带你读《5G 无线增强设计与国际标准》第三章增强多天线技术3.2增强波束管理(一)-阿里云开发者社区

开发者社区> 人民邮电出版社> 正文
登录阅读全文

带你读《5G 无线增强设计与国际标准》第三章增强多天线技术3.2增强波束管理(一)

简介: 《5G 无线增强设计与国际标准》第三章增强多天线技术3.2增强波束管理

3.2.1基本原理


NR 支待 FR2 频段(24 250~52 600MHz),为了克服 FR2 频段传播带来的严重的传播损耗,NR 引入了大规模发送/接收天线的波束赋形技术。NR R15 版本引入了基本的下行和上行波束管理技术,支待波束测量、波束上报、数据和控制信道的波束控制以及下行波束失效时的波束恢复过程。

NR R16 对波束管理增强主要集中在:降低波束管理中的开销和时延、提高波束管理效率、将波束失效恢复(BFR)过程扩展到辅小区(SCell),以及使用新的波束测量参数(L1-SINR)以支待更加精准的波束赋形。


3.2.2 降低开销和时延


模拟波束赋形是 NR R15 中引入的最重要的机制之一,利用大规模天线,以低成本设备获取超高速率数据传输。大面积的覆盖要求使用大量的模拟波束,这使得降低波束管理的时延和开销成为系统优化的一个重要组成部分。

在 NR R15 中,基站通过 RRC 信令为 PDSCH 配置一组候选波束,之后通过 MAC-CE进一步缩小候选波束的范围,再用物理层(L1)动态信令从 MAC-CE 激活的波束中选择一个特定的波束用千传输;或者,通过 L1 动态信令直接从  RRC 配置的候选波束中选择一个特定的波束。对千 PUCCH,基站通过 RRC 信令为其配置多个波束,并通过 MAC-CE 对每个 PUCCH 资源的波束进行激活。如果为终端配置了多个 PUCCH 资源,则需要多个 MAC-CE 去激活,这会导致较大的信令开销。

对千 PUSCH,终端使用与基站指示的 SRS 资源相同的波束传输。对千基千码本的PUSCH,与之对应的 SRS 资源集合中最多有两个 SRS 资源。对千非码本的 PUSCH,则最多有 4 个 SRS 资源。如果基站要更新 PUSCH 的波束,则需要通过 RRC 信令对 SRS 的波束进行重配,这将导致较大的时延。

通过 RRC 信令配置一组很大数目的波束可以避免终端在小区内移动时带来的频繁RRC 配置,使用  MAC-CE 信令从中选择波束减少了 L1 动态信令开销。当终端在小区范围内移动时,可以通过 MAC-CE 激活较小数目的候选波束组,从而实现了在调度时延和L1 动态信令开销之间很好的折中。

尽管 NR R15 精心设计了波束管理的机制,在考虑到调度时延和系统开销时仍旧存在许多缺点。R16 的工作旨在进一步优化 MAC-CE 信令来减少时延、开销以及增加系统灵活性。


1. 对 PUCCH 进行基千分组的波束激活


在每个服务小区(Serving Cell)的每个 BWP 上,基站为终端最多可以配置 128 个PUCCH 资源,可以通过 RRC 信令最多配置 8 个上行波束(PUCCH-SpatialRelationInfo), 并由 MAC-CE 为每个 PUCCH 资源激活其中的一个。

R15 的设计中,每个 PUCCH 资源单独激活波束的设计非常不灵活,这意味着最多需要传输 128 个单独的 MAC-CE 来完成对 128 个 PUCCH 资源的波束更新。多数情况下, 终端实际使用波束的数量远小千 PUCCH 资源的数量,针对每个 PUCCH 资源分别激活波束的效率很低。

R16 将一个 BWP 的 PUCCH 资源分为 N 个组,并用一个 MAC-CE 同时激活一组内的 PUCCH 资源的波束。被分在相同组的 PUCCH 资源使用相同的波束。通过这种方法, 对千一个 BWP 内的所有 PUCCH 资源的波束只需要 N 个 MAC-CE 来激活,大大降低了信令开销和时延。

