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2.2.3 天线波束管理

在5G NR系统中,波束管理(Beam Management)被定义为一系列基于L1/L2层获取和维护基站收发天线点TRP(Transmission and Reception Point)和/或UE的波束,用于上下行发射/接收的流程。波束管理包含如下四个方面。

1)波束确定:基站TRP(s)或者UE选择自己的收发波束。

2)波束测量:基站TRP(s)或者UE测量接收波束信号的特性。

3)波束上报:UE基于波束测量结果上报。

4)波束扫描:根据预先定义的方式在一定时间段覆盖某一空域的波束传输和接收过程。

波束管理贯穿了业务的始终,以上具体流程在波束管理全生命周期中相互耦合,基站侧和UE侧都可以进行波束选择。在实际技术应用中,波束管理的目标就是形成波束或者叫作波束赋形,通过波束汇聚的增益提升小区边缘覆盖能力,从天线阵子组合实现波束本质来看,既包括传输波束赋形的能力,也包括接收波束赋形的能力。随着通信使用频率的不断演进,尤其步入高频或者毫米波时代,天线技术也随之产生变化,不仅基站侧(TRP)需要传输更窄波束,随着终端天线工艺的提升,UE侧也同样会具备波束赋形的能力,因此协议针对这样的天线技术演进需求,在天线收发波束能力方面也进行了相关的定义,对于基站侧而言,满足以下任何条件之一,可以认为TRP具备收发天线互易性和一致性调整能力:根据UE对于TRP的一个或者多个发射波束的下行测量结果的上报接收来确定TRP接收波束;根据TRP基于一个或者多个接收天线的上行测量来确定TRP关于下行传输的发射波束。

同样地,对于UE而言,满足以下任何条件之一,可以认为UE具备收发天线互易性和一致性调整能力:根据UE基于一个或者多个接收天线的下行测量来确定UE关于上行传输的发射波束;基于UE的一个或者多个发射波束的上行测量的TRP指示来确定UE关于下行传输的接收波束;UE支持波束互易性相关信息的能力指示上报。

协议还定义了涉及波束管理的三个阶段。

P1阶段:UE测量不同的TRP发射波束以支持选择TRP发射波束和UE接收波束,对于此阶段的TRP波束赋形,主要意味着基站TRP内部或者跨TRP间的波束扫描,类似目前SSB窄波束在空域中依次扫描的形态;而对于UE波束赋形而言,主要意味着UE从不同波束中进行接收波束扫描,P1阶段是TRP发射波束和UE接收波束调整的初始状态。

P2阶段:利用UE针对TRP接收波束的测量对于基站TRP的发射波束进行优化调整,P2阶段是波束赋形的调优阶段,可以认为是P1阶段的特例。

P3阶段:利用UE针对相同TRP发射波束的测量改变UE的接收波束从而根据接收-发射波束互易性使得UE实现发射波束赋形成为可能。

在P1~P3波束管理全生命阶段,UE可以基于与 K 个波束( K 等于配置波束的个数)对应的参考信号(CSI-RS/SSB)进行测量,同时UE需要选择 N 个发射波束的测量结果( N 不一定是固定不变的)进行上报。值得注意的是,以移动性管理为目的基于参考信号测量也属于波束管理的范畴。假定针对波束管理的高层参数配置了 M (≥1)个参考信号资源,同时配置了 N (≥1)个测量上报配置,应该将测量上报配置与参考信号资源预先进行关联,这样UE提供测量上报结果时,基站可以获取UE是基于哪个具体资源进行测量的。原则上,P1和P2阶段都支持资源配置和测量上报配置这一组合机制,P3阶段对测量上报配置机制不做限定。上报配置应该至少包含如下信息:所选择测量波束、L1层测量报告、上报的时域方式(例如:非周期、周期或半持续)和频域测量颗粒度,资源配置应该至少包含如下信息:资源时域传输方式(如非周期、周期或半持续)、参考信号类型(CSI-RS/SSB)、至少配置一个CSI-RS资源集合(每个集合中包含前面提及的 K 个CSI-RS资源,注:针对 K 个CSI-RS资源配置,一些参数诸如端口数量、资源时域传输方式、传输密度和周期等可以配置一样)。UE在波束上报时,至少会采取如下可选方案之一。

