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 刘连华yhtxnvca 2020-02-19
问:5G UE初始接入时经历哪些波束扫描的过程?
答:5G SSB广播波束采用分时扫描方式发送,UE通过扫描每个波束,基于SSS的信号测量结果,选择信号质量最好的波束获得最优波束,完成同步和系统消息解调。为了终端能更快速的搜索到小区SSB,5G协议定义了SSB的中心频率和间隔,为Synchronization raster,具体参考《SSB频点GSCN计算隔离度在TS38104协议中为什么变化》
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图一:SSB分时扫描机制
在波束管理过程中,除了网络侧采用分时扫描方式,为了进一步提高通信质量,终端UE设备也会使用波束赋形技术来产生不同方向上的模拟波束,用于接收和发送数据。选择较佳的BPL(Beam Pair Link)进行Beam配对的过程包括一个Tx beam和一个Rx beam,在发送波束方向和接收波束方向对齐的情况下,接收信号的增益最佳,称为Beam对,如下图所示,3GPP TR 38.802中,将波束管理定义为一组L1/L2过程:
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图二:BPL示意图
5G UE在初始接入阶段采用宽波束来进行扫描确定大致接收波束方向,接入小区过程中,反馈SSB与CSI-RS的最优波束后,在连接过程中由网络指示UE终端进行窄波束扫描进行波束维护,通过CSI-RS波束周期扫描与SRS上报,确定上下行波束进行数传。由于UE运动、旋转、环境变化等因素,会导致Beam link失败,过程中周期性扫描CSI-RS检测波束是否失败,基于SSB波束通过随机接入过程来恢复链路,详细过程如下图所示:
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图三:波束管理过程
在UE侧看到三步过程,通过SSB波束与CSI-RS波束来收敛UE的波束方向,如下图所示:
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图四:UE的波束收敛过程
上面过程中通过SRS确定上行窄波束适用于小区中心近点用户,对于小区边缘用户,上行信道干扰因素多,往往远点用户基于SRS赋型效果和质量比较差,如下图所示:
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图五:基于SRS的波束管理
5GNR协议同时支持基于CSI-RS的L1-RSRP测量,实现基于CSI-RS的用户级波束管理机制,RSRP测量报告差异参考《5G的RSRP测量报告取值范围跟4G有什么区别》,与基于SRS的波束管理形成互补,适合SRS信号质量较差的远点用户,有利于提高小区边缘用户上行窄波束的赋型,如下图所示:
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图六:基于CSI-RS的波束管理
基站通过波束赋型和扫描机制可以获得良好方向性的波束以集中功率来提高小区高频覆盖性能,UE上行窄波束扫描机制也是同样目标,一方面提高上行覆盖,一方面提高上行信道质量提升容量。现在2T4R下行多流场景下,CPE有四个CSI-RS最优波束,左极化两个,右极化两个,分别对应UE的四个天线,如下图多径环境所示,UE天线限制可参考《5G的手机天线最多4天线吗?受限于手机工作频段影响天线的分布尺寸要求么》
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图七:SU-MIMO多流路径分布示意图

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