《電子技術應用》
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基于3GPP協議的毫米波波束跟蹤方案設計
電子技術應用
張琪,白曉宇
網絡通信與安全紫金山實驗室,江蘇 南京 211111
摘要: 波束跟蹤是5G毫米波通信系統保持無線鏈路穩定性的重要技術之一?;?GPP協議規定的下行波束管理過程P1、P2、P3和上行波束管理過程U1、U2、U3,詳細分析和對比了不同波束跟蹤方案的資源占用率與波束失敗概率。分析與仿真結果表明,從平均資源占用率的角度來看,由于一般通信系統中下行資源往往比較豐富,因此P2+P3方案相對最優;從波束失敗概率的角度來看,由于U2+P3方案無需功率反饋,因此波束失敗的概率最低。在實際通信系統中,可根據具體的指標要求,選用合理的波束跟蹤方案。
中文引用格式: 張琪,白曉宇. 基于3GPP協議的毫米波波束跟蹤方案設計[J]. 電子技術應用,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

隨著無線通信技術的不斷發展,無線通信網絡在傳輸帶寬、數據吞吐量等方面的需求快速增加。與傳統6 GHz以下頻段相比,毫米波頻段擁有大量的空閑帶寬資源,可以有效提升系統的數據傳輸速率,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,必須依賴于大規模天線陣列的波束賦形技術才能有效抵抗信號衰減[1]。為了達到較高的發射增益,毫米波大規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,從而建立穩定的通信鏈路。

近年來,各國專家學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律;文獻[5]給出了基于強化學習的波束跟蹤方法;文獻[6]則進一步研究了協作傳輸中基于強化學習的波束跟蹤問題。但是現有文獻主要集中于研究波束跟蹤算法理論問題,對于在實際應用中如何將3GPP(3rd Generation Partnership Project)協議與波束跟蹤算法有機結合起來,目前的研究成果較少。文獻[7]-[8]對3GPP協議中波束管理有關的流程進行了詳細介紹和展望;在此基礎之上,文獻[9]討論了基于信道狀態信息參考信號 (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方法。



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作者信息

張琪,白曉宇

(網絡通信與安全紫金山實驗室,江蘇 南京 211111)



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