UE的昀优SSB波束实现小区间波束级切换目标小区波束1目标小区SSB1目标小区波束2目标小区波束3目标小区SSB2目标小区SSB3为切换用户预留的非竞争随机接入资源目标小区接收波束1目标小区接收波束2目标小区接收波束3切换√11目录•5GNR多天线技术原理•5GNR多天线产品规划及性能预期•5GNR多天线变化对组网方案的影响•5GNR多天线变化对运维优化的影响•后续工作128通道天线2.6GMassiveMIMO3.5G16通道天线3.5GMassiveMIMO广播水平波宽65°65°与扫描波束数有关与扫描波束数有关广播垂直波宽6°8°/高楼覆盖30°6°6°下倾角0,3,6,9初始3度，可调固定6/初始6，可电调初始6，可调广播波束增益D频段：16.5dBi16dBi/高楼覆盖15dBi15dBi+XX与扫描波束数有关17dBi+XX与扫描波束数有关5G多天线产品控制信道能力13•业务信道：64T64R支持更强多天线能力，业务速率大幅提高•下行64T发送•更高波束赋形增益：单用户下行4流峰值速率不低于1.3Gbps，下行8流峰值速率不低于2Gbps•更窄波束：下行MU能力提高，小区下行不低于16流，峰值不低于4Gbps•上行64R接收•更强上行接收性能：单用户上行2流峰值速率不低于175Mbps，上行4流峰值速率不低于370Mbps•更强抗干扰能力：上行MU能力提高，小区上行不低于8流，峰值不低于700Mbps5G多天线产品业务信道能力-峰值145G多天线产品业务信道能力-小区容量2.6G8T下行频谱效率100%2.6G64T下行频谱效率230%单载波带宽20MHz3.5G64T下行频谱效率230%*160%新特性增益保护带开销降低8%CRS开销降低10%宽带干扰下降10%终端4流渗透率提高~20%单载波带宽100MHz上行频谱效率220%上行频谱效率220%*140%新特性增益保护带开销降低8%终端26dBm~10%上行64QAM渗透率提高~20%频谱效率增益带宽增益上行频谱效率100%15目录•5GNR多天线技术原理•5GNR多天线产品规划及性能预期•5GNR多天线变化对组网方案的影响•5GNR多天线变化对运维优化的影响•后续工作16•LTE网络验收指标：在邻区50%负载条件下的CRSRSRP和CRSSINR•CRSRSRP：表征信号强度，主要用于用户驻留、小区重选、切换/互操作•CRSSINR：表征信号质量，主要保证用户的边缘速率LTE系统NR系统•CRS-RSRP•CRS-SINR•SS-RSRP/CSI-RSRP•SS-SINR/CSI-SINR基于广播中SSS空闲态/连接态均可用基于CSI-RS仅连接态均可用•5GNR定义SS-RSRP/CSI-RSRP代替CRSRSRP，SS-SINR/CSI-SINR代替CRSSINR，因此，需要考虑：•怎么用：用于网络验收的具体参数（SS-RSRPorCSI-RSRP、SS-SINRorCSI-SINR）•怎么发/怎么测：参考信号（SSB/CSI-RS）的具体发送方式，从而确定网络验收测量方法5GNRMassiveMIMO验收指标讨论17SSB与CSI-RS用于RSRP/SINR测量的比较SS-RSRP/SS-SINRCSI-RSRP/CSI-SINR测量对象SSSCSI-RS应用条件空闲态和连接态均可用仅连接态可用资源开销系统必需的开销相比SSB，额外占用系统开销测量带宽窄带可配，宽带或窄带上报方式按beam测量上报：•小区测量结果可配置为多个beam的昀强值或大于门限的N个beam的均值•可配置各beam均上报•SSB的时域/频域配置影响SINR，需研究SSB时频域配置建议•SSB的空间波束配置影响RSRP，需研究SSB波束扫描方案从应用条件和资源占用情况角度，SS-RSRP及SS-SINR建议作为网络验收指标怎么用：怎么发/怎么测：18SSB时频域配置方案LTE：CRS时频域配置•全带宽，邻区CRS按PCI模3错开•灵活，邻区时频域配置可对齐/错开•规避干扰是错开配置的主要原因：•CRS采用宽波束发送，且CRS-SINR会影响TM2/3用户业务信道的调度，对齐将产生明显干扰，影响业务性能•干扰不再是影响配置的主因：•SSB采用窄波束发送，且NR系统的SSB不影响业务信道调度，对齐不会引入明显干扰，且不影响业务性能•反映指标•基于错开配置，LTECRS-SINR规划指标可直接映射到业务速率能力•不同配置的反映指标•对齐：反映SSB间干扰情况，仅反映小区初始接入、切换性能；•错开：反映PDSCH对SSB干扰情况，一定程度映射至业务速率能力，与LTE规划指标一致NR：SSB时频域配置SSB时频域配置影响规划和验收指标，待进一步研究19SSB波束扫描方案•根据以下原则，确定SSB扫描方案•优先满足地面全覆盖•按需提供垂直面覆盖•不同站型具有统一的规划验收指标N个面向地面覆盖的窄波束按需m个面向高楼覆盖的波束SSB波束扫描方案为N+m：N波束N波束：N=3时分扫描•N为地面覆盖波束：垂直波宽6°，水平波宽与N的个数有关，按地面覆盖需求确定•m为垂直面波束：提供高楼覆盖能力，按覆盖需求确定•N与m的关系：时分扫描，N+m=8•16通道设备仅有N波束能力，没有m波束能力m波束的垂直/水平波宽根据覆盖需求调整m波束规划的小区边缘高楼覆盖从统一验收指标、验收指标可测量角度，基于N波束进行规划验收20多天线对组网结构的影响—干扰水平信道LTENRCRS宽波束、全频带（PCI模3干扰）无PBCH宽波束，同时频位置可波束扫描，可频分、时分公共业务信道（SIB/PAGING/MSG2）宽波束可波束扫描公共控制信道（PDCCH）宽波束，全频带波束扫描/赋形，可频分业务信道宽波束+波束赋形波束赋形•控制信道配置灵活，干扰下降•业务信道干扰随机化•低负荷：无宽带CRS干扰，干扰下降•中等负荷：资源分配维度增加空间域，邻区波束碰撞概率大幅下降，干扰下降•高负荷：MU-MIMO复用层数增加，波束碰撞的概率提升，流间干扰带来显著干扰提升•NR与LTE相比：无宽带CRS、业务信道全面窄波束、控制信道时/频资源灵活可配NR系统上下行干扰强度变化不大，下行SINR有所提升•NR上行干扰机制与LTE变化不大，但通道数增多，抗干扰能力较LTE8通道组网更强，上行IoT预期与LTE相比变化不大•但NR系统MU能力更强，上行复用层数高时，IoT有所提升NR下行干扰变化NR上行干扰变化21干扰变化对组网结构的影响室外宏站组网保持传统蜂窝架构，重叠覆盖度等组网指标可适当放松•室外宏覆盖组网结构：•基于NR系统上下行干扰特性，宏覆盖网络仍需保持传统蜂窝网