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beamManagement(三)connected mode DL Beam training

mode DL Training Connected
2023-09-27 14:26:30 时间

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在进入连接态后,DL 可以使用CSI-RS/SSB进行波束训练,上行使用Sounding RS进行波束训练。先看下行波束训练过程,DL 参考信号的RRC层配置结构如下。

 

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CSI-RS有很多功能,例如移动性管理,速率匹配,精准视频跟踪等(CSI部分目前只写了CSI-RS时频域资源配置的内容,后面再展开看其他内容),这里仅介绍波束管理部分,用于波束训练的CSI-RS也叫CSI-RS BM。

CSI-RS部分RRC层参数配置

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aperiodicTriggeringOffset:触发非周期CSI-RS的时隙(DCI触发)到发送CSI-RS的时隙间隔。

nzp-CSI-RS-Resources:关联NZP-CSI-RS资源集的资源,对于CSI,每个资源集最多8个NZP CSI。

trs-Info:配置为Tracking信道跟踪的CSI-RS,与beam management不相干,trs-info和下面的Repetition不能同时配置。

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TRS 是需要配置trs-info =true,其实在38.214 CSI-RS for tracking章节中 是有trs-info和repetition不期望一同配置的描述的,按道理这两个参数是不能一起配置的;但是有朋友说,实网下有 trs-info =true和repetition=off一起配置的情况,并且UE没有报错,那强行理解下这个现象,CSI-RS for tracking 是需要配trs-info,根据上面这段话 配置trs-info=true时又不能配置repetition(38,331中说不配置repetition 其实就是repetition=off),那对于trs场景 或许可以配置成那样 trs-info =true和repetition=off,换个角度也是对应单独配置 trs-info =true的情况,因为38.331中说不配置repetition 其实就是repetition=off。但是回到协议上说,trs-info和repetition 还是不应该同时配置的。反过来到beam management,是不需要配置trs-info的,重点就是repetition的配置。 

Repetition :是CSI-RS BM的一个关键参数,可以配置On 或Off。设置为Off时,表示CSI-RS资源集中的CSI-RS资源发送时,使用了不同的波束空域传输filter,就是CSI-RS发送的波束不重复,这时候基站发送波束扫描,UE可以保持接收波束不变,进行波束训练;设置为On 时,表示CSI-RS发送的波束重复,即基站在相同波束上发送CSI-RS, UE可以扫描接收波束,进行波束训练。

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Repetition =off时, 基站发送不同的CSI-RS供UE进行测量并上报对应的CRI(CSI-RS Resource Indicator),基站根据CRI 对波束进行调整,完成波束训练。

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Repetition =On时, 基站发送CSI-RS发送的波束重复, UE根据自己的波束测量结果,自行调整接收波束,选择最强波束,完成波束训练,这种场景下UE不需要上报CRI,具体训练方式由UE端算法决定。

 

虽然波束训练的具体策略,spec上都没提及,是厂家私有做法,但是通常的模型是基站在初始接入SSB波束周围,发送一个或多个比较窄的波束(CSI-RS,对应CSI-RS Resource Indicator, CRI);UE对CSI-RS参考信号测量,得到L1-RSRP结果,上报不同CRI的测量结果;例如下图基站在SSB0 发送比较窄的CSI-RS 0/1/2 , SSB1发送CSI-RS 3/4/5 ,CSI-RS配下来后,就也就有了方向性,只是这个方向性,UE端感知不到;之后UE 上报CRI,PMI等信息,网络端就可以知道UE的相对具体位置和方向性信息;当然TDD场景,SRS也可以辅助确定上述信息;PDCCH/PDSCH DMRS都可以与CSI-RS 设置QCL 关系,进而就可以很好的确定方向性等等,当UE在信号状况不好的情况下,基站就可以控制UE进行beam的切换,基站选择L1-RSRP最强的CSI-RS对应的波束进行下行信道发送,进而使得UE切换到信号状况良好的beam上。

