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提升5G切换成功率

对蜂窝网络来说,增强移动性的两个目标是提高切换健壮性和减少切换期间的中断时间。在Rel-15标准化的早期,已商定NR将支持两种移动类型:

  • RRC参与下的移动性

  • 无RRC参与的移动性

RRC参与的移动与LTE移动性功能非常相似:它基于RRC上的事件驱动报告,其中UE对各种参考信号(映射到小区)执行测量,并过滤这些测量。当过滤后的测量满足网络参数化的某些标准时,UE将触发测量报告。

无RRC参与的移动也称为波束管理。它是为多个波束覆盖一个小区的情况而设计的。由于这些窄波束的覆盖面积较小,可以预期UE比改变小区更频繁地改变波束。为了降低波束切换的信令负载,决定不需要RRC信令来促进此类更改。相反,引入了基于MAC CE或DCI的信令解决方案

支持波束管理的三个功能如下

1. L1-RSRP报告SSB和CSI-RS

2. 基于MAC CE的QCL源更新,即波束指示

3. 波束故障恢复

由于这些功能是为了在不涉及RRC的情况下处理移动,因此它们仅限于小区内操作。如何扩展这三种功能,以便也与非服务小区相关的操作。也就是说,可以在不需要RRC信令的情况下将UE从一个小区传输到另一个小区。在L1连接从一个小区移动到另一个小区后,仍然需要RRC重配置,例如,更新测量配置。

非服务小区上的L1-RSRP报告

对于波束管理,SSB和CSI-RS上的L1-RSRP测量报告已经标准化。然后可以通过PUCCH或PUSCH将这些测量传输到服务小区,并且网络可以使用这些测量来选择将使用哪个下行波束来传输数据。

UE可以被配置在CSI-RS和SSB上执行测量。以SSB为例,将其配置为CSI-SSB资源集。CSI SSB资源集的定义如图1所示

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然后,UE可以被配置为基于SSB-Index列表报告L1-RSRP。UE可以被配置为报告1、2或4个最佳SSB,即,从具有最高L1-RSRP的列表中的SSB。

由于此RSRP报告是为波束管理设计的,因此隐式地假定UE只能配置为在服务小区内报告SSB的RSRP。然而,还包括在配置的非服务小区中报告配置的SSB测量值是有难度的。唯一需要的是用包含PCI的数量替换SSB-Index。

通过这个小的添加,可以配置UE来报告RSRP,也可以用于非服务小区中的SSB。然后,可以使用已经定义的任何PUCCH或PUSCH报告向网络报告该测量值。

通常,在UE中过滤邻小区测量,以滤除由快速衰落引起的变化。一旦满足了某些标准,UE随后请求上行资源,并通过RRC将测量报告发送到网络。图2描述了RRM测量模型。

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图2中最左边列出的gNB波束子集对应于小区内传输的参考信号。这些小区内波束在Point A1处的测量正是UE出于波束管理目的将报告的L1测量。

如果UE现在被配置为也对邻小区中的波束执行L3测量,则相应的L1测量也将在UE中容易获得。因此,不需要在UE中实现额外的测量功能来对邻小区执行L1-RSRP测量。

图2所示的L3移动性流程相当慢,主要是由于对报告标准的过滤和评估。通常情况下,小区质量需要在某个特定水平上保持几十毫秒才能触发报告。另外,UE需要经由SR请求上行资源,并且使用RLC传输测量,导致额外的开销和时延。

相反,L1上的报告可以更快:一个测量报告可以非常频繁地传输,比如说每20毫秒传输一次。然后,gNB就可以自由地对这一系列测量报告执行任何类型的操作。例如,为不同的UE速度调整过滤是微不足道的。需要注意的另一点是,网络不必为所有UE启用L1报告。如果网络确定UE远离小区边界,则它将不配置L1(或L3)上的邻小区的任何报告,从而导致UE功耗降低:

启用L1报告最直接的方法是激活半持久性报告。因此,允许L1报告邻小区也有显著的好处。

使用MAC-CE信令减少切换中断

波束管理功能设计用于多波束覆盖一个小区的情况。由于这些窄波束的覆盖面积较小,预计UE改变波束的频率将比改变小区的频率更高。为了减少波束开关的信令负载,决定不需要RRC信令来促进这种改变。波束切换期间的信令涉及改变PDCCH/PDSCH的QCL源。QCL源属性使得UE能够通过对信道估计提供一些指导来解调PDCCH/PDSCH DMRS。

