图1、5G Massive MIMO 网络中的天线波束（Beam）管理

当发射机没有关于接收机位置的信息时的波束管理与控制

图2、在具有窄波束的天线阵列中基站信号是如何达到用户的呢？

图3、Massive MIMO基站是通过Beamforming技术来把信号送给用户的

现在让我们来看看波束（Beam）管理/控制变得至关重要的更具体的情况。作为一个例子，我们来看下面的情况。 毫米波Massive MIMO的基站工作频率非常高。基站周围有一个用户即将打开用户设备。一旦UE打开，它将开始进行同步过程。对于这一步，基站将传输称为同步信号的特殊信号，并且信号应该能够到达基站周围的每个UE。然而，在Beam中，基站发送信号的问题很严重。事实上，基站天线发射的信号波束指向了非常狭窄的区域，不能同时覆盖很宽的区域。

图4、窄波束容易出现对不准用户的问题

那么这个问题的解决方案会是怎么样的呢？您可能想要同时向各个方向传送大量光束，看起来像一朵花:)一样，听起来不错 ？。

图5、形成像花朵一样的波束技术上实现并不容易

上面的解决方案是否可行，合理和有效？简单的答案是否定的，因为技术上是不可行的。目前最流行的建议似乎是基站在特定的时间向特定的方向发射波束，然后在下一个时间帧稍微改变方向，等等直到它可以扫描它应该覆盖的所有区域。

图6、波束管理的分阶段扫描过程

那么接下来的问题就是如何在无线电帧设计中反映和实现这个概念。在3GPP TS（技术规范）文件中有相应的描述，您可以从后面参考列出的TDoc中获得各种提案/提议的总体实现思路。

图7、波束指向用户的过程

当连接已经建立时天线的波束管理/控制

现在我们来谈谈更为重要的波束管理应用场景。就3GPP 协议而言，波束管理主要处理的是在连接状态期间的波束管理，而上面一节中提到的波束管理则被描述为小区搜索/初始接入的一部分。

一旦UE进入与网络的连接状态，UE和网络之间至少有一个波束（或者多个波束）已经正确连接。从理论上讲，UE和网络波束之间可以有很多不同的方式，但是我们可以将其降低到大致四种不同的情况，如下所示：

• 在情况1中，UE和网络通过单个TRP（Tx / Rx Point（节点））来和单个波束连接。

• 在情况2中，UE和网络通过多个TRP（Tx / Rx Point（节点））和每个TRP的单个波束连接。

• 在情况3中，UE和网络通过单个TRP（Tx / Rx Point（节点））和多个波束连接。

• 在情况4中，UE和网络通过多个TRP（Tx / Rx Point（节点））和每个TRP的多个波束连接。

上述几种波束连接情况如下图所示：

图8、波束的连接情况

连接状态下的波束管理的总体思路是：

i）网络传输用于波束管理的特定参考信号；

ii）UE检测到该信号并执行一些测量并向网络发送反馈；

图9、波束的反馈与修正；

您可能会注意到，总体思路与当前LTE中所使用的CSI反馈报告机制非常相似。但是，很多细节还有待确定。例如：

• i）基带信号（符号）的生成公式

• ii）资源分配映射（如何分配这些特定资源元素的参考符号）

• iii）UE多久需要执行这些测量

• iv）UE如何报告测量结果？ 是通过RRC消息还是通过MAC / PHY层的交易来完成？）

参考文献：

[1]3GPP R1-166089. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Beam Management Procedure for NR MIMO

[2] 3GPP R1-166214. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Discussion on the beam management for the NR

[3] 3GPP R1-166389. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Beam Management in Millimeter Wave Systems

[4] 3GPP R1-166565. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Beam management without prior beam information

[5] 3GPP R1-166657. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Views on beam management for NR

[6]3GPP R1-166785. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Discussion on TRP beamforming and beam management

[7]3GPP R1-167466. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Key principles for beam management

[8] 3GPP R1-167467. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Reference signals and reports to support beam management

[9] 3GPP R1-167543. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #86 – Beam Management Considerations for above 6 GHz NR

（完）