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下行波束训练的大体过程基本阐述完了,具体的工作机制,简单的说DL 波束训练有两条路可走,一条是PDSCH DMRS TCI/QCL的配置流程,通过RRC层在PDSCH配置TCI state 集合->MAC CE激活不超过8个TCI state->DCI field 确定最终选用的TCI-state,另一条是PDCCH DMRS RCI/QCL的配置流程,通过RRC 层配置PDCCH 的TCI state 集合->MAC CE激活其中1个TCI-state,下面我们按照RRC->MAC CE->DCI的顺序逐层看下这两种方式spec中的相关描述。

 

RRC 层PDSCH

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38331 g60版本中,目前PDSCH中最大支持配置128个TCI State,而PDCCH最大支持64个TCI state。

 

PDSCH 的TCI State 信息,首先在RRC中配置,通过tci-StatesToAddModList 最多配置128个,对于UE来说,RRC信令中配置的TCI State list是下行各种波束(SSB/CSI-RS)的一个大集合,后面还需要基站通过MAC CE/DCI field进一步在这个集合中指示具体的波束信息。

虽然38.331中规定PDSCH 的TCI State 信息,通过tci-StatesToAddModList 最多配置128个,但是实际中这个个数与UE的能力相关。

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基站侧会在PDSCH-Config中配置 M个TCI-State 给UE,然后根据DCI field transmission Configuration Indication 激活对应的TCI -state 关系,根据tci-state 调整波束方向后,再decode PDSCH;其中M 由UE能力参数maxNumberConfiguredTCIstatesPerCC决定。

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38.306中tci-StatePDSCH中有指出,对于FR2,最少要支持配置64 个TCI states,38.331中规定的最大值128是可选项不强制要求;对于FR1,支持配置的TCI state必须要大于等于supported band 允许的最大SSB数设定,不考虑频谱共享的场景,band支持的最大SSB个数就由38.213 4.1中规定的SSB pattern case A~C(FR1 只能是caseA~C)相关,具体的说就是每半帧SSB的最大发送次数L,具体可以参考小区搜索(一)SSB。 

PDCCH

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PDCCH 的TCI State信息,在CORESET参数中下发,最多配置64个,通过上图中蓝色字体tci-StatesPDCCH-ToAddList 的描述,PDCCH配置的TCI State来自PDSCH-config中TCI state ,是PDSCH-config 中TCI state的子集。

如下如图的简单例子,在pdsch-config中通过tci-stateToAddModlist 只配置tci-state id 0/1,在tci-StatedPDCCH-ToAddList中配置的tci-state id 为0,这个0指的就是pdsch-config中tci-stateToAddModlist配置的tci-state id 0。

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tci-PresentInDCI 这个参数比较关键,在RRC层配置tci state 集合的情况下,首先会在MAC CE中激活一部分TCI state(最多8个),如果tci-PresentInDCI 有enable 的话,最终基站会通过在DCI中 的field Transmission configuration indication指示最终UE要采用的那个TCI state。

 

MAC层

spec 38321介绍了TCI State相关的MAC CE,包括:

TCI States Activation/Deactivation for UE-specific PDSCH MAC CE

Enhanced TCI States Activation/Deactivation for UE-specific PDSCH MAC CE

TCI State Indication for UE-specific PDCCH MAC CE

TCI state MAC CE: 用0/1表示RRC高层中配置的TCI State列表中对应索引的激活状态,最多激活8个TCI State。

 

PDSCH

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网络侧可以通过下发TCI states Activation for UE-specific PDSCH MAC CE或者Enhanced TCI states Activation for UE-specific PDSCH MAC CE,激活最多8个TCI states,之后通过DCI 1_1/1_2 中的field “Transmission Configuration Indication”激活其中一个TCI-state。对应MAC CE的图示如下。通过这段描述,可以直接看出,PDSCH 的TCI states激活流程就是RRC层配置TCI states集合(最多128个)-> MAC CE 激活最多8个TCI states,最后通过DCI field transmission Configuration Indication 激活其中一个,也就是tci-PresentInDCI 这个参数enable与否 是与PDSCH 的tci state激活流程相关联的。

