5GNR中的波束管理与故障恢复机制解析

# 5G NR 中的波束管理与故障恢复机制解析 ## 1. PDSCH 信道的 TCI 状态指示 在 5G NR 中，对于 PDSCH 信道，采用 RRC + MAC CE + DCI 的信令方法来指示 TCI 状态，具体流程如下： 1. **RRC 信令配置**：网络首先通过 RRC 信令配置一组 TCI 状态。 2. **MAC CE 信令激活**：接着，网络使用 MAC CE 信令从这组 TCI 状态中激活 K 个 TCI 状态（K ≤ 8）。 3. **DCI 指示**：当 PDCCH 调度 PDSCH 时，调度 DCI 会为调度的 PDSCH 传输指示这 K 个已激活 TCI 状态中的一个。 这个过程适用于单 TRP 传输场景。在多 TRP 传输中，一个 DCI 可以为 PDSCH 传输指示两个 TCI 状态。此外，在 R15 中，通过 MAC CE 激活 TCI 状态是针对每个载波的；而在 R16 中，引入了新的 MAC CE 格式，用于为一组载波激活 TCI 状态，以减少信令开销。 下面是 PDSCH 的 TCI 状态配置和指示方法的 mermaid 流程图： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(RRC 信令配置一组 TCI 状态):::process --> B(MAC CE 信令激活 K 个 TCI 状态):::process B --> C(PDCCH 调度 PDSCH):::process C --> D(DCI 指示一个 TCI 状态):::process ``` ## 2. 上行链路波束管理的基本流程 在低频段（如低于 6 GHz），UE 不使用模拟发射波束，因此上行链路波束管理主要用于高频段，如毫米波频段。上行链路波束管理有三个主要过程，分别为 U1、U2 和 U3，类似于下行链路波束管理的 P1、P2 和 P3 过程。 ### 2.1 U1 过程：上行发射波束和接收波束的粗配对 该过程可以在初始接入过程中执行。为了以低延迟完成上行发射波束和接收波束之间的粗配对，这两个波束可能相对较宽。初始接入过程中确定的波束配对通常可以提供合理的性能，但不是最优性能。 ### 2.2 U2 过程：网络侧细化上行接收波束 具体步骤如下： 1. 基于 U1 过程，建立 UE 的上行发射波束 A 与网络侧的上行接收波束 2 之间的粗配对。 2. 为了细化接收波束，网络告知 UE 在波束 A 上发送多个 RS。 3. 网络应用三个不同的较窄波束 2 - 1、2 - 2 和 2 - 3 来接收和测量通过波束 A 传输的 RS。 4. 基于测量结果，网络可以确定用于接收通过发射波束 A 传输的上行信号或信道的最佳窄波束。 ### 2.3 U3 过程：UE 侧细化上行发射波束 具体步骤如下： 1. 基于 U1 过程，建立 UE 的上行发射波束与网络的上行接收波束 2 之间的粗配对。 2. 为了细化 UE 的上行发射波束，网络告知 UE 通过三个较窄波束 A - 1、A - 2 和 A - 3 传输多个 RS。 3. 网络使用接收波束 2 分别接收和测量在发射波束 A - 1、A - 2 和 A - 3 上传输的 RS。 4. 基于测量结果，网络可以确定用于上行传输的最佳上行发射波束。 5. 网络指示 UE 在上传传输中应用选定的发射窄波束。实际上，网络向 UE 指示的是其中一个 RS 的 ID，UE 可以根据发射波束和 RS 之间的映射推导出相应的发射波束。 | 过程 | 描述 | | ---- | ---- | | U1 | 上行发射波束和接收波束的粗配对 | | U2 | 网络侧细化上行接收波束 | | U3 | UE 侧细化上行发射波束 | ## 3. 上行链路波束测量 下行链路波束测量基于 CSI - RS 和 SSB 信号，相应地，上行链路波束管理基于探测参考信号（SRS）。 ### 3.1 U2 过程中的测量 网络为 UE 配置三个 SRS 资源，UE 使用相同的上行发射波束 A 发送这三个 SRS 资源。网络使用三个不同的接收波束（2 - 1、2 - 2 和 2 - 3）接收和测量它们，以确定性能最佳的接收窄波束。 ### 3.2 U3 过程中的测量 网络为 UE 配置三个 SRS 资源，UE 使用三个不同的上行发射窄波束（A - 1、A - 2 和 A - 3）分别传输这三个 SRS 资源。网络使用波束 2 接收和测量它们，以确定哪个性能最佳。 基于测量结果，网络确定用于传输的上行发射波束。UE 只需要知道将用于上行传输的上行发射波束，而不需要知道网络如何测量和确定最佳上行发射波束。因此，上行波束的测量和选择取决于网络实现，并且在 NR 协议中没有具体规定。 ## 4. 上行链路波束指示 ### 4.1 波束对应概念 当系统中存在波束对应关系时，UE 可以根据下行接收波束确定自己的上行发射波束，或者根据上行发射波束确定自己的下行接收波束。如果 UE 的接收波束 A 是接收下行信号的更好或最优选择，那么 UE 可以确定对应的上行发射波束 A0 也是更好或最优的上行发射波束。