5G CSI-RS波束管理P-1/P-2/P-3信令全链拆解

flowchart TB
    subgraph P1["P-1: 初始波束选择"]
        A1["SSB/CSI-RS波束扫描<br/>gNB扫TX + UE扫RX"] --> A2["L1-RSRP测量<br/>TS 38.214 Sec 5.1.4"]
        A2 --> A3["选出最优初始波束对<br/>TX_Beam + RX_Beam"]
    end

    subgraph P2["P-2: gNB TX波束精修"]
        B1["CSI-RS窄波束发送<br/>repetition=off"] --> B2["UE固定RX测量<br/>报告CRI + L1-RSRP"]
        B2 --> B3["gNB选择最优TX波束<br/>MAC CE指示TCI State"]
    end

    subgraph P3["P-3: UE RX波束精修"]
        C1["CSI-RS固定TX发送<br/>repetition=on"] --> C2["UE扫RX波束测量<br/>报告CRI + L1-RSRP"]
        C2 --> C3["UE确定最优RX波束<br/>内部实现，不上报"]
    end

    P1 -->|"初始波束对建立"| P2
    P2 -->|"TX波束锁定"| P3
    P3 -->|"波束对就绪"| D["数据传输<br/>PDCCH/PDSCH/PUSCH"]

    style P1 fill:#e8f5e9,stroke:#2e7d32
    style P2 fill:#e3f2fd,stroke:#1565c0
    style P3 fill:#fff3e0,stroke:#ef6c00

classDiagram
    class CSI_MeasConfig {
        +csiReportConfigToAddModList
        +csiResourceConfigToAddModList
        +csi-SSB-ResourceSetToAddModList
        +csi-AperiodicTriggerStateList
        +csi-SemiPersistentTriggerStateList
    }

    class CSI_ReportConfig {
        +reportConfigType: enumerated
        +reportQuantity: enumerated
        +nrofReportedRS: INTEGER(1..4)
        +groupBasedBeamReporting: BOOLEAN
        +timeRestrictionForChannelMeasurements
        +subbandSize
    }

    class CSI_ResourceConfig {
        +csi-RS-ResourceSetList
        +resourceType: enumerated
        +bwp-Id: INTEGER
    }

    class NZP_CSI_RS_ResourceSet {
        +nzp-CSI-RS-Resources: list
        +repetition: enumerated
        +trs-Info: present/absent
    }

    class NZP_CSI_RS_Resource {
        +resourceMapping
        +frequencyDomainAllocation
        +nrofPorts: 1|2|4|8|12|16|24|32
        +cdm-Type: noCDM|fd-CDM2|cdm4|cdm8
        +density: 1|3|0.5
        +powerControlOffset
    }

    CSI_MeasConfig --> CSI_ReportConfig : contains
    CSI_MeasConfig --> CSI_ResourceConfig : contains
    CSI_ResourceConfig --> NZP_CSI_RS_ResourceSet : references
    NZP_CSI_RS_ResourceSet --> NZP_CSI_RS_Resource : contains

TCI-State ::= SEQUENCE {
    tci-StateId          TCI-StateId,
    qcl-Type1            QCL-Info,
    qcl-Type2            QCL-Info OPTIONAL,
    ...
}

QCL-Info ::= SEQUENCE {
    referenceSignal      CHOICE {csi-RS, ssb},
    qcl-Type             ENUMERATED {typeA, typeB, typeC, typeD}
}

sequenceDiagram
    participant gNB
    participant UE

    Note over gNB,UE: Step 1: RRC配置（可选，P-1可仅用SSB）
    gNB->>UE: RRCReconfiguration<br/>CSI-MeasConfig (periodic)<br/>reportQuantity = ssb-Index-RSRP
    UE-->>gNB: RRCReconfigurationComplete

    Note over gNB,UE: Step 2: SSB波束扫描
    loop 每个SSB周期（默认20ms for FR2）
        gNB->>UE: SSB Burst（最多64个SSB，FR2）<br/>SSB#0~SSB#63，不同TX波束
        Note over UE: UE用多个RX波束测量<br/>每个SSB的L1-RSRP
    end

