Beam Management in 5G NR

??波束管理，是5G NR中基于信道質量來動態選擇每個UE和gNB之間以什么方向和頻率的波束beam來進行通信。

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背景

??5G NR（New Radio）支持非常高的數據速率和更低的延遲。5G NR支持FR1和FR2頻段，FR1為亞6 GHz（450至6000 MHz）；FR2為毫米波段（24.25 GHz至52.6 GHz）。

??由于毫米波頻帶使用非常高的頻率，因此會導致傳播損耗和其他損耗。為了補償損失，在這種頻率下定向通信是必不可少的。5G NR選用波長較小的大量天線單元的天線陣列（MIMO）。大規模天線為射頻鏈路預算提供波束形成增益，有助于補償傳播損耗，并且由于空間復用技術，大型天線陣列有助于實現更高的數據速率。

??但是問題在于，大規模天線陣列的輻射范圍不再是圓形而是如圖中?的梭形，這要求gNB和UE間的傳輸鏈路的發射和接收波束必須精確對準。為了實現波束對的對齊，并具有所需的端到端性能和所需的延遲，5G NR中引入了波束管理（beam management）。波束管理在IDLE模式（UE與gNB未連接）和CONNECTED模式（UE與gNB交換數據）下都必不可少。

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波束管理程序

??5G NR中使用波束管理程序，以獲取和維護可用于DL和UL傳輸/接收的一組TRxP和UE波束。（TRxP即基站，Transmission Reception Point，也稱為TRP）

beam sweeping

波束掃描（beam sweeping）是一種以規則間隔在所有預定義方向傳輸波束以覆蓋一個空間區域的技術。因為大規模天線陣列形成的波束非常狹窄，因此動態掃描以覆蓋整篇區域顯得十分關鍵。 例如，移動終端連接過程的第一步，初始接入（與系統同步并接收最小的系統信息廣播）時就需要波束掃描，基站在特定時間將波束傳輸到特定方向，然后在下一個時間幀中稍微改變方向，以此類推，直到它可以掃描它應該覆蓋的所有區域。

beam measurement

波束測量（beam measurement）指在gNB或UE處對接收信號的質量進行評估。在IDLE模式下，測量基于SS（Synchronization Signal），在CONNECTED模式下，下行測量基于CSI-RS、上行測試基于SRS。

beam determination

波束決策（beam determination）指根據通過波束測量獲得的測量結果，在gNB或UE處選擇合適的一個或多個波束。

beam reporting

波束匯報（beam reporting）指UE用于向無線接入網絡（RAN）匯報波束質量和波束決策結果的過程。

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下行鏈路波束管理過程

??在UE剛開啟并準備上網時，需要先和基站gNB建立聯系（initial attach），即UE和gNB選出彼此最佳波束。基站gNB以beam sweeping的方式對外發送一系列同步信號塊（synchronization signal block），UE檢測其中的最佳波束，并將PRACH發送到映射到特定SSB波束ID的位置，告訴gNB其檢測出的最佳Tx波束。然后基于gNB的最佳Tx波束，選擇出UE的最佳Rx波束

第一階段，gNB向所有方向平均發送，UE測量出信號強度最高的波束并回發給gNB。

然后gNB基于UE回發的最佳波束再發送一批更細分的波束，更加精確地選出信號強度最高的Tx波束

第二階段，gNB按照之前選出的最佳波束發送同步信號快，UE以不同Rx波束進行接收，并測量出最佳Rx波束。

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不同情況下的參考信號

下行鏈路

??在IDLE模式（UE和gNB尚未連接）的下行鏈路幀中，UE根據gNB基于周期集（即5/10/20/40/80/160 ms）以規則間隔發送的SS Block選擇最佳DL波束。SS Block包含PSS（主同步信號）、SSS（次同步信號）和帶DMRS的PBCH。

??在CONNECTED模式（UE和gNB已連接）的下行鏈路幀中，UE根據gNB發送的CSI-RS搜索最佳DL波束。

上行鏈路

??UE根據gNB方向發送SRS，gNB測量SRS以確定最佳UL波束。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的波束管理 Beam Management的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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