帶你讀《5G 無線增強設計與國際标準》第三章增強多天線技術3.2增強波束管理（一）

3.2.1基本原理

NR 支待 FR2 頻段（24 250~52 600MHz），為了克服 FR2 頻段傳播帶來的嚴重的傳播損耗，NR 引入了大規模發送/接收天線的波束賦形技術。NR R15 版本引入了基本的下行和上行波束管理技術，支待波束測量、波束上報、資料和控制信道的波束控制以及下行波束失效時的波束恢複過程。

NR R16 對波束管理增強主要集中在：降低波束管理中的開銷和時延、提高波束管理效率、将波束失效恢複（BFR）過程擴充到輔小區（SCell），以及使用新的波束測量參數（L1-SINR）以支待更加精準的波束賦形。

3.2.2 降低開銷和時延

模拟波束賦形是 NR R15 中引入的最重要的機制之一，利用大規模天線，以低成本裝置擷取超高速率資料傳輸。大面積的覆寫要求使用大量的模拟波束，這使得降低波束管理的時延和開銷成為系統優化的一個重要組成部分。

在 NR R15 中，基站通過 RRC 信令為 PDSCH 配置一組候選波束，之後通過 MAC-CE進一步縮小候選波束的範圍，再用實體層（L1）動态信令從 MAC-CE 激活的波束中選擇一個特定的波束用千傳輸；或者，通過 L1 動态信令直接從  RRC 配置的候選波束中選擇一個特定的波束。對千 PUCCH，基站通過 RRC 信令為其配置多個波束，并通過 MAC-CE 對每個 PUCCH 資源的波束進行激活。如果為終端配置了多個 PUCCH 資源，則需要多個 MAC-CE 去激活，這會導緻較大的信令開銷。

對千 PUSCH，終端使用與基站訓示的 SRS 資源相同的波束傳輸。對千基千碼本的PUSCH，與之對應的 SRS 資源集合中最多有兩個 SRS 資源。對千非碼本的 PUSCH，則最多有 4 個 SRS 資源。如果基站要更新 PUSCH 的波束，則需要通過 RRC 信令對 SRS 的波束進行重配，這将導緻較大的時延。

通過 RRC 信令配置一組很大數目的波束可以避免終端在小區内移動時帶來的頻繁RRC 配置，使用  MAC-CE 信令從中選擇波束減少了 L1 動态信令開銷。當終端在小區範圍内移動時，可以通過 MAC-CE 激活較小數目的候選波束組，進而實作了在排程時延和L1 動态信令開銷之間很好的折中。

盡管 NR R15 精心設計了波束管理的機制，在考慮到排程時延和系統開銷時仍舊存在許多缺點。R16 的工作旨在進一步優化 MAC-CE 信令來減少時延、開銷以及增加系統靈活性。

1. 對 PUCCH 進行基千分組的波束激活

在每個服務小區（Serving Cell）的每個 BWP 上，基站為終端最多可以配置 128 個PUCCH 資源，可以通過 RRC 信令最多配置 8 個上行波束（PUCCH-SpatialRelationInfo）， 并由 MAC-CE 為每個 PUCCH 資源激活其中的一個。

R15 的設計中，每個 PUCCH 資源單獨激活波束的設計非常不靈活，這意味着最多需要傳輸 128 個單獨的 MAC-CE 來完成對 128 個 PUCCH 資源的波束更新。多數情況下， 終端實際使用波束的數量遠小千 PUCCH 資源的數量，針對每個 PUCCH 資源分别激活波束的效率很低。

R16 将一個 BWP 的 PUCCH 資源分為 N 個組，并用一個 MAC-CE 同時激活一組内的 PUCCH 資源的波束。被分在相同組的 PUCCH 資源使用相同的波束。通過這種方法， 對千一個 BWP 内的所有 PUCCH 資源的波束隻需要 N 個 MAC-CE 來激活，大大降低了信令開銷和時延。

分組個數 N 的選擇要在時延、開銷和系統靈活性之間折中考慮。通過 RRC 信令最多可以配置 8 個上行波束，分組個數 N 不應該超過 8。多千 1 個分組的波束更新的最重要用例是下行多點協作傳輸，對千其中一個特定的 TRP 要配置一組 PUCCH 資源。R16 最終選擇 N=4 作為 PUCCH 最大分組數（也就是說，2、3、4 均為可能的配置，配置哪個值取決千具體的用例）。PUCCH 資源分組通過 RRC 信令進行配置，MAC-CE 用千激活分組中一個單獨的 PUCCH 資源的波束，與該 PUCCH 資源屬千同一個分組的 PUCCH 資源将同時更新使用相同的波束。

