【摘 ?要】5G的業(yè)務(wù)類型及部署場景復(fù)雜，不同應(yīng)用場景下速率需求不同，5G可通過NR波束管理或調(diào)整進(jìn)行優(yōu)化。從5G關(guān)鍵特性波束管理基本原理出發(fā)，結(jié)合廣州塔央視5G高清4k直播遇到的上行速率抖降問題，分析驗(yàn)證并確定小區(qū)邊緣弱覆蓋優(yōu)化方案，并通過實(shí)踐驗(yàn)證方案的可行性。

【關(guān)鍵詞】波束管理;加權(quán);上行速率下降

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.12.003 ? ? ?中圖分類號(hào)：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-1010（2019）12-0016-05

引用格式：葉藹笙，陳瀟，廖淦彬. 基于波束管理的5G小區(qū)邊緣波束上行速率抖降研究[J]. 移動(dòng)通信， 2019，43（12）： 16-20.

Research on Uplink Rate Jitter of 5G Cell Edge Based on Beam Management

YE Aisheng， CHEN Xiao， LIAO Ganbin

（Guangzhou Branch of China Telecom Co.， Ltd.， Wirelss Network Optimization Center， Guangzhou 510000， China）

[Abstract]?5G has complex service types and deployment scenarios， and the rate requirements are diverse in different application scenarios. The optimization in 5G can be achieved through NR beam management or adjustment. Based on the basic principle of 5G key characteristics of beam managements， this paper combines the problem of uplink rate jitter encountered in 5G HD 4k live broadcast of Guangzhou tower for CCTV， analyzes the weak coverage optimization solution for cell edge， and verifies the feasibility of the solution through practice.

[Key words]beam management; weighting; uplink rate decline

0 ? 引言

移動(dòng)性是歷代移動(dòng)通信系統(tǒng)重要的性能指標(biāo)，該指標(biāo)表示在滿足一定系統(tǒng)性能的前提下，通信雙方最大相對移動(dòng)速度。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)需要支持飛機(jī)、高速公路、城市地鐵等超高速移動(dòng)場景，同時(shí)也需要支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、工業(yè)控制低速移動(dòng)或非移動(dòng)場景。因此，5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要支持更廣泛的移動(dòng)性。

1 ? 波束管理原理簡介

1.1 ?靜態(tài)權(quán)和動(dòng)態(tài)權(quán)

Massive MIMO有兩種加權(quán)方式：一種是靜態(tài)權(quán)，另外一種是動(dòng)態(tài)權(quán)。

（1）靜態(tài)權(quán)：靜態(tài)波束對應(yīng)的權(quán)值。UE反饋SSB索引或者CSI-RS索引，gNB通過索引與波束ID的映射關(guān)系，獲得靜態(tài)波束權(quán)值。

（2）動(dòng)態(tài)權(quán)：SRS權(quán)或者PMI權(quán)。gNB通過SRS測量的信道估計(jì)獲得SRS權(quán)，通過UE上報(bào)的PMI反饋獲得PMI權(quán)。

UE在移動(dòng)過程中，控制信道和廣播信道采用預(yù)定義的權(quán)值生成離散的靜態(tài)波束，各信道在每TTI都會(huì)選擇各自的最優(yōu)波束。因此在移動(dòng)中UE可能會(huì)有靜態(tài)波束切換更新。

C-BAND的AAU以64T64R為例，架構(gòu)如圖1所示。對于靜態(tài)波束，在基帶做數(shù)字加權(quán)。波束管理的范疇只涵蓋靜態(tài)權(quán)，即靜態(tài)波束的管理。

波束管理具體包括波束掃描、波束測量、波束識(shí)別、波束上報(bào)和波束故障恢復(fù)等方面。

1.2 ?波束掃描

波束掃描是指在特定周期或者時(shí)間段內(nèi)，波束采用預(yù)先設(shè)定的方式進(jìn)行發(fā)送和/或接收，以覆蓋特定空間區(qū)域。

為了擴(kuò)大波束賦形增益，通常采用高增益的方向性天線來形成較窄的波束寬度，而波束寬度窄容易產(chǎn)生覆蓋不足的問題，尤其在3扇區(qū)配置的情況下。為了避免這個(gè)問題，可以在時(shí)域采用多個(gè)窄波束在覆蓋區(qū)域內(nèi)進(jìn)行掃描，從而滿足區(qū)域內(nèi)的覆蓋要求。采用波束掃描技術(shù)，波束在預(yù)定義的方向上以固定的周期進(jìn)行傳送。

1.3 ?波束測量

波束測量是指gNB或者UE對所接收到的賦形信號(hào)的質(zhì)量和特性進(jìn)行測量的過程。在波束管理過程中，UE或者gNB通過相關(guān)測量識(shí)別最好波束。

下行方向上，3GPP定義了基于L1-RSRP的波束測量上報(bào)過程，以支持波束選擇和重選，該測量可以基于SSB或者分配給UE的CSI-RS。采用L1-RSRP的考慮是，為了進(jìn)行快速的波束信息測量和上報(bào)，測量將基于L1進(jìn)行，而不需要L3的濾波過程。傳統(tǒng)的L3 RSRP由高層上報(bào)，而5G中的L1 RSRP直接在物理層報(bào)告，因此其可靠性和信道容量都比較重要。