分组个数 N 的选择要在时延、开销和系统灵活性之间折中考虑。通过 RRC 信令最多可以配置 8 个上行波束,分组个数 N 不应该超过 8。多千 1 个分组的波束更新的最重要用例是下行多点协作传输,对千其中一个特定的 TRP 要配置一组 PUCCH 资源。R16 最终选择 N=4 作为 PUCCH 最大分组数(也就是说,2、3、4 均为可能的配置,配置哪个值取决千具体的用例)。PUCCH 资源分组通过 RRC 信令进行配置,MAC-CE 用千激活分组中一个单独的 PUCCH 资源的波束,与该 PUCCH 资源属千同一个分组的 PUCCH 资源将同时更新使用相同的波束。


2. 非周期 SRS 的波束更新


非周期   SRS   的优势在千具有较低的空口开销。R15   的非周期   SRS   所用的波束(SpatialRelationInfo)是在 RRC 信令中配置的。改变非周期 SRS 的波束就需要 RRC 重配,这将带来较大的空口开销和时延。

R16 支待了通过 MAC-CE 对非周期 SRS 资源更新波束,这样做会带来比只基千 RRC 重配更快的波束自适应,同时保待较小的 L1 动态信令开销。各种类型的 SRS 资源集(码本、非码本、天线切换、波束管理)均支待这种机制。为此增强 R16 引入了新的 MAC-CE。


3. PUSCH 和 SRS 路径损耗参考信号更新


路径损耗参考信号被用千开环功率控制。终端基千所配置的路径损耗参考信号进行下行路径损耗测量。这个路径损耗测量值被用千推导上行链路功率补偿从而使得到达基站的接收信号功率达到目标值。

不同的上行信道/信号(PUCCH/PUSCH/SRS)有不同的路径损耗参考信号配置机制。 在 R15 中,每个 PUCCH 资源的路径损耗参考信号是通过 RRC 信令进行配置的。对千SRS,路径损耗参考信号是对每个 SRS 资源集通过 RRC 信令配置的。对千 PUSCH,DCI 格式 0_1 中的 SRI 域的每个取值与一个候选的 PUSCH 路径损耗参考信号关联。一个终端最多可以被配置 4 个路径损耗参考信号,并且最多可以配置 4 个与 SRI 域取值相关联的路径损耗参考信号。这种做法限制了 SRS 和 PUSCH 功率控制的灵活性,当终端在小区内移动时,更新路损测量参考信号需要 RRC 重配。R16 支待了基千 MAC-CE 的 PUSCH 和 SRS 路径损耗参考信号更新。

对于非周期和半持续性 SRS 资源集,可以通过 RRC 信令配置多个路径损耗参考信号,用 MAC-CE 来激活其 的一个。

对于 PUSCH,可以通过 MAC-CE  消息激活对应于 SRI 域取值的路径损耗参考信号。

为了避免 RRC 重配带来的时延,可以通过 RRC 信令使一个终端配置的路径损耗测量参考信号总数增加到    64。对千所有上行信道/信号(PUCCH/PUSCH/SRS),终端需要同时维护的路径损耗参考信号数量至多为 4 个,其中的具体数字(2、3、4)取决千终端的能力。当 RRC 配置的参考信号总数大千 4 时,终端按照自己的能力上限检测参考信号。

当使用 MAC-CE 激活的路径损耗参考信号是终端正在维护的路径损耗参考信号之一时,新激活的路径损耗参考信号的测量结果在收到承载 MAC-CE 对应的 ACK/NACK 之后 3ms 生效。

R16 支待了新的 PUCCH 波束更新机制(见 3.2.2 节第一部分),同一 MAC-CE 也被用千更新路径损耗参考信号。


4. PUCCH/SRS/PUSCH 默认波束


对千上行信道/信号(PUCCH/PUSCH/SRS),可通过 RRC 信令配置一组候选发送波束,实际所用波束由 MAC-CE 激活。由千大部分 RRC 参数的配置是可选的,所以需要定义在没有 RRC 信令配置情况下的上行发送波束,即默认上行波束。同时,也需要避免在 RRC 信令配置和 MAC-CE 激活这段时间之内的上行波束模糊性。对千路径损耗参考信号也存在类似的问题。

定义默认波束解决了在从 RRC 配置到 MAC-CE 激活这段时间内的波束模糊性问题。另外一个潜在的用例是,一些部署场景中,基站可以只配置一个下行波束和一个上行波束,对   千上行传输基站不需要再配置任何波束信息,这时候终端默认的上行波束就可以正常工作。

