Castle on a Cloud

在上一篇文章中,  我們談到 CSI-RS 在 beam management 中的作用, 主要是在 Beam Refinement 中提供通道係數的量測, 用以提供對 TX/RX 雙方更加合適的波束場型, 至於一開始的波束配置, 則由 SSB Burst 提供數個波束指向的 RSRP 資訊. 為了進一步了解其流程, 我們就介紹一下 SSB (Synchronization Signal). SSB 這個參考訊號在 4G LTE 時已出現, 主要包含兩個部分: PSS 與 SSS, 用以識別基地台的資訊. 有點像是 WiFi 的 Beacon, 廣播基地台的識別資訊, 讓使用者連入. 在我們之前的 文章 中, 也有介紹過, 就先不提 PSS 和 SSS 的部分. SSB 和 SSB Burst 在 5G 的系統中, 對 SSB 做了一些修改. 主要的原因是因為 5G NR 中對應了不同的頻寬,  同時, sub-6GHz (FR1) 以及 mmWave (FR2) 的不同物理特性, 也使得 SSB 的設計上和 LTE 有些許不同, 我們先專注在 SSB Burst 的部分. 在 5G NR 的 TDD 系統中, 關於 SSB Burst 的敘述一共分成 5 個情境, 並對應於不同的載波頻率適用, 從 Case A - Case E, 為從低頻至高頻, 其對應的 SSB 的時間, 也由高至低 (高頻可有較短時的 time slot 設定), 我們可以由下圖看出差異: 來自:  https://blog.csdn.net/u010658002/article/details/113067577 SSB Burst 的訊號依然跟隨原有 LTE 的機制,  在一個 sub-frame (5 ms) 內出現, 其預設的時間間隔為 20 ms, 因此, 若 UE 沒有抓到 SSB 的資訊, 則預設會聽 20 ms 的時間, 至於 SSB Burst 中對應的波束資訊, 則列於 SIB1 中, 讓 UE 在接收到 Cell 資訊時, 也就可以了解所對應的 SSB 波束資訊. 在上圖中, 我們也可以看到, 越多數量的 SSB, 也會造成系統越大的負擔 (真實資料傳輸越少), 因此, 在 5G NR 中也對不同載波的 SSB Burst 的數量, 如下所列: < 3 GHz:

在 5G 的系統中, 由於 mmWave 的引入, Beam (波束) 的估測, 追蹤, 排程, 與管理, 就變成必要的技術, 然而, 不論是多麼新穎的技術, 背後都是建立於量測, 在 5G 的系統中, 就透過 CSI-RS 來提供不同波束的量測資訊. 在 3GPP 定義的波束掃描機制中, 約略可以分成三個階段: Initial Bean Acquisition: 透過 Synchronization Signal Blocks (SSB) 的參考訊號,  透過波束掃描 (Beam Sweeping) 的方式, 取得 RSRP 決定約略波束方向 Transmit-end Beam Refinement: 傳送端 (以下行而言是基地台), 傳送 non-zero-power CSI-RS (NZP-CSI-RS) 作為精細的通道估測, 若是上行則由 UE 傳送 Sounding Reference Signal (SRS) 進行估測. 在此階段, 接收的波束場型固定, 透過改變傳送的波束, 取得精細的波束資訊. Receive-end Beam Refinement: 和上個階段相反, 固定傳送波束, 更改接收波束. 相對的, 使用的 SRS 和 NZP-CSI-RS 也對調. 我們可以用下圖來解釋此三個階段 來自:  https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_Phy_BeamManagement.html 可以看到 CSI-RS 在波束選擇的問題中,  主要是在第二和第三階段加入, 用以提供更精確地波束資訊. 此時使用不同的波束, 代表的就是不同的無線通道響應, 考慮到我們希望可以得到精密的 CSI 資訊,  在 CSI-RS 的設計上, 我們可以分時使用不同的波束,  並在不同的 sub-carrier 上進行傳送, 使接收端可以進行通道估測. 來自:  https://www.mathworks.com/help/5g/ug/nr-downlink-transmit-end-beam-refinement-using-csi-rs.html 上圖示以第二階段, 並考慮下行的 Beam Refinement 作為範例, 可以看到, UE (接收端) 固定一接收波束場型,  而基地台 (傳送端) 則分時使用不同的波束傳送 NZ