5G网络中的波束管理

5G网络中的波束管理\o"5G"#5G\o"波束管理"#波束管理\o"BeamManagement"#BeamManagement波束管理做为5G无线网络技术的关键之一，其在终端接入和连接过程中都发挥着重要作用；如图1所示gNB和UE通过扫描和探测找到共同最佳的波束进行接入和连接。

图1.5G网络中的波束管理一、初始接入波束选择

在5G网络中gNB发送一系列不同方向的SSB波束，终端(UE)检测其中最好的波束,并通过PRACH发送到映射至特定SSB波束ID的位置(即gNB计算出UE检测到的SSB波束)，也就是它从UE收到PRACH的位置。

图2.gNB波束发送与终端(UE)波束探测如上图所示,无线网络中gNB在每个半帧内发送8个含有SSB的波束;位于不同位置的终端UE1和UE2分别接收到其最强的波束(BeamID1和BeamID7)。终端(UE)测量和识别最佳波束机制为：

i)多个SSB以特定间隔传输。

ii)每个SSB都可以通过一个称为SSB索引的唯一编号来标识

iii)每个SSB通过特定方向的特定光束传输

iv)多个UE位于gNB覆盖周围的不同位置。

v)UE在某个时间段(一个SSBSet的时间段)内测量它检测到的每个SSB的信号强度。

vi)根据测量结果，UE可以识别出信号强度最强的SSB索引。这个信号强度最强的SSB是UE的最佳波束(如Beam#1是UE1最佳波束;Beam#7是UE2的最佳波束）二、连接态波束管理一旦终端(UE)进入与网络的连接状态，至少1个波束(或多个波束)在终端(UE)与网络之间正确连接。终端(UE)和网络波束的连接方式可将归纳为四种不同的情况，如下所示。

在case1中,UE和网络通过单个TRP(Tx/Rx点)和单个波束连接;

在case2中,UE和网络通过多个TRP(Tx/Rx点)和每个TRP的单个波束连接;

在case3中,UE和网络通过单个TRP(Tx/Rx点)和多个波束连接;

在case4中,UE和网络通过多个TRP(Tx/Rx点)和每个TRP的多个波束连接。连接状态期间波束管理：

i)网络传输用于波束管理的特定参考信号

ii)UE检测信号并执行一些测量并向网络发送反馈三、波束切换5G基站必须比前几代移动基础设施更接近终端用户，因此这种波束级的细粒度跟踪成为可能。因此当终端(UE)移动时gNB会动态计算信号发送的方向，从而有效地跟踪用户。如果波束无法跟踪用户，终端(UE)根据测量结果会切换到不同的波束。

图3.当UE1向右移动时将会切换到UE2所使用波束四、波束管理4.1

数据发送数据发射时gNB(或UE)在尝试发送信号时须将波束指向哪个方向呢？答案很简单:gNB(或UE)须在能够以最佳信号质量到达接收的方向上发送信号。gNB(或UE)确定方向方法大概如下：当gNB在传输中通过评估来自UE的多个波束的特定参考信号的质量来确定这个方向。gNB评估来自多个波束中的每一个的参考信号的质量并选择最好的一个。来自UE的参考信号称为SRS。当UE发射时通过评估来自gNB的多个波束的特定参考信号的质量来确定这个方向。UE评估来自多个波束中的每一个的参考信号的质量并选择最好的一个。在这种情况下来gNB的参考信号可能会因情况而异,有时它可以是SSB，有时它可以是CSI-RS。

*这种参考信号质量的估计应在它们传输信号之前的某个时间完成。3GPPTR38.802(V14.2.0)-对这种情况的描述如下：TRP能够根据TRP对TRP的一个或多个Rx波束的上行链路测量来确定用于下行链路传输的TRPTx波束UE能够基于UE对UE的一个或多个Rx波束的下行链路测量来确定用于上行链路传输的UETx波束

注:TRP是gNB的传输点。4.2

数据接收gNB或UE在尝试接收信号时必须将其波束指向哪个方向呢？答案是:gNB或UE)须将接收器调整到能够以最佳质量从发射器接收信号的方向。而gNB或UE确定从哪个方向以最佳质量接收信号的方法大体如下：当gNB接收到来自UE的信号时(在此之前)gNB应该以CSI报告的形式从UE获得最佳方向的信息。当UE从gNB接收信号时(在此之前)UE应该从gNB获得最佳方向的信息（gNB根据来自UE的多个波束的SRS信号质量的测量检测到最佳方向，并指示UE的最佳方向）最好的方向）。3GPPTR38.802(V14.2.0)-对这种情况的描述如下：