为什么需要波束？

使用波束赋形技术发送信号

使用波束赋形技术接收信号

TS38.331

NR 波束扫描

NR波束管理

下行链路波束优化

• 当UE进入RRC连接模式，就可以启动波束优化过程。这些过程可用于选择方向性更大，增益更高的波束。更多的定向波束可以改善链路预算，但也需要更频繁地在波束间做切换。

• CSI参考信号用于支持波束优化过程。例如， 每组4个CSI参考信号资源可以与每个SSB块相关联，当在FR1中使用8个SSB块时，总共可配置32个CSI参考信号资源。gNB可以将不同的波束赋形系数集应用于每个CSI参考信号资源，针对每个SSB块生成4个定向波束。

• 每组4个CSI参考信号可以在4个符号上进行时分复用，并与相关的SSB块进行频率复用。下图是使用SSB块上方的资源块的一组4个CSI参考信号。该示例假定CSI参考信号资源使用的密度是每个资源块对应3个资源元素（或者可以配置1或0.5的密度）。假定所有CSI参考信号资源都使用相同的子载波，因为它们是时间复用的，并且不需要在特定小区内进行频率协调。相邻小区的CSI参考信号配置使用不同的子载波，以避免CSI参考信号传输之间的干扰。

• 基站给每个传输配置不同的波束赋形系数：对应SSB资源块的波束成形系数生成相对较宽的波束；对应每个CSI参考信号的资源块的波束赋形系数会在更宽的SSB波束的包络内生成4个定向波束（CSI RS0/1/2/3 对应的4个优化波束在SSB0波束的包络中）。

• 在较宽的SSB波束的包络内的优化波束（refinedbeam）的布局与天线配置有关。如果天线使用单行收发器，则波束成形将限制在水平方向，并且优化波束集将布置在单个水平行中。如果天线使用多行收发器，则可以在水平和垂直方向上完成波束赋形。这允许把优化光束布置在多个水平行中。下图说明了对应这两种类型的天线配置的两种优化波束的布局。

• 每个CSI参考信号资源可以配置为使用单个逻辑天线端口。基站可以将波束赋形系数用于单极化，并使用单极化波束发送CSI参考信号。基站也可以将波束赋形系数用于双极化，并使用双极化波束发送CSI信号。在这两种情况下，对于希望在单个逻辑天线端口上接收单个下行链路传输的UE，对应的传输方案是透明的。

• 或者可以将CSI参考信号资源配置为使用2个逻辑天线端口。基站可以在每个极化方向用一个端口发射， UE会生成2个RSRP测量值的线性平均值。

• 基站可以指示UE识别并报告最好的CSI参考信号。这是通过CSI报告框架实现的，该框架允许基站配置CSI报告，并将报告数量设置为“ cri-RSRP”。这意味着UE会生成CSI报告，该CSI报告包括CSI参考信号资源指示符（CRI）用于指示最强的CSI参考信号，也就是UE标识并报告最好的下行链路优化波束。UE还报告从最强的CSI参考信号中测到的L1 RSRP。

• 优化波束可以用于PDCCH和PDSCH传输。或者，基站可以决定使用优化波束传输PDSCH，而用更宽的SSB波束传输PDCCH。这种方法允许PDSCH受益于高增益的定向波束；而PDCCH受益于较宽的波束， PDDCH也不需要在波束之间频繁切换。

• 在2×2 MIMO的情况下，在两个极化方向生成的2个波束，用于在2个PDSCH逻辑天线端口上发送数据。在较高阶MIMO的情况下，必须增加波束数量以匹配更多的PDSCH逻辑天线端口。例如，4×4 MIMO需要传输4个PDSCH逻辑天线端口。这可以使用2个极化和2个优化波束的组合来完成，即要求UE报告最好的2个CSI参考信号波束，而不是只报告最好的CSI参考信号波束。Rank 4传输将依赖于反射和散射来生成下行链路传播信道，该信道允许UE接收所有4层数据，这4个信道都具备足够好的信道质量，并且信道之间相关性很低。

• 下行链路波束优化还可以用于优化UE的波束选择。这主要适用于FR2频段，在这种情况下，UE可能使用一个或多个天线面板来提供波束赋形能力。CSI参考信号重复可用于生成同一个CSI参考信号波束的多个传输。UE通过测量这些重复的CSI参考信号来评估最佳的接收波束，即在基站发送重复CSI参考信号的时候，UE同时完成自己的波束扫描。CSI参考信号传输是时间复用的，不是频率复用的。模拟波束赋形适用于FR2频段，在这种情况下，UE在一个时间点只能生成其中一个波束的位置。

• 基于CSI参考信号的波束优化和UE的能力有关。BeamManagementSSB-CSI-RS参数集(该参数集属于MIMO-ParametersPerBand UE能力信息) 根据波束管理支持的参考信号数量来说明UE能力。例如，maxNumberCSI-RS-Resource信息元素指定UE支持的CSI参考信号资源的最大数量（在波束管理的上下文中）。3GPP TS 38.306指定当使用FR1的工作频带时，UE必须支持至少8个CSI参考信号资源。

上行链路波束优化

• 如果在上行链路和下行链路之间存在“波束的对应关系”，则不需要上行链路波束优化，即基站和UE可以在两个方向上使用相同的波束。

• 如果不存在“波束的对应关系”，则需要上行链路波束优化。与依赖于下行链路CSI参考信号的下行链路波束优化相反，上行链路波束优化依赖于上行链路探测参考信号（SRS）。

• 使用SRS进行上行链路波束优化的基本过程涉及UE在每个波束位置发送SRS，这允许基站选择最佳UE发送波束和最佳基站接收波束。

参考资料：

1. 5G NR CSI RS: https://blog.csdn.net/m0_45416816/article/details/105095816

2. NR DownlinkTransmit-End Beam Refinement Using CSI-RS: https://ww2.mathworks.cn/help/5g/ug/nr-downlink-transmit-end-beam-refinement-using-csi-rs.html

3. Beam refinement: http://5g-Bullets.com

4. 5G/NR beammanagement: http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_Phy_BeamManagement.html

5. LTE Quick reference– Beamforming: https://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_BeamForming.html

6. Free space pathloss: https://www.rfwireless-world.com/calculators/Free-Space-Path-Loss-Calculator.html

7. Understanding the5G NR physical layer: https://www.keysight.com/upload/cmc_upload/All/Understanding_the_5G_NR_Physical_Layer.pdf

8. 3GPP TS38.331

本文来自： 胡郝文 5G通信技术