【原】5G(NR)网络中波束是如何恢复的？

5G基站采用大规模天线阵列massive MIMO形成(发射)信号波束更窄,增益更高。无线网络中如基站和终端都采用波束,那就需要有一个让两端波束对准的机制,否则相互之间就不能通信，这种机制协议中称波束管理。

波束恢复是波束管理中的一个功能，就是原本互相对准的基站波束和终端波束之间被阻挡(如人体,车辆)时重新寻找一对新波束,通过其他路径反射互相对准,以保证通信可继续进行。kangguoying20210825

在5G网络中终端的波束检查和恢复是按照网络配置,由层一和层二共同来完成的；kangguoying20210825

波束故障恢复 5G网络中波束从故障到恢复如下图所示分为:探测，选择，接入和完成四部分。kangguoying20210825

• 终端(UE)处于RRC连接模式;kangguoying20210825

• 终端(UE)在PHY层检测Beam Failure;kangguoying20210825

• 终端(UE)为恢复过程执行候选波束选择;

• 终端(UE)触发RACH过程并向gNB发送RACH前导;kangguoying20210825

• gNB在RAR窗口内为msg3发送随机访问响应RAR和UL授权;

• 终端(UE)发送MAC CE(msg3)用于竞争解决;kangguoying20210825

• gNB向UE发送UL授权，波束恢复完成。kangguoying20210825

波束故障(Beam Failure)检测是层一据MAC层的波束故障指示(BFI)来判定的;当BFI达到设定最大值时，就判定为波束故障(失败)。

波束恢复，终端(UE)根据网络下发的RRC消息中BeamFailureRecoveryConfig资源，在最佳候选波束上通过随机接入(RACH)来完成。波束恢复(RRC)参数如下：kangguoying20210825

BeamFailureRecoveryConfig ::= SEQUENCE {kangguoying20210825   rootSequenceIndex-BFR INTEGER (0..137) OPTIONAL, -- Need M   rach-ConfigBFR RACH-ConfigGeneric OPTIONAL, -- Need M   rsrp-ThresholdSSB RSRP-Range OPTIONAL, -- Need Mkangguoying20210825   candidateBeamRSList SEQUENCE (SIZE(1..maxNrofCandidateBeams)) OFPRACH-ResourceDedicatedBFR OPTIONAL, -- Need Mkangguoying20210825   ssb-perRACH-Occasion ENUMERATED {oneEighth, oneFourth, oneHalf, one, two,four, eight, sixteen} OPTIONAL, -- Need M   ra-ssb-OccasionMaskIndex INTEGER (0..15) OPTIONAL, -- Need M   recoverySearchSpaceId SearchSpaceId OPTIONAL, -- Need R   ra-Prioritization RA-Prioritization OPTIONAL, -- Need R   beamFailureRecoveryTimer ENUMERATED {ms10, ms20, ms40, ms60, ms80, ms100, ms150, ms200} OPTIONAL, -- Need M   ...,   [[msg1-SubcarrierSpacing SubcarrierSpacing OPTIONAL-- Need M ]],  [[ra-PrioritizationTwoStep-r16 RA-Prioritization OPTIONAL,-- Need R candidateBeamRSListExt-v1610SetupRelease{CandidateBeamRSListExt-r16 }OPTIONAL-- Need M   ]]}kangguoying20210825

PRACH-ResourceDedicatedBFR ::= CHOICE {   ssb BFR-SSB-Resource,kangguoying20210825   csi-RS BFR-CSIRS-Resource}

BFR-SSB-Resource ::= SEQUENCE {   ssb SSB-Index,kakangguoying20210825ngguoying20210825   ra-PreambleIndex INTEGER (0..63),   ... }BFR-CSIRS-Resource ::= SEQUENCE {   csi-RS NZP-CSI-RS-ResourceId,kakangguoying20210825ngguoying20210825   ra-OccasionList SEQUENCE (SIZE(1..maxRA-OccasionsPerCSIRS)) OF INTEGER (0..maxRA-Occasions-1) OPTIONAL, -- Need R   ra-PreambleIndex INTEGER (0..63) OPTIONAL, -- Need R   ... }CandidateBeamRSListExt-r16::= SEQUENCE (SIZE(1.. maxNrofCandidateBeamsExt-r16)) OF PRACH-ResourceDedicatedBFRkangguoying20210825

波束恢复方法 终端波束恢复可通过两种接入(RACH)方式完成：

• 非竞争随机接入– CFRA RACHkangguoying20210825

• 基于竞争随机接入– CBRA RACH

1）.基于竞争波束恢复(CBRA场景：

• 终端没有配置的CFRA RACH资源;kangguoying20210825

• 终端(UE)已配置CFRA RACH,但候选波束不可用,无法执行非竞争随机接入;

• 如非竞争随机接入不成功,则终端必须回退到基于竞争的随机接入。

因此当终端为波束恢复执行CBRA RACH时，它将作为基于正常竞争接入过程来进行。kangguoying20210825

2)基于非竞争(CFRA)波束恢复

在CFRA Beam故障恢复请求场景中终端(UE)将收到用C-RNTI加扰的RAR。gNB还将配置一个专用CORSET配置用于波束故障恢复，UE在传输RACH前导码后监控该配置。kangguoying20210825

波束恢复主要包括以下几步：

• UE配置了CORSET-BFR和用于BFR的专用前导码;kangguoying20210825

• 如检测到波束失败，则启动最佳Beam选择程序;kangguoying20210825

• 如最佳波束在波束故障恢复配置中则UE选择CFRA；否则选择CBRA ；

• UE使用专用前导码触发RACH；kangguoying20210825

• UE监控以C-RNTI加扰的PDCCH的CORSET-BFR- UE接收以C-RNTI加扰的RAR消息；kangguoying20210825

• 波束故障恢复完成。kangguoying20210825