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DCI 1_1/1_2 中,Transmission configuration indication

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DCI field Transmission configuration indication,在tci-PresentInDCI(DCI 1_1)配置为enabled时,此字段长度为3 bits,表示PDSCH 的TCI State的索引(对应于MAC CE中的最多8个TCI state);在不配置tci-PresentInDCI 时,字段长度为0。

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DCI 1_2  应用于URLLC场景,tci-PresentInDCI-1-2(DCI 1_2)enable时,RRC层可以为DCI 1_2 transmission configuration indication配置成1~3bits;RRC层不配置时,对应0bits;从这段描述可以看出DCI 1_2的transmission configuration indication配置更为灵活,正常情况下transmission configuration indication bit大小应该可以表示MAC CE中激活的TCI state 个数,比如MAC CE中激活2个tci states,DCI field应该配置为1bits;;MAC CE中激活4个tci states,DCI field应该配置为2bits;MAC CE中激活8个tci states,DCI field应该配置为3bits。

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MAC CE tci state与DCI field的映射关系在38.321 中有描述,简单的说,如果MAC CE 激活(Ti=1)的TCI state 是 TCI state 1/4/8/9/11/13/15/17时,DCI field 的 3bits 对应的0~7 分别对应TCI state 1/4/8/9/11/13/15/17;DCI field transmission configuration indication 最大只能是3bits,所以通过MAC CE最多只能激活8个 TCI state。

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对于DCI 1_2,DCI field transmission configuration indication 可以配置为1~3bits,如果配置为2bits时,MAC CE 却激活了6个TCI state,DCI field 2bits 只能表示4个TCI state,这时候只认为MAC CE 激活的前4个TCI states有效,忽略最后2个TCI state。

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MAC 层激活TCI state需要处理时延,所以UE收到DCI 包含transmission Configuration Indication,且要在slot n 传输PDSCH(MAC CE)相关的PUCCH HARQ-ACK时,UE 应该在 slot n+3N_subframe,u_slot +1 才能通过DCI 激活TCI state。 

 

上面的内容有一个场景并没有考虑到,就是在刚刚进入connected mode时,有段时间UE是没有收到网络端配置的TCI-state ,initial TCI state一般会在注册阶段 完成AS 层SMC后,通过第一条rrc reconfiguration配置下来,此前会用DCI 1_0进行PDSCH的调度或者配置了TCI states,还没有收到MAC CE的激活命令前,PDSCH的DMRS天线端口应该参照什么样的信道特征去工作?当然spec肯定考虑到了,下面就来看下。

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不配置tci-PresentInDCI时或使用DCI 1_0调度的PDSCH,UE采用和PDCCH DMRS相同的波束去接收。

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tci-PresentInDCI/tci-PresentDCI-1-2 设置为enabled,对应的DL DCI与调度的PDSCH的时间偏移大于等于timeDurationForQCL时,UE收到initial RRC层 TCI state的配置,但是还未收到激活的MAC CE,此时UE可以假设服务小区的PDSCH的DM-RS端口与在初始接入过程中确定的SSB是准共址(QCL),其中qcl type设置为“typeA”,并且在适用时,qcl也设置为“typeD”。

 

PDSCH 的TCI states的激活机制基本上说完了,再总结下流程,首先在RRC 层PDSCH-Config中配置TCI -state 集合,最多128个;之后通过MAC CE最多激活其中的8个TCI state;最后通过DCI field transmission configuration indication 选用MAC CE激活的8个TCI states的其中一个,但是实际中, 情况可能不同 比如 RRC 只配置了 8 个TCI-state 或者更少,这时候只要MAC CE 激活其中1个就可以,不需要DCI,具体还是看基站侧的策略。

