《電子技術(shù)應(yīng)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： 張琪，白曉宇. 基于3GPP協(xié)議的毫米波波束跟蹤方案設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)在傳輸帶寬、數(shù)據(jù)吞吐量等方面的需求快速增加。與傳統(tǒng)6 GHz以下頻段相比，毫米波頻段擁有大量的空閑帶寬資源，可以有效提升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，但是毫米波頻段的自由空間路徑損耗大，大氣吸收和降雨造成的衰減嚴重，必須依賴于大規(guī)模天線陣列的波束賦形技術(shù)才能有效抵抗信號衰減[1]。為了達到較高的發(fā)射增益，毫米波大規(guī)模天線陣列的波束寬度通常較窄，基站與用戶之間必須通過波束跟蹤來保證波束相互對齊，從而建立穩(wěn)定的通信鏈路。

近年來，各國專家學(xué)者針對波束跟蹤問題提出了許多算法，例如:文獻[2]-[3]提出了基于Kalman濾波的波束跟蹤算法；文獻[4]通過Gauss過程回歸來分析信道的時變特性，進而給出波束的變化規(guī)律；文獻[5]給出了基于強化學(xué)習(xí)的波束跟蹤方法；文獻[6]則進一步研究了協(xié)作傳輸中基于強化學(xué)習(xí)的波束跟蹤問題。但是現(xiàn)有文獻主要集中于研究波束跟蹤算法理論問題，對于在實際應(yīng)用中如何將3GPP(3rd Generation Partnership Project)協(xié)議與波束跟蹤算法有機結(jié)合起來，目前的研究成果較少。文獻[7]-[8]對3GPP協(xié)議中波束管理有關(guān)的流程進行了詳細介紹和展望；在此基礎(chǔ)之上，文獻[9]討論了基于信道狀態(tài)信息參考信號 (Channel State Information Reference Signal, CSI-RS) 和探測參考信號 (Sounding Reference Signal, SRS) 的波束跟蹤方案；文獻[10]進一步研究了波束失敗的檢測與恢復(fù)方法。



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作者信息

張琪，白曉宇

（網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室，江蘇 南京 211111）



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