中国移动清远分公司 广东 清远 511500

一、问题背景

PRACH(Physical Random Access Channel,物理随机接入信道),是UE一开始发起呼叫时的接入信道,UE接收到FPACH响应消息后,会根据NodeB指示的信息在PRACH信道发送RRCConnectionRequest消息,进行RRC连接的建立。

PRACH的随机接入过程如下:

1.在下一个接入时隙集中获得有效的上行接入时隙:在为相应的ASC所配置的有效的RACH子信道号所对应的接入时隙集中随机选择一个有效的接入时隙;假如在被选择的时隙集合中没有有效的接入时隙,那么从此ASC所对应的下一个接入时隙集中所对应的有效子信道集合中随机选择一个接入时隙。

2.在所选的ASC所对应的有效签名集中随机选择一个签名。

3.设置前缀重传计数器为PreambleRetransMax。

4.设置前缀的初始发射功率。

5.UE的物理层L1将向高层(MAC)报告状态("RAC Hmessage transmitted"),并退出物理随机接入过程。

在NR中的随机接入过程使用了波束,其中SSB在时域周期内有多次发送机会,并且有相应的编号,其可分别对应不同的波束,而对于UE而言,只有当SSB的波束扫描信号覆盖到UE时,UE才有机会发送preamble。而当网络端收到UE的preamble时,就知道下行最佳波束,换句话说,就是知道哪个波速指向了UE,因此SSB需要与preamble有一个关联,而preamble都是在PRAC Hoccasion才能进行发送,则SSB与PRAC Hoccasion进行了关联。

与4G仅支持单广播波束相比,5G可支持SSB广播多波束扫描,增强广播信道覆盖。

SSB配置为1/8波束时的覆盖等性能差异,需要进一步评估。

二、测试分析

在外场测试过程中,在基站覆盖的法线方向上,NSA室外基站覆盖室内场景下,实测覆盖能力:SSB8波束>PRACH>SSB1波束>PUSCH。如下图,

基站位于图中右侧方向,SSB 8波束覆盖最远点为左边星点位置,SSB宽波束覆盖最远点为右边星点位置。PRACH(Format0格式)覆盖最远点位于左右两个星点位置中间。

测试过程中,相同物理点位SSB8波束RSRP比宽波束高6～7dB,SINR高6～7dB,但是速率接近。在SSB宽波束覆盖最远点位置,上行业务信道无速率,说明PUSCH 覆盖先于SSB宽波束覆盖受限。具体过程如下:

当配置为8波束时,在8波束覆盖最远点,终端接收到MIB消息,但接入受限,具体表现是:终端发送MSG1后,接收MSG2超时,基站侧显示未收到MSG1,导致接入失败。8波束时,用户最远可以接入的位置为8波束覆盖最远点和1波束覆盖最远点间的中间位置。

当配置为1波束时,在八波束极限接入的位置上无法搜索到小区,靠近基站方向走半米后,可接收到SSB,在SSB宽波束覆盖的最远点(图中右边星位置),用户可接入成功,说明宽波束SSB先于PRACH受限。

在宽波束/8波束接入极限点接入后,均无法顺利进行上载业务,掉话原因是测试业务采用AM模式且NSA终端上行发射功率受限(20dBm)。说明PUSCH 信道覆盖小于SSB 宽波束

三、效果评估

在基站法线覆盖方向上,对于NSA模式,覆盖能力的大小关系如下:SSB8波束>PRACH>SSB1波束>PUSCH。当采用SSB水平8波束波束,可以增强SSB 覆盖,信号强度增强6-8dB;8波束可增强因SSB覆盖受限而限制的PRACH信道的覆盖,但上行PUSCH覆盖,无法通过SSB增强而提升。

在基站非法线覆盖方向上,如下图所示,上行信道(比如PUSCH或PRACH 信道)的天线增益在非法线方向远大于下行SSB,考虑到上下行发射功率和各信道解调门限的差异,非法线方向上行信道和下行SSB覆盖大小关系,相比法线方向可能会有变化。

四、总结

SSB水平8波束部署时,与1波束相比,优点是:可增强SSB的覆盖,非法线方向深度覆盖场景的接入性能也可能得到增强。缺点是:SSB 仅增强广播信号的覆盖,对对业务速率无直接影响,配置为8波束,可能会出现手机信号显示较高但无法进行业务的问题。

另外,目前SSB8波束的波束切换等波束管理等功能,部分系统和芯片厂家的配合上仍有待进一步优化,正在加紧推动中。建议对于通用地面覆盖,以水平8波束为主;对于高楼场景,建议灵活采用多层垂直广播波束进行深度覆盖。