上行方向上，測量則基于SRS（探測參考信號(hào)）進(jìn)行。SRS用于監(jiān)測上行信道質(zhì)量，由UE發(fā)送，gNB接收。UE可配置多個(gè)SRS用于波束管理，它們包含1到4個(gè)OFDM符號(hào)，占用分配給UE的部分帶寬進(jìn)行傳送。

1.4 ?波束確定

gNB或者UE選擇其所使用的Tx/Rx波束。下行波束由UE來確定，其判決準(zhǔn)則是波束的最大接收信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)大于特定的門限。上行方向上，移動(dòng)終端根據(jù)gNB的方向傳送SRS，gNB對SRS進(jìn)行測量以確定最好的上行波束。

如果gNB側(cè)能夠根據(jù)UE的下行波束測量結(jié)果來確定上行接收波束，或者gNB側(cè)能夠根據(jù)上行接收波束的測量結(jié)果來確定下行發(fā)送波束，則gNB側(cè)可認(rèn)為Tx/Rx波束是一致的。

同樣，如果UE側(cè)能夠根據(jù)UE的下行波束測量結(jié)果來確定上行發(fā)送波束，或者UE能夠根據(jù)UE的上行波束測量結(jié)果來確定UE的下行接收波束，且gNB支持UE的波束一致性相關(guān)的特性指示信息，則UE側(cè)可以認(rèn)為Tx/Rx波束是一致的。

1.5 ?波束報(bào)告

確定最好波束后，UE或者gNB將所選擇的波束信息通知給對端。另外，gNB和UE側(cè)還需要進(jìn)行波束錯(cuò)誤恢復(fù)等相關(guān)工作。使用多波束操作時(shí)，由于波束寬度比較窄，波束故障很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)和終端之間的鏈路中斷。當(dāng)UE的信道質(zhì)量較差時(shí)，底層將發(fā)送波束失敗通知。UE將指示新的SS塊或者CSI-RS，并通過新的RACH過程來進(jìn)行波束恢復(fù)。gNB將在PDCCH上傳送下行設(shè)定或者UL許可信息，來結(jié)束波束恢復(fù)過程。

2 ? 案例分析

2.1 ?問題概述

央視新媒體實(shí)驗(yàn)室協(xié)同廣州電信共同完成4k高清直播，地點(diǎn)選定在廣州塔，采用游船的拍攝方式。演示業(yè)務(wù)類型為視頻回傳，無線側(cè)通過CPE連接5G基站，再到核心網(wǎng)，并通過專線，整條鏈路打通5G網(wǎng)絡(luò)，將拍攝內(nèi)容回傳至北京演播大廳。

本次演示首次接入5G SA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行移動(dòng)性場景嘗試，涉及站內(nèi)小區(qū)，站間切換等調(diào)試業(yè)務(wù)，此前CPE均在定點(diǎn)進(jìn)行演示，未涉及移動(dòng)性場景，難度較大。站點(diǎn)部署完成后，進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)測過程中發(fā)現(xiàn)在跨站切換發(fā)生前幾秒，上行速率有抖降現(xiàn)象，在切換點(diǎn)前速率上行速率下降到50 Mb/s以下，演播廳回傳畫面出現(xiàn)花屏。

2.2 ?問題分析

（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

業(yè)務(wù)演示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

（2）站點(diǎn)分布

如圖3所示，主用南岸搬遷2扇區(qū)+電視塔室外1扇區(qū)滿足覆蓋。

（3）測試分析

分析測試log發(fā)現(xiàn)，問題并不是切換產(chǎn)生，而是切換前就已經(jīng)有速率下降現(xiàn)象，同時(shí)上行MCS同步下降，上行SRS和DMRS ?RSRP在掉坑點(diǎn)都陡降10 dB以上，上行SRS和DMRS SINR也是陡降10 dB。

（4）速率分析

此時(shí)最優(yōu)2波束一直在變化，概率是0/32波束，已經(jīng)在小區(qū)邊緣（水平負(fù)60°以外、垂直負(fù)10°以外），超出小區(qū)覆蓋范圍，波束落入衰落點(diǎn)的概率加大，進(jìn)而速率陡降。

2.3 ?原因定位

華為現(xiàn)版本產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)是上行PMI靜態(tài)權(quán)值波束，不如下行基于用戶移動(dòng)的動(dòng)態(tài)權(quán)值波束變換，因此超出覆蓋水平正負(fù)60°，垂直正負(fù)10°，上行峰值速率就會(huì)受損。

2.4 ?處理方案

如圖4所示，增加主覆蓋小區(qū)到三個(gè)，精準(zhǔn)控制覆蓋，避免用戶移動(dòng)到最佳波束覆蓋范圍外。

2.5 ?成效

優(yōu)化后，如圖5所示，RSRP在航線上穩(wěn)定在-95 dBm以上，演示航路上平均SINR為19 dB左右，SINR覆蓋良好，演示航段速率基本穩(wěn)定在50 Mb/s以上，能夠滿足央視視頻直播回傳的需求。

3 ? 結(jié)束語

針對5G上行大帶寬需求，需提前結(jié)合實(shí)際場景需求，保障重點(diǎn)區(qū)域覆蓋情況，盡量避免水平和垂直夾角過大的場景。建議可以配合廠商5G智能仿真預(yù)估覆蓋情況和測試效果，結(jié)合現(xiàn)場測試，確定最終的網(wǎng)絡(luò)部署方案。

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