可选方案1:UE将TRP发射波束和与之相关的UE接收波束集一起上报,UE接收波束集定义为包括用来接收下行信号的一系列UE接收波束,至于采取何种方式构成UE接收波束集,协议不做约束,取决于终端实现,一种可能的解决方案就是将一个UE天线接收板对应一个UE接收波束集。如果UE包括了多个接收波束集,可以在上报TRP发射波束测量结果的同时,将与之相关的UE接收波束集的标识一并上报。

可选方案2:UE将TRP发射波束和与之相关的UE天线组一起上报,UE天线组指接收天线板或者其子阵列。如果UE包括了多个天线组,可以在上报TRP发射波束测量结果时,将与之相关的UE接收天线组的标识一并上报。

NR还支持UE根据控制信道质量(如低于某一门限或者能够定时器超时)触发波束失败恢复机制。一旦波束失败发生,那么波束失败恢复机制同步触发,网络侧可以为此机制预先配置相关参数(例如波束失败恢复相关随机接入参数配置)。业界目前普遍认为,低频系统中UE的发射波束和基站TRP的接收波束是相对比较宽的波束(或者笼统地称之为“全向波束”),因此一旦由于UE移动性造成的UE下行接收发射波束失步,可以通过UE测量上报,之后由基站侧进行发射波束的更新纠偏,可以简化与波束失败机制相关的系统参数配置。而在高频系统中,UE的发射波束和基站TRP的接收波束都是窄波束,一旦出现了波束方向的失位,很难仅通过基站波束赋形纠偏,因此有必要引入波束失败恢复相关机制。

NR可以通过下发与波束相关指示信息辅助UE进行波束接收(注:也可以不下发指示信息,协议不做限定),在UE使用基于CSI-RS测量机制时,网络侧可以通过近似联合口定位指示UE获取波束信息(注:基于SSB测量机制,可以通过下发QCL指示,也可以通过预先关联),QCL本质上是对于波束传输信道变化的指示,UE可以通过QCL确定是相同波束还是不同波束传输。NR可以支持使用相同或者不同波束实现控制信道和相应数据信道的传输。

针对控制信道PDCCH传输,UE可以同时接收多个PDCCH传输波束以增强解码鲁棒性,这取决于终端的实现能力,UE能够支持将下行参考信号(CSI-RS/SSB)与PDCCH DMRS端口通过近似联合定位(QCL)实现波束标识,网络侧可以通过MAC CE信令、RRC信令、DCI信令或者以上方式的结合实现QCL信息的传递。

针对下行数据信道PDSCH DMRS端口与下行参考信号之间的QCL关系,网络侧通过DCI进行动态指示。不同的DMRS天线端口可以与不同的参考信号端口之间实现QCL。NR支持所有DMRS端口实现近似联合定位(QCL),也同样允许DMRS端口之间的差异化。NR DMRS在时频域资源之外还引入了码域资源,占用相同时频资源,以码域资源区分的DMRS端口可以归入同一CDM组,组内的DMRS端口保持相同的QCL,不同组之间DMRS端口的QCL不同。

针对CSI-RS天线端口,UE默认两组CSI-RS资源之间没有QCL关系,两组CSI-RS资源之间如需建立QCL关系,需要通过信令指示予以明确,信令指示可以只包含部分QCL参数,如与UE接收相关的QCL参数(QCL-TypeD)。另外,如果同样使用SSB作为参考信号,两个参考信号(CSI-RS和SSB)之间也可以通过传递QCL部分参数建立近似定位关系。 U4A8vCZcllKl4Avgw5AXKCZcMTIXP2JldeVlLFPmVHX53pEVqgKn4ljieepvy62l

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