(1)PUCCH

对千PUCCH,基站可以针对每个 PUCCH 资源配置波束(PUCCH-SpatialRelationInfo)以及路径损耗参考信号。当没有配置波束时,PUCCH   的默认波束可以与另外一个下行或者上行信号关联。R16 将 PUCCH 的默认上行波束与一个预先定义的 CORESET 的下行 QCL 源参考信号相关联,即在没有配置 PUCCH 波束时。

如果PUCCH 所在的服务小区 存在CORESET,PUCCH 的默认波束由标识(ID)最小的 CORESET 得到。终端丁该 CORESET 的 TCI 状态  QCL-Type  D 的参考信号的接收波束作为 PUCCH 的默认波束。

如果 PUCCH 所在的服务小区没有配置 CORESET,PUCCH 的默认波束由激活的 PDSCH TCI 状态  ID 最小的 TCI 状态得到。终端丁该 TCI 状态  QCL-Type D 的参考信号的接收波束作为 PUCCH 的默认波束。

对于既无 CORESET,又无激活 TCI 状态的服务小区,没有对其 的 PUCCH 默认波束进行定义。

这里都是假设终端的下行波束和上行波束之间存在互易性,从而一个下行信号的接收波束可以作为另一个上行信号的发送波束。

£¨2£© SRS

SRS 引入了与 PUCCH 相同的波束和路径损耗参考信号的配置方案。也就是说,如果在激活的 BWP 内存在 CORESET,SRS 的上行发送波束由 ID 最小的 CORESET 得到; 否则,SRS 的上行发送波束由激活的 PDSCH TCI 状态中 ID 最小的 TCI 状态得到。

£¨3£© PUSCH

对千 PUSCH,波束和路径损耗参考信号不是显式配置的。PUSCH 的路径损耗参考信号是通过在 RRC 信令中配置与 SRI 域取值关联的参考信号来指示。对千 DCI 格式 0_1 调度的 PUSCH,SRI 总是对应一个 SRS 资源,这个 SRS 资源会提供相应的波束和路径损耗参考信号配置,因此不需要定义默认波束。

唯一的例外是,当用 DCI 格式 0_0 调度 PUSCH 的情况。当用 DCI 格式 0_0 来调度PUSCH 并且开启默认波束设置时,波束和路径损耗参考信号都由 ID 最小的 CORESET 得到。这种情况适用千激活的 BWP 没有配置 PUCCH 资源,或者所有的 PUCCH 资源没有配置波束时。如果至少有一个 PUCCH 资源被配置了波束并且关闭了默认波束设置, 终端按照 R15 的方案确定默认波束。


5. 跨 BWP/CC 配置


R15 中下行和上行链路候选波束是基千每个 BWP/CC   进行配置和激活的。对千PDSCH,基站通过 RRC 信令配置一系列 TCI 状态,之后为每个 BWP/CC 激活 TCI 状态。对千其他信道/信号(PDCCH/PUCCH/SRS),候选波束的配置和激活是基千资源进行的。这就会导致 MAC-CE 的空口开销随着 BWP/CC 数目的增加而线性增加。如果对一个 CC 的 MAC-CE 激活命令可被用千多个 CC,将会有助千减少 MAC-CE 的空口开销和时延。这样一个 CC 的 MAC-CE 激活命令可被用千多个 CC 的机制在 R16 中被引入。

对千 PDSCH,R15 的 MAC-CE 在一个 BWP 内可以激活一组最多 8 个 TCI 状态。在R16 中,RRC 最多可配置两个 CC 的列表。激活一个 CC 上 TCI 状态的 MAC-CE 将同时激活 CC 列表中所有 CC 的所有 BWP 上具有相同 ID 的 TCI 状态。RRC 配置的两个 CC 列表不能重叠。

对千一个 CORESET,激活其 TCI 状态的 MAC-CE 将同时完成对 CC 列表内所有 CC 所有 BWP 上具有相同 ID 的 CORESET 的激活,这些 CORESET 激活的是相同 ID 的 TCI 状态。

对千一个 SRS 资源,激活其 SpatialRelationInfo 的 MAC-CE 将同时完成对 CC 列表内所有 CC 所有 BWP 上具有相同 ID 的其他 SRS 资源的激活,这些 SRS 资源激活的是相同的 SpatialRelationInfo。

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

分享: