5G接入网及基站配置-Massive MIMO和波束管理

垂直波宽 6 6 6 6 6 6 6 6
波束报告：SSB最佳波束选择与上行PRACH波束
UE在接入过程中，通过解析PBCH DMRS的加扰序列获得SS Block Index
记录当前 SS Block 依据 PSS/SSS 测量得到的 SS-RSRP
对所有获得SS-RSRP的SS Block，选取RSRP最强的 SS Block Index对应的波束作为下行最优波束
P2：为Tx Beam Tracking。在P1波束训练的基础上，Tx波束进行小范围扫描，UE Rx不变，即对TRP发射波束精细化训练。 UE通过测量P2基站发送波束，并上报测量结果，基站可以获悉其波束变化情况，用于进行跟踪。
P3：为Rx Beam Tracking。在P1波束训练的基础上，TRP Tx波束不变，UE Rx波束小范围扫描，即对UE接收波束精细化训 练。UE通过测量P3来调整UE侧自身的波束，来保证UE使用波束最优。
RO3
RO 3N+1
RO 3N+2
RO 3N+3
SS block1
SS block2
SS block3
Actually transmitted SS blocks
mapping
波束训练
波束训练分为三个过程：P1、P2和P3，
P1：为Beam Sweeping过程。通过使UE对不同发送波束的测量来选择发送波束/UE接收波束对。在P1时候，UE和基站都 会进行轮扫，UE通过检测会获知基站和UE自身的波束情况，从而获知UE侧最优波束和基站侧最优波束，UE通过上报基站测 量结果，来告知基站应使用的波束。
《5G接入网及基站配置》
5G NR关键技术
MIMO
单输入单输出系统
多输入单输出系统
单输入多输出系统
多输入多输出系统
MIMO系统模型
CP-OFDM SISO信道估计示例：
r=Hx+n
MIMO应用
发送分集
多
空间复用
天
线
技
波束赋形
术
多用户MIMO
Massive MIMO相关技术
（1）信道估计 （2）预编码 （3）信号检测
用于下行波束管理的参考信号包括:
空闲态初始接入：SSB 连接态：CSI-RS或SSB
用于上行波束管理的信号包括：
空闲态初始接入：PRACH 连接态：SRS
波束扫描
波束扫描是基站针对终端的不同位置在不同方位、倾角的多个窄带波束中选择最优 波束发射来达到增强下行覆盖，减少干扰的效果。在UE接入过程中基站采用SSB波束 轮发方式探测UE的最优波束。在UE接入之后，能够获取CSI-RS的配置信息后，能够 进行CSI正常反馈，基站则采用CSI-RS波束轮发的最优波束。
下行波束训练
终端接收到的DCI中包含TCI状态，每个TCI状态包括参考信号标识（RS ID）和QCL类 型（QCL Type），终端根据TCI状态中的RSID找到对应的RS，终端通过波束训练已经 获知接收该RS（即对应的波束）应该使用的接收波束，终端使用该RS的接收波束接收 PDSCH.
上行波束扫描
上行发送波束扫描：一个或者多个SRS resource set, 每个set中SRS resource的SpatialRelationInfo参考信 号配置为不同时，即配置为不同发送波束，UE进行发 送波束扫描，基站可以保持接收波束不变。不配置 SpatialRelationInfo时，由UE自行实现发送波束扫描。
UE选择与该SSB对应的RACH occasion、Preamble发送MSG1
基站根据UE上行PRACH的资源位置，读取MSG1，判断出UE所选择的最佳波束
PRACH configuration period
Time period for association
Punctured RO
RO1
RO2
Massive MIMO
Massive MIMO天线配置
当前主流天线单元为192个。 有64通道和32通道两种配置： 其中32通道，每个通道6个单元振子； 64通道，每通道3个单元振子；。
波束管理
NR中的波束管理，主要包括以下几个流程：
波束扫描：发送参考信号的波束，在预定义的时间间隔进行扫描 波束测量/判决：UE测量参考信号，选择最好的波束 波束报告：对于UE，上报波束测量结果 波束指示：基站指示UE选择指定的波束 波束失败恢复：包括波束失败检测，发现新波束，波束恢复流程
RRC高层下发送波束失败检测/恢复相关配置参数 UE在连接态下的波束失败检测 新波束的发现 波束恢复请求 完成波束恢复
波束故障恢复的触发条件包括两个内容：
发现波束故障事件 找到候选波束
波束失败检测
如果UE所评估的与PDCCH DMRS满足QCL关系的下行参考信号q_0所测量的信道质量（BLER）小于 门限，则认为波束发生失败，并向高层提供指示。在失败检测定时器时长内，如果底层检测失败的个 数大于等于最大个数，则触发波束失败恢复流算对应波束的天线权值，物理层根据这套权值来对天线进行加权处
理，空口的波束就达到配置的4元组要求。
波束Index
方位角
下倾角
1
-29
3
2
-20
3
3
-12
3
4
-4
3
5
4
3
6
12
3
7
20
3
8
29
3
水平波宽 16 10 10 10 10 10 10 16
上行接收波束扫描：一个或者多个SRS resource set, 每个set中的SRS resource的 SpatialRelationInfo参考信号配置为相同 时，即配置为相同发送波束，，UE发送波 束不变，基站可以进行接收波束扫描。
波束恢复
波束故障恢复的主要原理是帮助基站或UE根据波束测量结果调整当前故障波束到其 他可用的波束，从而避免波束失准造成的频繁无线链路失败 波束故障恢复的总体流程包括：
SSB波束扫描
频率<=3GHz，SSB发送个数最大为4个；
3GHz<频率<=6GHz，最大为8个； 频率>6GHz，最大为64个。
以3.5GHz为例，SSB的波束轮发周期为 20ms，基站在每20ms的第一个2ms完成 SSB的波束轮发。
L=8时的波束扫描示意图
波束描述
波束用4元组来描述：方位角、倾角、水平波束宽度、垂直波束宽度，这四个参数代