5G波束扫描间隔

初始接入包括小区搜索和同步、系统消息广播、小区选择/重选和随机接入等功能。它对几个NR KPI有重大影响，例如控制面时延、覆盖率、连接密度和网络能效。

基于多波束的初始接入方法：

• 在基于多波束的方法中，多波束用于覆盖TRP/UE的下行覆盖区域或上行覆盖距离

• 基于多波束的方法的一个例子是波束扫描，•当对信号（或信道）应用波束扫描时，信号（信道）在多个波束上传输/接收，这些波束是在有限时间内的多个时间实例

这里讨论了一种基于上下行扫描时间间隔（STI：Sweeping Time Interval）的统一单波束和多波束初始接入框架。

上下行STI的动机是什么？

波束赋形是解决功率受限情况下初始接入覆盖问题的有效方法，例如在毫米波频率下。当应用波束赋形时，即多波束场景，TRP（UE）需要上下行波束扫描来发送（接收）和接收（发送）与初始接入相关的信号。在单波束情况下，可能需要重复以获得足够的初始接入覆盖。上下行扫描时间间隔（STI）是一种灵活的信号结构，将单波束和多波束传输和重复统一起来。

扫描时间间隔由以TDM方式多路复用的多个扫描块（SB：sweeping block）组成，如图1所示。在每个下行SB中，可以有一整套与初始接入相关的信号/信道，例如同步信号、PBCH和参考信号（用于RSRP测量或精细时频同步）。

在多波束场景中，由于TXRU的数量有限，可能必须在一个SB中仅沿一个或几个波束方向发送或接收信号。STI所有SB中的波束覆盖整个服务区域（如图1所示）。这种多波束传输在定义为波束扫描。在单波束方案中，可以使用多个SB中的信号重复，以允许能量累积和覆盖扩展。对于信噪比非常低的小区边缘UE，例如UMa，也应考虑波束扫描和重复的组合。

可以注意到，由于使用少量SB成功检测的概率变得更高，因此接近TRP的UE可以使用重复方案享受更快的初始接入。

此外，在功率不受限制的情况下，可能不需要波束扫描或重复。然后，单个SB STI就足够了，例如低频下基于单波束的部署。

下行扫描块中的不同或重复PCI

实现波束扫描形式的一种方法是向每个下行SB中的每个波束分配一个小区，即物理小区标识（PCI），类似于LTE和UMTS中的扇区小区，如图2所示。

实现波束扫描的另一种方法是允许在不同的下行SB中重复对应于相同小区（即相同PCI）的信号，如图3所示。

这两种方法原则上非常相似。然而，考虑到框架还应包括单波束情况下的重复，自然会在多个波束上采用相同PCI的重复。与每个波束一个PCI的方法相比，在不同SB/波束上重复PCI的方法显示出几个优点：

1. 需要更少的PCI，特别是在具有多个波束的部署中。这简化了PCI规划并可以减少UE小区搜索工作。

2. 检测一个小区的一个SB/波束的UE可以用很少的额外努力检测同一小区的其他波束，因为它们使用相同的PCI并且以一定的时间偏移进行传输。

3. UE可以容易地软组合来自不同下行SB的PBCH（与SI），因为它们对应于同一小区。不清楚UE是否可以组合来自不同小区的PBCH。

4. 在波束之间移动的空闲UE不会小区重选，这意味着可以省略SI接收和解码。

注意，下行STI可以由单个下行SB组成，即仅由SS等的单个实例组成。如果gNB传输多个独立小区，则这些小区中的每个小区传输其自己的下行STI。不排除不同小区的下行STI在彼此之上、彼此之后或以某种方式交错地同步传输。

下行STI结构

在相同波束（即相同天线端口）上重复的情况下，例如在单波束情况下，UE可以相干地组合重复下行SB中的信号以提高SNR。然而，如果信号在来自相同TRP（即不同天线端口但准并置）或来自不同TRP（即非准并置）的不同波束上重复，则不同的组合方案可能是可行的。因此，对于UE来说，预先知道特定小区的STI中的重复结构可能是有用的，例如，如果信号在连续下行SB中的相同波束上重复，如果不同下行SB中的信号是准并置的，或者如果信号在特定不连续STI结构中的不同波束上重复。虽然UE不必知道STI结构来查找小区，但该信息可以提高检测性能并降低UE功耗。还可以考虑将同样是相邻小区的STI结构信息包括到空闲UE可用的SI中。

一个关键问题是上下行 STI与用于传输数据和相应控制信令的帧结构之间的关系，即如何将上下行 STI映射到无线帧。一种简单的方法是应用连续STI并刺穿一个或多个连续数据/控制传输以适应STI，如图4的中间方法所示。尽管上下行数据传输的自包含反馈和调度在许多情况下非常有吸引力，但它是否能在所有情况下使用仍然令人怀疑。在这种情况下，需要使用延迟反馈或调度。然后，为STI屏蔽连续时间间隔的想法可能在一定程度上限制数据传输的灵活性，特别是如果采用长STI。

对于基于单波束的部署，SB将只占用一个或几个符号。剩下的部分可以像LTE一样用于数据传输。因此，这似乎不是从时间间隔开始映射SB的好方法。应为数据调度保留下行控制域。

考虑到基于多波束（w/o重复）的部署，需要保证统一的设计。这意味着多波束SB的映射应与基于单波束的部署保持相同的开始时间点，并且所涉及的控制字段可以按照相同的原则保留。

因此，可采用图4底部方法所示的另一种不连续STI方法。仅在SB多路复用的时间间隔内刺穿数据。然后，即使长的下行STI也可能不会影响数据传输的灵活性。

时间信息

扫描时间间隔中的第一扫描块可用作时间基准。例如，它可能与帧或子帧边界具有固定的时间关系。然而，检测同步信号的UE不一定知道同步信号是哪个扫描块的一部分。因此，可能适合指示扫描块本身中的扫描块索引（SBI： sweeping block index），以便UE可以检测STI中的第一个SB的定时。

下行SB结构

一个下行SB可容纳下行同步信号（SS，其可包括PSS/SSS）、系统信息（SI）或波束特定参考信号（BRS：beam specific reference signal）。SS用于小区发现和粗略的时间/频率同步。BRS可用于RSRP测量和精细的时间/频率同步。SI用于指示与初始接入相关的基本系统配置，例如PRACH和上下行 STI的配置。

如图5所示，可以考虑三种基本SB结构。初步结果表明，即使采用理想的波束赋形，NR UMa场景也存在严重的覆盖问题。因此，应考虑进一步提高覆盖率。基于TDM的下行SB结构，可以对与初始接入相关的信号进行功率提升，有利于提高覆盖率。此外，功率有限的场景也需要重复。