一旦UE被提供了新的QCL源,它就在相应的RS上执行测量以导出相关的QCL属性。然后在解调PDCCH/PDSCH时使用这些QCL属性。

正如预期的那样,QCL源的更新具有低开销和低时延。MAC-CE消息只有两个八位字节,并且UE在发送MAC-CE消息的HARQ ACK之后3ms应用新激活的QCL源。

注意,MAC-CE指示是同步过程:网络和UE对更新配置何时生效具有相同的理解。这意味着可以实现0ms中断.

网络有可能在切换命令中向UE提供全新的RRC配置。例如,与旧小区相比,新小区中的DMRS或PDCCH/PDSCH加扰的配置可以不同。然而,与LTE相反,NR中没有硬编码到小区标识(即PCI)的物理层参数。因此,在服务和目标小区中有可能具有相同的物理层配置。

在这种情况下,UE能够在目标小区中的物理层上开始接收数据所需要的唯一事情是QCL源被更新,这将使得UE能够与目标小区同步、解调并解码数据。

携带QCL源的RRC IE称为TCI-state:

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可以看出,TCI-state包含指向参考信号的指针。参考信号隐含地与服务小区相关联:因此,在Rel-15中,仅可能将QCL源改变为在服务小区内传输的参考信号,不可能将QCL源改变为非服务小区中的参考信号。

UE可以执行测量并从相邻小区发射的SSB导出至少一些QCL属性,这是UE执行RRM测量所需要做的。例如,为了在目标小区上执行SS-RSRP测量,UE必须与该目标的PSS同步,检测SSS并解调PBCH DMRS。然后在SSS和可选的PBCH DMRS上测量SS-RSRP。为了执行这些动作,UE将至少必须找到SSB的平均时延并且可以容易地估计多普勒频移。因此,UE可以容易地使用相邻小区中的SSB作为用于PDCCH/PDSCH DMRS接收的QCL源,前提是UE先前在该SSB上执行测量。

为了能够使用此功能,必须在QCL信息中引入非服务单元的标识符。这种标识符的自然选择是物理单元标识(PCI)。

如果在QCL信息中引入PCI,网络可以将QCL源更新为非服务小区中的RS。一旦指示命令生效,网络就可以直接开始从新小区通过PDSCH传输数据。由于过程是同步的,因此网络和UE对更新的配置何时生效具有相同的理解。因此,可以消除数据通信中的中断。

快速失败恢复

“快速”本质上意味着该过程应该比RLF后的RRC重建更快,消耗更少的资源。

链路恢复设计用于处理当gNB和UE处的波束由于例如UE移动或旋转而变得不对准时的情况。UE将通过测量参考信号来检测这种情况,并且如果UE估计网络不再能够到达它,则UE将采取行动来恢复与网络的连接。UE将首先通过搜索候选波束参考信号来找到新的候选波束。一旦UE已经找到RS,它将使用候选波束参考信号作为定时参考来发送UL信号。这种情况如图3所示。

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到目前为止,已经隐含地假设UE仅被允许重新连接到同一小区:候选参考信号都属于服务小区。

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在所有候选参考信号属于同一小区的限制下,保证UE配置仍然有效,使得UE能够直接继续与网络的通信。

然而,UE仅被允许连接到同一小区的限制在某种程度上是人为的。没有什么可以阻止网络将UE配置为也在其他小区中恢复。这种情况如图4所示。

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对于此处描述的多小区波束恢复,不能允许UE在所有合适的小区中执行小区重选,无法保证UE配置在任意小区中仍然有效。网络很可能在一些相邻小区中重用了UE的C-RNTI。

BFR SSB资源和BFR CSIRS资源的当前定义不包括任何小区标识,两个字段都指服务小区中的参考信号。但是,如果BFR SSB资源和BFR CSIRS资源被扩展到包括字段以表示小区标识,UE也会在配置的单元中搜索候选波束。如果UE发现从另一小区传输的合适RS,UE也将被允许向该小区发送波束恢复请求。

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