波束形成類型

對(duì)于實(shí)際的大規(guī)模天線系統(tǒng)，需要在成本和性能之間進(jìn)行平衡?；旌喜ㄊx形采用多個(gè)射頻鏈，每個(gè)射頻鏈連接到一個(gè)天線陣列，可以節(jié)省射頻鏈的數(shù)量，同時(shí)支持MIMO傳輸。在LTE中，假設(shè)固定模擬波束賦形，則考慮混合波束形成。在低于6GHz的NR中，數(shù)字基帶預(yù)編碼仍然可以被認(rèn)為是波束賦形的主要形式，因?yàn)樾诺磊呄蛴诰哂懈嗟亩鄰剑愃朴贚TE。對(duì)于6GHz以上的NR，模擬波束形成的移相器可以被認(rèn)為是自適應(yīng)變化的，以幫助控制窄波束以獲得更好的波束賦形增益。考慮到性能和復(fù)雜度的權(quán)衡，混合波束賦形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步研究。數(shù)字和模擬波束賦形可以看作是混合波束賦形的特例。該框架應(yīng)支持不同的波束賦形類型，并使其與TRP/UE無關(guān)。

波束的數(shù)量

對(duì)于不同的頻段和不同的場(chǎng)景，每個(gè)TRP考慮不同的波束數(shù)。對(duì)于高頻通信，考慮較窄的波束，因此由于需要獲得較高的波束賦形增益，通常考慮較多的波束數(shù)目。對(duì)于不依賴波束賦形來實(shí)現(xiàn)覆蓋的系統(tǒng)，可以考慮采用單波束方法。比如sub-6GHz NR系統(tǒng)可考慮單波束。

在NR系統(tǒng)中，低功率TRP和UE可能具有相似的復(fù)雜度和大小，特別是當(dāng)我們考慮高頻時(shí)。NR的評(píng)估假設(shè)包括在70GHz的UE處具有64個(gè)天線單元的情況。同時(shí)考慮到UE側(cè)天線數(shù)量較多，在UE側(cè)考慮混合接收波束賦形也是很自然的。對(duì)于UE的低復(fù)雜度，可以僅考慮一種具有較低覆蓋率的波束賦形。當(dāng)沒有UE波束賦形時(shí)，可以使用單波束方法。

NR信號(hào)設(shè)計(jì)包括初始接入信號(hào)，參考信號(hào)應(yīng)可擴(kuò)展到不同的波束數(shù)。

信道互易

由于窄波束有望用于高頻NR，因此提高發(fā)射機(jī)的CSI精度就顯得尤為重要。在TDD系統(tǒng)中，利用上行參考信號(hào)測(cè)量的信道互易性來獲取整個(gè)下行信道信息是一個(gè)很有吸引力的問題。但實(shí)踐中可能存在以下問題：

1.?UE在TX和RX波束賦形上具有不同的波束賦形能力。

2.?由于上下行鏈路上的相位噪聲等不同損傷，上下行鏈路路徑可以不同，因此信道互易性不能始終保持。

3.?默認(rèn)情況下，通過射頻開關(guān)在TX和RX射頻（RF）鏈之間共享天線單元已被6GHz以下的系統(tǒng)廣泛使用。然而，隨著載頻的增加，由于收發(fā)開關(guān)的插入損耗和傳輸線或饋線引起的傳輸損耗增大，TX和RX共用天線單元引起的信號(hào)衰減變得更加嚴(yán)重。因此，TXU和RXU有時(shí)在不同位置分別具有單獨(dú)的專用天線陣列。

此外，考慮到快衰落信道，尤其是在支持FDD的情況下，sub-6GHz的NR可能不具有良好的信道互易性。因此，NR-MIMO框架（同時(shí)考慮初始接入和初始接入后基于波束的/CSI反饋）應(yīng)支持有無互易的情況。

NR TRP應(yīng)控制配置系統(tǒng)以支持完全/部分/無互易性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有靈活性和可擴(kuò)展性，以使基站適應(yīng)不同的場(chǎng)景和情況。

UE可以協(xié)助TRP決定基站可以利用多少互易性。這可以通過UE能力、UE反饋等來實(shí)現(xiàn)。

多組件和多層次設(shè)計(jì)

考慮到LTE FD-MIMO中的class B已經(jīng)支持波束選擇，對(duì)于小于6GHz和大于6GHz的系統(tǒng)，NR中可以考慮類似的框架。以波束選擇形式的多層次/組件CSI反饋可應(yīng)用于6GHz以上。例如，多個(gè)組件可以指用于模擬波束選擇和數(shù)字波束選擇的組件。它也可以是混合波束的組合選擇。多個(gè)組件也可以引用多個(gè)TRP。對(duì)于每個(gè)組件，可以考慮多級(jí)波束選擇過程。例如，使用三級(jí)波束選擇過程。