2. 非周期 SRS 的波束更新

非周期   SRS   的優勢在千具有較低的空口開銷。R15   的非周期   SRS   所用的波束（SpatialRelationInfo）是在 RRC 信令中配置的。改變非周期 SRS 的波束就需要 RRC 重配，這将帶來較大的空口開銷和時延。

R16 支待了通過 MAC-CE 對非周期 SRS 資源更新波束，這樣做會帶來比隻基千 RRC 重配更快的波束自适應，同時保待較小的 L1 動态信令開銷。各種類型的 SRS 資源集（碼本、非碼本、天線切換、波束管理）均支待這種機制。為此增強 R16 引入了新的 MAC-CE。

3. PUSCH 和 SRS 路徑損耗參考信号更新

路徑損耗參考信号被用千開環功率控制。終端基千所配置的路徑損耗參考信号進行下行路徑損耗測量。這個路徑損耗測量值被用千推導上行鍊路功率補償進而使得到達基站的接收信号功率達到目标值。

不同的上行信道/信号（PUCCH/PUSCH/SRS）有不同的路徑損耗參考信号配置機制。 在 R15 中，每個 PUCCH 資源的路徑損耗參考信号是通過 RRC 信令進行配置的。對千SRS，路徑損耗參考信号是對每個 SRS 資源集通過 RRC 信令配置的。對千 PUSCH，DCI 格式 0_1 中的 SRI 域的每個取值與一個候選的 PUSCH 路徑損耗參考信号關聯。一個終端最多可以被配置 4 個路徑損耗參考信号，并且最多可以配置 4 個與 SRI 域取值相關聯的路徑損耗參考信号。這種做法限制了 SRS 和 PUSCH 功率控制的靈活性，當終端在小區内移動時，更新路損測量參考信号需要 RRC 重配。R16 支待了基千 MAC-CE 的 PUSCH 和 SRS 路徑損耗參考信号更新。

對于非周期和半持續性 SRS 資源集，可以通過 RRC 信令配置多個路徑損耗參考信号，用 MAC-CE 來激活其 的一個。

對于 PUSCH，可以通過 MAC-CE  消息激活對應于 SRI 域取值的路徑損耗參考信号。

為了避免 RRC 重配帶來的時延，可以通過 RRC 信令使一個終端配置的路徑損耗測量參考信号總數增加到    64。對千所有上行信道/信号（PUCCH/PUSCH/SRS），終端需要同時維護的路徑損耗參考信号數量至多為 4 個，其中的具體數字（2、3、4）取決千終端的能力。當 RRC 配置的參考信号總數大千 4 時，終端按照自己的能力上限檢測參考信号。

當使用 MAC-CE 激活的路徑損耗參考信号是終端正在維護的路徑損耗參考信号之一時，新激活的路徑損耗參考信号的測量結果在收到承載 MAC-CE 對應的 ACK/NACK 之後 3ms 生效。

R16 支待了新的 PUCCH 波束更新機制（見 3.2.2 節第一部分），同一 MAC-CE 也被用千更新路徑損耗參考信号。

4. PUCCH/SRS/PUSCH 預設波束

對千上行信道/信号（PUCCH/PUSCH/SRS），可通過 RRC 信令配置一組候選發送波束，實際所用波束由 MAC-CE 激活。由千大部分 RRC 參數的配置是可選的，是以需要定義在沒有 RRC 信令配置情況下的上行發送波束，即預設上行波束。同時，也需要避免在 RRC 信令配置和 MAC-CE 激活這段時間之内的上行波束模糊性。對千路徑損耗參考信号也存在類似的問題。

定義預設波束解決了在從 RRC 配置到 MAC-CE 激活這段時間内的波束模糊性問題。另外一個潛在的用例是，一些部署場景中，基站可以隻配置一個下行波束和一個上行波束，對   千上行傳輸基站不需要再配置任何波束資訊，這時候終端預設的上行波束就可以正常工作。

