5GNR波束失败恢复机制详解

# 5G NR 波束失败恢复机制详解 ## 1. 波束失败检测（BFD） ### 1.1 物理层检测 物理层会测量与 PDCCH 对应的每个波束的假设块误码率（BLER）。若所有波束的假设 BLER 都比给定阈值差，物理层会生成一个波束失败实例（BFI），并将其报告给 MAC 层。物理层需要定期向 MAC 层报告 BFI，若在特定时间内没有报告，MAC 层则假定物理层没有 BFI。 ### 1.2 MAC 层处理 MAC 层为 BFD 维护一个定时器（beamFailureDetectionTimer）和一个计数器（BFI_COUNTER）。当接收到 BFI 报告时，MAC 层启动或重启 BFD 定时器，并将波束失败计数器加 1。若在接收到新的 BFI 之前 BFD 定时器到期，MAC 层会将计数器重置为 0，因为波束失败检测基于连续的 BFI 报告。若波束失败计数器达到网络配置的值，MAC 层可宣称波束失败已发生，并将在相应的主小区上发起随机接入过程。 下面用 mermaid 流程图展示 BFD 流程： ```mermaid graph TD A[物理层测量 BLER] --> B{BLER 比阈值差?} B -- 是 --> C[生成 BFI 并报告给 MAC 层] B -- 否 --> A C --> D[MAC 层启动/重启定时器，计数器加 1] D --> E{定时器到期前收到新 BFI?} E -- 是 --> D E -- 否 --> F[计数器重置为 0] F --> A D --> G{计数器达到配置值?} G -- 是 --> H[宣称波束失败，发起随机接入] G -- 否 --> D ``` ## 2. 新波束识别（NBI） ### 2.1 网络辅助 为协助 UE 识别具有良好链路质量的下行传输波束，网络预先配置一组参考信号（RS），如 CSI - RS 信号和/或 SSB。每个 RS 对应一个候选下行传输波束，网络相当于为 UE 提供了一组候选下行传输波束。 ### 2.2 UE 选择 UE 基于 L1 - RSRP 测量来确定新波束。网络预先配置 L1 - RSRP 阈值，UE 选择 L1 - RSRP 大于该阈值的新波束。 ### 2.3 选择时机 新波束选择过程的起始时间在 NR 规范中未明确规定，由 UE 自行实现： - **波束失败发生时启动**：优点是仅在波束失败时搜索新波束，减少 UE 侧处理量，有利于降低功耗；缺点是可能引入较大延迟。 - **波束失败发生前启动**：优点是减少延迟，波束失败发生后 UE 可立即发送 BFRQ 通知网络所选新波束；缺点是 UE 需对候选波束进行更多测量，消耗额外功率。 以下是不同选择时机的优缺点对比表格： | 选择时机 | 优点 | 缺点 | | --- | --- | --- | | 波束失败发生时 | 减少 UE 处理量，降低功耗 | 可能引入较大延迟 | | 波束失败发生前 | 减少延迟 | 需更多测量，消耗额外功率 | ## 3. 波束失败恢复请求（BFRQ） ### 3.1 传输方案 3GPP 讨论了三种不同的 BFRQ 设计方案，其优缺点总结如下表： | 方案 | 优点 | 缺点 | | --- | --- | --- | | PRACH - 基于 | 重用现有 PRACH 信号，对规范影响小；传输可靠性高 | PRACH 长度大，时间和频率资源开销高；用于 BFRQ 可能降低 PRACH 用于其他应用的能力；只能携带少量信息 | | PUCCH - 基于 | 可携带大量信息；时间和频率资源开销低 | 需要新的 PUCCH 格式，对规范影响大；与现有 PUCCH 格式复用会导致高复杂度 | | PRACH - 类似 | 时间和频率资源开销低；传输时间短 | 引入新信号对规范影响大；新信号性能未经验证 | ### 3.2 最终方案 考虑到方案复杂度和 NR 标准化工作的可用时间，NR 规范采用 PRACH - 基于的方案进行 BFRQ 传输。具体而言，当波束失败发生时，UE 触发随机接入过程，通过传输 RACH Msg1 向网络指示所选新波束，这也隐式表明波束失败的发生。网络为 UE 预先配置一组候选波束，每个候选波束与一个专用 PRACH 前导/资源相关联。当 UE 选择新波束时，UE 传输与所选新波束相关联的 PRACH。网络检测到该 PRACH