1.波束選擇的第一級(jí)是寬波束的選擇，類似于基于CSI-RSRP的虛擬小區(qū)選擇。測(cè)量可以基于類似于發(fā)現(xiàn)參考信號(hào)的CSI-RS的RS。

2.第二級(jí)用于更窄的模擬波束選擇或混合波束選擇，其類似于LTE FD-MIMO的Class B K>1 中的CRI（CSI-RS資源索引）選擇。

3.第三級(jí)波束選擇用于數(shù)字波束選擇，類似于PMI選擇。

用于波束選擇的周期和非周期參考信號(hào)

周期參考信號(hào)是最簡(jiǎn)單的波束選擇方法，特別是考慮到第一級(jí)。只要設(shè)置了周期RS的參數(shù)，就可以在預(yù)留資源中進(jìn)行波束選擇。然而，這可能導(dǎo)致一些資源浪費(fèi)，并產(chǎn)生不必要的干擾。這限制了波束選擇的靈活性。因此，純周期波束選擇方法不利于前向兼容。與周期波束選擇相比，非周期波束選擇具有更大的靈活性。波束選擇只能在需要時(shí)進(jìn)行，例如出現(xiàn)阻塞或斷開或發(fā)生劣化時(shí)，或數(shù)據(jù)到達(dá)剛剛喚醒時(shí)。由于它是非周期的，因此可以實(shí)現(xiàn)靈活的波束選擇資源分配。設(shè)計(jì)一個(gè)合適的觸發(fā)機(jī)制來選擇波束是至關(guān)重要的。

考慮模擬波束賦形約束的參考信號(hào)設(shè)計(jì)

在同一TXRU上的模擬波束賦形不能是頻率選擇性的。因此，需要一個(gè)約束條件，即同一TXRU上的所有信號(hào)需要在同一時(shí)間符號(hào)中具有相同的模擬波束。在傳輸端，這意味著具有不同模擬波束的CSI-RS端口只能在不同的符號(hào)中復(fù)用。

考慮到模擬接收波束賦形，這意味著具有相同發(fā)射波束的參考信號(hào)的多個(gè)發(fā)射點(diǎn)應(yīng)以不同的符號(hào)發(fā)射，以便UE執(zhí)行接收波束掃描。

考慮到不太穩(wěn)定的高頻無線鏈路，需要在相同子幀中觸發(fā)波束選擇、CSI測(cè)量和CSI報(bào)告以進(jìn)行快速波束選擇。這使得網(wǎng)絡(luò)能夠靈活地配置所需的測(cè)量RS，并根據(jù)需要觸發(fā)CSI組件/層次。然后，網(wǎng)絡(luò)可以靈活地配置波束數(shù)目和波束粒度，并將參考信號(hào)的信息和反饋配置告知UE。除了時(shí)域之外，自包含資源可以是頻域資源或波束/端口資源。

在LTE中，如上所述，在第一級(jí)反饋CSI-RSRP，在第二級(jí)反饋CRI，并且在第三級(jí)反饋所選擇的CSI-RS的CSI。根據(jù)反饋在網(wǎng)絡(luò)端的預(yù)期使用方式，反饋內(nèi)容可能會(huì)有所不同。例如，如果網(wǎng)絡(luò)需要在第一級(jí)波束選擇之后進(jìn)行調(diào)度，則反饋需要滿足這一要求。反饋內(nèi)容也可以被認(rèn)為是可配置的。

為了滿足NR對(duì)高數(shù)據(jù)吞吐率的要求，必須采用空間復(fù)用技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。預(yù)計(jì)空分復(fù)用（SDM：spatial division multiplexing）將在MIMO高頻傳輸中發(fā)揮越來越重要的作用。例如，不同用戶的數(shù)據(jù)可以在相同的時(shí)間/頻率/碼域中并且僅使用不同的波束進(jìn)行傳輸，如圖1所示，其中UE1、UE2和UE3的數(shù)據(jù)信道分別使用相同的時(shí)間/頻率/碼資源在TP1的波束14、波束0和波束2中傳輸。同時(shí)，UE1也由TP2提供服務(wù)?？梢钥紤]非相干聯(lián)合傳輸。這使得在LOS環(huán)境中的自由度更高，這通常是在高頻情況下。此外，由于單個(gè)TP在高頻段的大帶寬上的功率限制，多個(gè)TP傳輸變得非常重要。

此外，為了提高魯棒性，可以考慮開環(huán)/半開環(huán)方案。在LTE中，許多MIMO傳輸模式被指定用于MIMO技術(shù)的演進(jìn)。為了使規(guī)范整潔并且考慮前向兼容性，優(yōu)選具有一個(gè)統(tǒng)一的MIMO傳輸模式以支持不同的MIMO方案，例如開/半開/閉環(huán)SU-MIMO、MU-MIMO、單點(diǎn)和多點(diǎn)傳輸，使得這些傳輸方案可以在不同的資源中動(dòng)態(tài)切換。相同的傳輸模式可用于數(shù)字/模擬/混合波束賦形以支持不同的頻帶。

