基于波束管理的5G小區邊緣波束上行速率抖降研究

【摘 ?要】5G的業務類型及部署場景復雜，不同應用場景下速率需求不同，5G可通過NR波束管理或調整進行優化。從5G關鍵特性波束管理基本原理出發，結合廣州塔央視5G高清4k直播遇到的上行速率抖降問題，分析驗證并確定小區邊緣弱覆蓋優化方案，并通過實踐驗證方案的可行性。

【關鍵詞】波束管理;加權;上行速率下降

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

文獻標志碼：A ? ? ?文章編號：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小區邊緣波束上行速率抖降研究[J]. 移動通信， 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

移動性是歷代移動通信系統重要的性能指標，該指標表示在滿足一定系統性能的前提下，通信雙方最大相對移動速度。5G移動通信系統需要支持飛機、高速公路、城市地鐵等超高速移動場景，同時也需要支持數據采集、工業控制低速移動或非移動場景。因此，5G移動通信系統的設計需要支持更廣泛的移動性。

1 ? 波束管理原理簡介

1.1 ?靜態權和動態權

Massive MIMO有兩種加權方式：一種是靜態權，另外一種是動態權。

（1）靜態權：靜態波束對應的權值。UE反饋SSB索引或者CSI-RS索引，gNB通過索引與波束ID的映射關系，獲得靜態波束權值。

（2）動態權：SRS權或者PMI權。gNB通過SRS測量的信道估計獲得SRS權，通過UE上報的PMI反饋獲得PMI權。

UE在移動過程中，控制信道和廣播信道采用預定義的權值生成離散的靜態波束，各信道在每TTI都會選擇各自的最優波束。因此在移動中UE可能會有靜態波束切換更新。

C-BAND的AAU以64T64R為例，架構如圖1所示。對于靜態波束，在基帶做數字加權。波束管理的范疇只涵蓋靜態權，即靜態波束的管理。

波束管理具體包括波束掃描、波束測量、波束識別、波束上報和波束故障恢復等方面。

1.2 ?波束掃描

波束掃描是指在特定周期或者時間段內，波束采用預先設定的方式進行發送和/或接收，以覆蓋特定空間區域。

為了擴大波束賦形增益，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生覆蓋不足的問題，尤其在3扇區配置的情況下。為了避免這個問題，可以在時域采用多個窄波束在覆蓋區域內進行掃描，從而滿足區域內的覆蓋要求。采用波束掃描技術，波束在預定義的方向上以固定的周期進行傳送。

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的質量和特性進行測量的過程。在波束管理過程中，UE或者gNB通過相關測量識別最好波束。

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，為了進行快速的波束信息測量和上報，測量將基于L1進行，而不需要L3的濾波過程。傳統的L3 RSRP由高層上報，而5G中的L1 RSRP直接在物理層報告，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）進行。SRS用于監測上行信道質量，由UE發送，gNB接收。UE可配置多個SRS用于波束管理，它們包含1到4個OFDM符號，占用分配給UE的部分帶寬進行傳送。

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，其判決準則是波束的最大接收信號強度應大于特定的門限。上行方向上，移動終端根據gNB的方向傳送SRS，gNB對SRS進行測量以確定最好的上行波束。

如果gNB側能夠根據UE的下行波束測量結果來確定上行接收波束，或者gNB側能夠根據上行接收波束的測量結果來確定下行發送波束，則gNB側可認為Tx/Rx波束是一致的。

同樣，如果UE側能夠根據UE的下行波束測量結果來確定上行發送波束，或者UE能夠根據UE的上行波束測量結果來確定UE的下行接收波束，且gNB支持UE的波束一致性相關的特性指示信息，則UE側可以認為Tx/Rx波束是一致的。

1.5 ?波束報告

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側還需要進行波束錯誤恢復等相關工作。使用多波束操作時，由于波束寬度比較窄，波束故障很容易導致網絡和終端之間的鏈路中斷。當UE的信道質量較差時，底層將發送波束失敗通知。UE將指示新的SS塊或者CSI-RS，并通過新的RACH過程來進行波束恢復。gNB將在PDCCH上傳送下行設定或者UL許可信息，來結束波束恢復過程。

2 ? 案例分析

2.1 ?問題概述

央視新媒體實驗室協同廣州電信共同完成4k高清直播，地點選定在廣州塔，采用游船的拍攝方式。演示業務類型為視頻回傳，無線側通過CPE連接5G基站，再到核心網，并通過專線，整條鏈路打通5G網絡，將拍攝內容回傳至北京演播大廳。

本次演示首次接入5G SA網絡進行移動性場景嘗試，涉及站內小區，站間切換等調試業務，此前CPE均在定點進行演示，未涉及移動性場景，難度較大。站點部署完成后，進行業務調測過程中發現在跨站切換發生前幾秒，上行速率有抖降現象，在切換點前速率上行速率下降到50 Mb/s以下，演播廳回傳畫面出現花屏。

2.2 ?問題分析

（1）網絡拓撲

業務演示網絡拓撲如圖2所示。

（2）站點分布

如圖3所示，主用南岸搬遷2扇區+電視塔室外1扇區滿足覆蓋。

（3）測試分析

分析測試log發現，問題并不是切換產生，而是切換前就已經有速率下降現象，同時上行MCS同步下降，上行SRS和DMRS ?RSRP在掉坑點都陡降10 dB以上，上行SRS和DMRS SINR也是陡降10 dB。

（4）速率分析

此時最優2波束一直在變化，概率是0/32波束，已經在小區邊緣（水平負60°以外、垂直負10°以外），超出小區覆蓋范圍，波束落入衰落點的概率加大，進而速率陡降。

2.3 ?原因定位

華為現版本產品實現是上行PMI靜態權值波束，不如下行基于用戶移動的動態權值波束變換，因此超出覆蓋水平正負60°，垂直正負10°，上行峰值速率就會受損。

2.4 ?處理方案

如圖4所示，增加主覆蓋小區到三個，精準控制覆蓋，避免用戶移動到最佳波束覆蓋范圍外。

2.5 ?成效

優化后，如圖5所示，RSRP在航線上穩定在-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定在50 Mb/s以上，能夠滿足央視視頻直播回傳的需求。

3 ? 結束語

針對5G上行大帶寬需求，需提前結合實際場景需求，保障重點區域覆蓋情況，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智能仿真預估覆蓋情況和測試效果，結合現場測試，確定最終的網絡部署方案。

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