為什么需要波束？

使用波束賦形技術發送信號

使用波束賦形技術接收信號

TS38.331

NR 波束掃描

NR波束管理

下行鏈路波束優化

• 當UE進入RRC連接模式，就可以啟動波束優化過程。這些過程可用于選擇方向性更大，增益更高的波束。更多的定向波束可以改善鏈路預算，但也需要更頻繁地在波束間做切換。

• CSI參考信號用于支持波束優化過程。例如， 每組4個CSI參考信號資源可以與每個SSB塊相關聯，當在FR1中使用8個SSB塊時，總共可配置32個CSI參考信號資源。gNB可以將不同的波束賦形系數集應用于每個CSI參考信號資源，針對每個SSB塊生成4個定向波束。

• 每組4個CSI參考信號可以在4個符號上進行時分復用，并與相關的SSB塊進行頻率復用。下圖是使用SSB塊上方的資源塊的一組4個CSI參考信號。該示例假定CSI參考信號資源使用的密度是每個資源塊對應3個資源元素（或者可以配置1或0.5的密度）。假定所有CSI參考信號資源都使用相同的子載波，因為它們是時間復用的，并且不需要在特定小區內進行頻率協調。相鄰小區的CSI參考信號配置使用不同的子載波，以避免CSI參考信號傳輸之間的干擾。

• 基站給每個傳輸配置不同的波束賦形系數：對應SSB資源塊的波束成形系數生成相對較寬的波束；對應每個CSI參考信號的資源塊的波束賦形系數會在更寬的SSB波束的包絡內生成4個定向波束（CSI RS0/1/2/3 對應的4個優化波束在SSB0波束的包絡中）。

• 在較寬的SSB波束的包絡內的優化波束（refinedbeam）的布局與天線配置有關。如果天線使用單行收發器，則波束成形將限制在水平方向，并且優化波束集將布置在單個水平行中。如果天線使用多行收發器，則可以在水平和垂直方向上完成波束賦形。這允許把優化光束布置在多個水平行中。下圖說明了對應這兩種類型的天線配置的兩種優化波束的布局。

• 每個CSI參考信號資源可以配置為使用單個邏輯天線端口。基站可以將波束賦形系數用于單極化，并使用單極化波束發送CSI參考信號。基站也可以將波束賦形系數用于雙極化，并使用雙極化波束發送CSI信號。在這兩種情況下，對于希望在單個邏輯天線端口上接收單個下行鏈路傳輸的UE，對應的傳輸方案是透明的。

• 或者可以將CSI參考信號資源配置為使用2個邏輯天線端口。基站可以在每個極化方向用一個端口發射， UE會生成2個RSRP測量值的線性平均值。

• 基站可以指示UE識別并報告最好的CSI參考信號。這是通過CSI報告框架實現的，該框架允許基站配置CSI報告，并將報告數量設置為“ cri-RSRP”。這意味著UE會生成CSI報告，該CSI報告包括CSI參考信號資源指示符（CRI）用于指示最強的CSI參考信號，也就是UE標識并報告最好的下行鏈路優化波束。UE還報告從最強的CSI參考信號中測到的L1 RSRP。

• 優化波束可以用于PDCCH和PDSCH傳輸。或者，基站可以決定使用優化波束傳輸PDSCH，而用更寬的SSB波束傳輸PDCCH。這種方法允許PDSCH受益于高增益的定向波束；而PDCCH受益于較寬的波束， PDDCH也不需要在波束之間頻繁切換。

• 在2×2 MIMO的情況下，在兩個極化方向生成的2個波束，用于在2個PDSCH邏輯天線端口上發送數據。在較高階MIMO的情況下，必須增加波束數量以匹配更多的PDSCH邏輯天線端口。例如，4×4 MIMO需要傳輸4個PDSCH邏輯天線端口。這可以使用2個極化和2個優化波束的組合來完成，即要求UE報告最好的2個CSI參考信號波束，而不是只報告最好的CSI參考信號波束。Rank 4傳輸將依賴于反射和散射來生成下行鏈路傳播信道，該信道允許UE接收所有4層數據，這4個信道都具備足夠好的信道質量，并且信道之間相關性很低。

• 下行鏈路波束優化還可以用于優化UE的波束選擇。這主要適用于FR2頻段，在這種情況下，UE可能使用一個或多個天線面板來提供波束賦形能力。CSI參考信號重復可用于生成同一個CSI參考信號波束的多個傳輸。UE通過測量這些重復的CSI參考信號來評估最佳的接收波束，即在基站發送重復CSI參考信號的時候，UE同時完成自己的波束掃描。CSI參考信號傳輸是時間復用的，不是頻率復用的。模擬波束賦形適用于FR2頻段，在這種情況下，UE在一個時間點只能生成其中一個波束的位置。

• 基于CSI參考信號的波束優化和UE的能力有關。BeamManagementSSB-CSI-RS參數集(該參數集屬于MIMO-ParametersPerBand UE能力信息) 根據波束管理支持的參考信號數量來說明UE能力。例如，maxNumberCSI-RS-Resource信息元素指定UE支持的CSI參考信號資源的最大數量（在波束管理的上下文中）。3GPP TS 38.306指定當使用FR1的工作頻帶時，UE必須支持至少8個CSI參考信號資源。

上行鏈路波束優化

• 如果在上行鏈路和下行鏈路之間存在“波束的對應關系”，則不需要上行鏈路波束優化，即基站和UE可以在兩個方向上使用相同的波束。

• 如果不存在“波束的對應關系”，則需要上行鏈路波束優化。與依賴于下行鏈路CSI參考信號的下行鏈路波束優化相反，上行鏈路波束優化依賴于上行鏈路探測參考信號（SRS）。

• 使用SRS進行上行鏈路波束優化的基本過程涉及UE在每個波束位置發送SRS，這允許基站選擇最佳UE發送波束和最佳基站接收波束。

參考資料：

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

本文來自： 胡郝文 5G通信技術