在LTE中，DMRS端口分配是非常靈活和可擴(kuò)展的。我們可以繼續(xù)使用這種具有更高靈活性的可擴(kuò)展設(shè)計(jì)，特別是當(dāng)我們考慮多點(diǎn)傳輸時(shí)。在LTE中，數(shù)據(jù)和解調(diào)符號(hào)在時(shí)間和頻率資源中被復(fù)用。這限制了解調(diào)效率。為了支持動(dòng)態(tài)解碼，可以例如在同一符號(hào)中考慮時(shí)域復(fù)用。這減少了數(shù)據(jù)解調(diào)和解碼的時(shí)延。DMRS現(xiàn)在固定在同一位置?？梢钥紤]更靈活的配置，以適應(yīng)不同的粒度要求。為了適應(yīng)不同的要求，例如在不同的頻段，我們提出了多級(jí)DMRS。第一級(jí)DMRS始終存在，如果需要更高的DMRS精度，可以配置另一級(jí)DMRS。

控制信道傳輸

除了數(shù)據(jù)信道外，MIMO框架的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮對(duì)基于波束的控制信道、廣播信道和同步信號(hào)的支持?？紤]控制信道的覆蓋范圍和魯棒性將是一個(gè)挑戰(zhàn)。由于控制信道傳輸?shù)聂敯粜蕴卣鞣浅Ｖ匾?，因?/span>通過比數(shù)據(jù)信道傳輸更寬的波束傳輸可以實(shí)現(xiàn)更高的魯棒性，但這會(huì)使波束訓(xùn)練/跟蹤等波束管理更加復(fù)雜，導(dǎo)致控制信道傳輸和數(shù)據(jù)信道傳輸?shù)母采w不均衡。

可以考慮具有窄/寬波束的多組件控制信道。例如，在高頻通信中，采用大增益窄波束來克服傳播衰減和降低開銷，但是窄波束比寬波束更容易造成信道阻塞。因此，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠配置UE以在不同的時(shí)間單位檢測(cè)各種控制信道分量。

波束管理

基于波束的鏈路性能很容易受到UE移動(dòng)、UE旋轉(zhuǎn)和波束阻塞等潛在的傳播信道條件變化的影響。密集城市的典型部署場(chǎng)景如圖2所示。

可以觀察到，由于人為阻塞的存在，鏈路失效的概率會(huì)增加。同時(shí)，復(fù)用增益將受到限制，因?yàn)楦哳l信道中的有效多路徑是稀疏的，特別是在所示的單TRP和單波束服務(wù)情況下。因此，如圖3所示，為了提高鏈路的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)速率，需要進(jìn)一步研究TRP和波束之間的協(xié)調(diào)。圖3還顯示了需要信道/波束跟蹤的UE移動(dòng)。

為了進(jìn)行有效的波束管理，需要基于波束的鏈路質(zhì)量計(jì)算與量化。

如圖3所示，在識(shí)別和預(yù)測(cè)完整鏈路或每波束鏈路的質(zhì)量時(shí)，可以考慮多級(jí)度量，如SNR、ACK/NACK和相應(yīng)的變化。應(yīng)支持相應(yīng)參考信號(hào)的自適應(yīng)傳輸，如圖4所示的多發(fā)射點(diǎn)DMRS。例如，根據(jù)相應(yīng)的信令，為了應(yīng)對(duì)UE處波束的變化，可以考慮具有相同發(fā)射波束的多發(fā)射點(diǎn)DMRS，使得UE可以通過在預(yù)定義集內(nèi)掃描來細(xì)化接收波束。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)TRP處波束的變化，可以發(fā)射多波束DMRS，以便UE通過波束細(xì)化跟蹤波束的變化。

對(duì)于基于波束的鏈路，可以采用周期性和非周期性信令來初始化維護(hù)或恢復(fù)過程。這些過程可以通過UE或TRP側(cè)的物理層或高層請(qǐng)求觸發(fā)。為了減少信令開銷和處理時(shí)延，需要研究請(qǐng)求信令與所識(shí)別的鏈路質(zhì)量之間的映射。表1中列出了一些初步建議作為示例。在降級(jí)或中斷期間，控制信號(hào)可以用多波束傳輸，以便觸發(fā)快速恢復(fù)或波束跟蹤。

隨著TRP在高頻段的部署越來越密集，為了保持鏈路的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)速率，需要進(jìn)一步加強(qiáng)不同TRP之間的協(xié)調(diào)。在理想回程和非理想回程兩種情況下，都需要研究如何在有限的RS開銷下支持更大的測(cè)量集，以及靈活的聯(lián)合傳輸方案。