PDCCH

PDCCH的TCI state激活过程比PDSCH简单,首先PDCCH 的TCI State信息,在RRC层CORESET参数中下发,最多配置64个,通过tci-StatesPDCCH-ToAddList 配置具体的TCI state信息,PDCCH配置的TCI State来自PDSCH-config中TCI state ,是PDSCH-config 中TCI state的子集;之后通过TCI State Indication for UE-specific PDCCH MAC CE激活其中一个,MAC CE的描述如下。

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PDCCH激活TCI states前后的规定的相关描述在38.213中。 

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除CORESET 0外的其他CORESET,如果UE没有在tci-StatesPDCCH-ToAddList和tci-StatesPDCCH-ToReleaseList配置TCI state,或者提供了不止一个TCI states但是没有收到激活TCI 的MAC CE时,UE要假设PDCCH的DMRS 天线port与初始接入时的SSB是QCL的关系;

 

如果UE有在tci-StatesPDCCH-ToAddList和tci-StatesPDCCH-ToReleaseList中配置不止一个TCI states,但是没有收到MAC CE的激活命令,这时UE在进行由Reconfiguration with sync 触发的随机接入过程,UE要假设PDCCH 的DMRS天线与SSB或者CSI-RS是QCL的关系。

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对于CORESET 0,则认为PDCCH DMRS是与激活的TCI state是QCL的关系;如果此时对应的场景不是PDCCH order触发的CFRA过程,恰巧也没有收到TCI 激活的MAC CE,这时候认为PDCCH DMRS与SSB是QCL的关系。 

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除CORESET 0外的其他CORESET,如果UE只提供了一个TCI state,或者MAC CE激活了其中一个TCI state,UE要假设PDCCH DMRS是与配置的TCI state对应的下行参考信号是QCL的关系;对于CORESET 0,UE 期望 下发的MAC CE 激活命令指示的 TCI state 是 qcl-Type=typeD的CSI-RS 。

MAC 层激活TCI state需要处理时延,如果UE 在slot k 传输MAC CE对应的PUCCH HARQ-ACK,那MAC CE激活的TCI state生效的时间要对应时隙k+3N_subframe,u_slot +1。

 

除了上述内容之外,spec 38.214中在配置TCI state时,对配置的reference set和QCL type还有一些规定,这里简单列出,就不做说明了。

不同CSI resource 和QCL的对应关系

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PDCCH/PDSCH DMRS和QCL 的规定

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connected mode DL beam 训练的流程如下,根据基站的策略不同,流程可能略有不同。

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最后看个DL 波束训练过程的例子,首先看PDSCH/PDCCH 的tci states配置情况。

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PDSCH 配置了6个TCI state,PDCCH中只用了PDSCH tci state集合中的前4个。

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当前UE驻留在SSB1 上的小区,SSB1的信号状况最好基站测有配置CSI 的periodic 上报,UE会周期上报CRI PMI 等信息,CRI用于告知基站侧UE目前测量到的最好CSI-RS的index。

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之后UE 依次上报CRI 3->1->0  告知基站侧最好的CSI-RS信息。

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之后UE收到了PDCCH MAC CE,代表要激活TCI State id 0,TCI state 0 代表PDCCH DMRS与nzp csi-rs 0 qcl type =typeA,而 csi-rs 0与 SSB 0 qcl type=type c,间接的说明PDCCH DMRS与SSB 0也有某种qcl关系,最后UE切换到了SSB0上,即此时信号状况最好的SSB上。

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通过CRI的上报顺序,大概可以推测 基站在SSB0 发送CSI-RS 0/1 , SSB1发送CSI-RS 3/4,用于波束微调,而UE 是从SSB1 靠近CSI-RS 3的位置,逐渐移动到CSI-RS 0的位置,因而UE会按顺序上报CRI 3->1->0,最后换到SSB0上。

目前看到的log,PDSCH配置了QCL/TCI的集合,但是PDSCH都不会收到MAC CE和对应的DCI(RRC 层也没有配置tci-PresentInDCI),只会通过MAC CE激活PDCCH 的QCL/TCI关系,根据上面的描述,这种情况下PDSCH DMRS和PDCCH DMRS采用相同的波束接收。