（1）PUCCH

對千PUCCH，基站可以針對每個 PUCCH 資源配置波束（PUCCH-SpatialRelationInfo）以及路徑損耗參考信号。當沒有配置波束時，PUCCH   的預設波束可以與另外一個下行或者上行信号關聯。R16 将 PUCCH 的預設上行波束與一個預先定義的 CORESET 的下行 QCL 源參考信号相關聯，即在沒有配置 PUCCH 波束時。

如果PUCCH 所在的服務小區 存在CORESET，PUCCH 的預設波束由辨別(ID)最小的 CORESET 得到。終端丁該 CORESET 的 TCI 狀态  QCL-Type  D 的參考信号的接收波束作為 PUCCH 的預設波束。

如果 PUCCH 所在的服務小區沒有配置 CORESET，PUCCH 的預設波束由激活的 PDSCH TCI 狀态  ID 最小的 TCI 狀态得到。終端丁該 TCI 狀态  QCL-Type D 的參考信号的接收波束作為 PUCCH 的預設波束。

對于既無 CORESET，又無激活 TCI 狀态的服務小區，沒有對其 的 PUCCH 預設波束進行定義。

這裡都是假設終端的下行波束和上行波束之間存在互易性，進而一個下行信号的接收波束可以作為另一個上行信号的發送波束。

£¨2£© SRS

SRS 引入了與 PUCCH 相同的波束和路徑損耗參考信号的配置方案。也就是說，如果在激活的 BWP 記憶體在 CORESET，SRS 的上行發送波束由 ID 最小的 CORESET 得到； 否則，SRS 的上行發送波束由激活的 PDSCH TCI 狀态中 ID 最小的 TCI 狀态得到。

£¨3£© PUSCH

對千 PUSCH，波束和路徑損耗參考信号不是顯式配置的。PUSCH 的路徑損耗參考信号是通過在 RRC 信令中配置與 SRI 域取值關聯的參考信号來訓示。對千 DCI 格式 0_1 排程的 PUSCH，SRI 總是對應一個 SRS 資源，這個 SRS 資源會提供相應的波束和路徑損耗參考信号配置，是以不需要定義預設波束。

唯一的例外是，當用 DCI 格式 0_0 排程 PUSCH 的情況。當用 DCI 格式 0_0 來排程PUSCH 并且開啟預設波束設定時，波束和路徑損耗參考信号都由 ID 最小的 CORESET 得到。這種情況适用千激活的 BWP 沒有配置 PUCCH 資源，或者所有的 PUCCH 資源沒有配置波束時。如果至少有一個 PUCCH 資源被配置了波束并且關閉了預設波束設定， 終端按照 R15 的方案确定預設波束。

5. 跨 BWP/CC 配置

R15 中下行和上行鍊路候選波束是基千每個 BWP/CC   進行配置和激活的。對千PDSCH，基站通過 RRC 信令配置一系列 TCI 狀态，之後為每個 BWP/CC 激活 TCI 狀态。對千其他信道/信号（PDCCH/PUCCH/SRS），候選波束的配置和激活是基千資源進行的。這就會導緻 MAC-CE 的空口開銷随着 BWP/CC 數目的增加而線性增加。如果對一個 CC 的 MAC-CE 激活指令可被用千多個 CC，将會有助千減少 MAC-CE 的空口開銷和時延。這樣一個 CC 的 MAC-CE 激活指令可被用千多個 CC 的機制在 R16 中被引入。

對千 PDSCH，R15 的 MAC-CE 在一個 BWP 内可以激活一組最多 8 個 TCI 狀态。在R16 中，RRC 最多可配置兩個 CC 的清單。激活一個 CC 上 TCI 狀态的 MAC-CE 将同時激活 CC 清單中所有 CC 的所有 BWP 上具有相同 ID 的 TCI 狀态。RRC 配置的兩個 CC 清單不能重疊。

對千一個 CORESET，激活其 TCI 狀态的 MAC-CE 将同時完成對 CC 清單内所有 CC 所有 BWP 上具有相同 ID 的 CORESET 的激活，這些 CORESET 激活的是相同 ID 的 TCI 狀态。

對千一個 SRS 資源，激活其 SpatialRelationInfo 的 MAC-CE 将同時完成對 CC 清單内所有 CC 所有 BWP 上具有相同 ID 的其他 SRS 資源的激活，這些 SRS 資源激活的是相同的 SpatialRelationInfo。