《电子技术应用》
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基于3GPP协议的毫米波波束跟踪方案设计
电子技术应用
张琪,白晓宇
网络通信与安全紫金山实验室,江苏 南京 211111
摘要: 波束跟踪是5G毫米波通信系统保持无线链路稳定性的重要技术之一。基于3GPP协议规定的下行波束管理过程P1、P2、P3和上行波束管理过程U1、U2、U3,详细分析和对比了不同波束跟踪方案的资源占用率与波束失败概率。分析与仿真结果表明,从平均资源占用率的角度来看,由于一般通信系统中下行资源往往比较丰富,因此P2+P3方案相对最优;从波束失败概率的角度来看,由于U2+P3方案无需功率反馈,因此波束失败的概率最低。在实际通信系统中,可根据具体的指标要求,选用合理的波束跟踪方案。
中文引用格式: 张琪,白晓宇. 基于3GPP协议的毫米波波束跟踪方案设计[J]. 电子技术应用,2023,49(12):38-44.
英文引用格式: Zhang Qi,Bai Xiaoyu. 3GPP protocol based beam tracking scheme design for millimeter wave communications[J]. Application of Electronic Technique,2023,49(12):38-44.
3GPP protocol based beam tracking scheme design for millimeter wave communications
Zhang Qi,Bai Xiaoyu
Purple Mountain Laboratories, Nanjing 211111, China
Abstract: Beam tracking is one of key technologies of millimeter wave communication systems for maintaining a stable radio link. Based on the downlink beam management procedure P1,P2,P3 and uplink beam management procedure U1,U2,U3 specified in 3GPP (3rd Generation Partnership Project) protocols, this paper analyzes and compares the resource occupation rate and beam failure probability of different beam tracking schemes. Analysis and simulation results show that the P2+P3 scheme is optimal in the sense of average resource occupation rate as the downlink resource is usually abundant in general, whereas, in the sense of beam failure probability, the U2+P3 scheme is optimal since it is free of power information feedback. In practice, an appropriate beam tracking scheme can be chosen according to the special communication requirements.
Key words : millimeter wave;beam tracking;resource occupation rate;beam tracking probability

0 引言

随着无线通信技术的不断发展,无线通信网络在传输带宽、数据吞吐量等方面的需求快速增加。与传统6 GHz以下频段相比,毫米波频段拥有大量的空闲带宽资源,可以有效提升系统的数据传输速率,但是毫米波频段的自由空间路径损耗大,大气吸收和降雨造成的衰减严重,必须依赖于大规模天线阵列的波束赋形技术才能有效抵抗信号衰减[1]。为了达到较高的发射增益,毫米波大规模天线阵列的波束宽度通常较窄,基站与用户之间必须通过波束跟踪来保证波束相互对齐,从而建立稳定的通信链路。

近年来,各国专家学者针对波束跟踪问题提出了许多算法,例如:文献[2]-[3]提出了基于Kalman滤波的波束跟踪算法;文献[4]通过Gauss过程回归来分析信道的时变特性,进而给出波束的变化规律;文献[5]给出了基于强化学习的波束跟踪方法;文献[6]则进一步研究了协作传输中基于强化学习的波束跟踪问题。但是现有文献主要集中于研究波束跟踪算法理论问题,对于在实际应用中如何将3GPP(3rd Generation Partnership Project)协议与波束跟踪算法有机结合起来,目前的研究成果较少。文献[7]-[8]对3GPP协议中波束管理有关的流程进行了详细介绍和展望;在此基础之上,文献[9]讨论了基于信道状态信息参考信号 (Channel State Information Reference Signal, CSI-RS) 和探测参考信号 (Sounding Reference Signal, SRS) 的波束跟踪方案;文献[10]进一步研究了波束失败的检测与恢复方法。



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作者信息

张琪,白晓宇

(网络通信与安全紫金山实验室,江苏 南京 211111)



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