波束管理简介

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于 2024-08-26 14:09:21 首次发布

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波束管理简介

3GPP中，波束管理被定义为一组物理层或接入网高层的过程，用于获取和维护一组用于上行和下行传输或接收的gNB和UE波束。波束管理大致由：波束扫描，波束测量，波束判决，上报和指示，波束切换和波束恢复组成。

波束管理一般性原则

在多个候选波束中传输参考信号，并估计每个候选发射波束在接收端接收到的参考信号的质量，然后将质量最高的一个或多个波束的测量结果反馈给发射机侧，以便发射机知道在随后到来的数据传输中使用哪种波束。在NR中，下行方向：CSI-RS和SSB用作下行波束管理；在上行方向：SRS用作上行的波束管理
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最佳波束参考

对于NR的下行链路，使用先前传输的参考信号（CSI-RS或SSB）的索引分别为SSB RI和CRI。对应地，在上行方向，使用先前传输的SRS的索引作为最佳波束的参考，即SRI。

导频端口选择

从节省开销角度考虑，使用较少的导频端口(1端口和2端口）。考虑到CSI获取的CSI-RS统一性设计，R15 NR标准复用1端口和2端口的CSI获取的CSI-RS用于波束管理。
在这里插入图片描述可以用RRC信令为UE配置一个或多个CSI-RS资源集合。每个CSI-RS资源集合包含一个或多个CSI-RS资源，且每个CSI-RS资源只能配置为1端口或2端口。

波束扫描

指在特定周期或时间段内，采用预先设定的方式发送和接收波束，以覆盖特定空间区域
在UE初始接入阶段，下行波束扫描是通过SSB实现的，gNB的预定义方向上，以固定的周期发送SSB信号。
在RRC连接状态下，CSI-RS也可用于波束扫描的方式发送，但是如果要对所有预定义的波束方向进行覆盖，开销太大，因此,CSI-RS仅根据所服务的UE的位置，在预定义波束方向的特定子集中进行发送。
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波束测量

指UE或gNB对接收到的参考信号的质量和特性进行测量，以识别出最好波束的过程。
对于下行方向，在空闲模式下，UE基于SSB进行测量，UE通过对PBCH的DMRS进行测量，获取SSB相关的RSRP和SINR等信息。
在连接态下，UE基于SSB或CSI-RS进行测量
对于上行方向，gNB基于SRS进行测量。

波束报告

对于UE，上报波束的测量结果

波束指示

gNB通知UE选择指定的波束
如果UE和基站同时维护多个发射天线和接收天线对，基站下行传输PDSCH或PDCCH时，可以选择使用哪个发射天线，因此，UE需要将这个信息告知UE，以便UE切换为与gNB选择的发射天线相匹配放入接收天线。这个通知机制就是波束指示。在NR中，对于下行链路，支持有或无波束指示的波束管理。
对于有波束指示的下行波束管理，意味着基站需要通知终端某个PDSCH或PDCCH传输使用与配置的参考信号（CSI-RS或SS块）相同的传输波束［也就是说， PDSCH或PDCCH使用了和配置的参考信号相同的空间滤波器（Spatial Filter）］，因此，UE可以根据这个信息来调整自己的接收波束。当然，在这个动作之前，UE需要通过一些过程知晓对应于基站发射天线的最佳接收天线，以便在波束指示到来时快速地切换接收波束。波束指示机制将基于下行信令传输配置指示（TCI,Transmission Configuration Indication）来完成。
通过高层信令UE配置一组TCI状态，每个TCI状态都对应一组CSI-RS或SSB ID。也就是说，当UE收到TCI状态ID后，可通过**查询该TCI状态的准共址信息（QCL）**中包含的CSI-RS或SSB ID（见ASN.1-43）确定选择哪个接收波束来接收即将发送的PDSCH或PDCCH（与QCL中给出的CSI-RS或SSB ID对应的UE接收波束）。

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波束恢复

包括波束失败检测，发现新波束和波束恢复过程。使用多波束操作时，由于波束宽度较窄，波束故障很容易导致gNB和UE之间的链路中断，当UE的信道质量较差时，底层将发送波束失败通知，UE将选择新的SSB或CSI-RS，并通过新的随机接入过程来进行波束恢复，gNB将在PDCCH上发送UL授权许可信息，并结束波束恢复过程

matlab示例-NewRadioSSBBeamSweepingExample

matlab这个例子展示如何在5G NR使用SSB进行发射端和接收端的波束扫频。
在初始接入期间使用波束对链路的建立。波束管理包括波束扫频、波束测量、波束确定、波束报告和波束恢复等步骤。这些程序适用于下行链路和上行链路的传输和接收。
空闲用户在建立连接时的初始接入过程，通过下行链路方向传输的SSB burst，实现TRP(传输接收点）波束扫频和UE波束扫频，从而建立波束对链路。
一旦连接建立，相同的波束对链路可以用于后续传输，并通过CSI-RS/SRS进一步优化波束。在波束失败的情况下，可以重新建立这些链路，
示例生成NR的SSB burst，对每个SSB进行波束成形，以扫过方位角和仰角方向，通过空间散射信道传输信号，并在多个接收端波束上处理接收信号。示例测量每个发射接收对的参考接收接收功率（RSRP）,并确定RSRP的波束对链路，从而表示在模拟的空间场景中发射和接收端的最佳波束对。

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matlab这个例子SSB-pattern是case B，一个突发集内有8个ssb。发射端用8个波束扫描，接收端用8个波束扫描，总共产生8*8个波束对，然后测量这64个波束对对应的RSRP,选择RSRP最大的波束对作为最优波束对，最终得到的发射波束ID是6，接收波束ID是2，即最优波束对是（6,2）。