    Note over gNB,UE: Step 3: L1-RSRP上报
    UE->>gNB: PUCCH Format 2/3/4<br/>CSI Report: SSBRI + L1-RSRP<br/>nrofReportedRS = 4

    Note over gNB,UE: Step 4: gNB确定初始TCI State
    gNB->>UE: MAC CE: TCI States Activation/Deactivation<br/>for UE-specific PDCCH<br/>（映射SSBRI→CORESET TCI）
    gNB->>UE: MAC CE: TCI States Activation/Deactivation<br/>for UE-specific PDSCH<br/>（映射SSBRI→PDSCH TCI pool）

    Note over gNB,UE: Step 5: 数据传输使用初始波束
    gNB->>UE: DCI 1_1 (TCI field = 0)<br/>→ 指向激活的TCI State#0
    gNB->>UE: PDSCH（使用P-1选定的波束）

sequenceDiagram
    participant gNB
    participant UE

    Note over gNB,UE: Step 1: RRC配置CSI-RS波束精修资源
    gNB->>UE: RRCReconfiguration<br/>NZP-CSI-RS-ResourceSet<br/>repetition = off<br/>（不同CSI-RS = 不同TX波束）<br/>CSI-ReportConfig: cri-RSRP<br/>reportConfigType = aperiodic

    Note over gNB,UE: Step 2: DCI触发非周期CSI-RS
    gNB->>UE: DCI Format 0_1 (UL grant)<br/>CSI request field = triggerState#k<br/>→ 映射到 CSI-AperiodicTriggerState

    Note over gNB,UE: Step 3: gNB发送CSI-RS窄波束
    loop CSI-RS ResourceSet中每个资源
        gNB->>UE: NZP-CSI-RS Resource#i<br/>（第i个TX窄波束方向）
    end
    Note over UE: UE使用固定RX波束<br/>测量所有CSI-RS资源<br/>计算每个CRI的L1-RSRP

    Note over gNB,UE: Step 4: UE上报CRI + L1-RSRP
    UE->>gNB: PUSCH<br/>CSI Report: CRI + L1-RSRP<br/>（最多4个最优TX波束）

    Note over gNB,UE: Step 5: gNB应用最优TX波束
    gNB->>UE: MAC CE: TCI States Activation/Deactivation<br/>for PDSCH<br/>（激活包含最优CRI的TCI State）
    Note over gNB,UE: 3ms后生效（TS 38.213 Sec 5.1.5）
    gNB->>UE: DCI 1_1 → TCI field指向新TCI State
    gNB->>UE: PDSCH（使用精修后的窄波束）

sequenceDiagram
    participant gNB
    participant UE

    Note over gNB,UE: Step 1: RRC配置P-3专用资源集
    gNB->>UE: RRCReconfiguration<br/>NZP-CSI-RS-ResourceSet<br/>repetition = on<br/>（所有CSI-RS = 相同TX波束）

    Note over gNB,UE: Step 2: 触发P-3测量
    gNB->>UE: DCI 0_1<br/>CSI request → Trigger State

    Note over gNB,UE: Step 3: gNB固定TX波束发送CSI-RS
    loop CSI-RS ResourceSet中每个资源
        gNB->>UE: NZP-CSI-RS Resource#i<br/>（同一TX波束，不同时隙/符号）
        Note over UE: UE切换不同RX波束<br/>测量每个Resource
    end

    Note over gNB,UE: Step 4: UE上报最优RX对应结果
    UE->>gNB: PUSCH CSI Report<br/>CRI + L1-RSRP<br/>（标识最优RX时机对应的CRI）

    Note over gNB,UE: Step 5: UE内部更新RX波束
    Note over UE: UE自行确定最优RX波束<br/>无需gNB指示<br/>（UE自治，协议不规定内部实现）

| Octet 1:  Reserved | Serving Cell ID | BWP ID | C |
| Octet 2:  TCI State ID #0 ~ #7 bitmap |
| Octet 3:  TCI State ID #8 ~ #15 bitmap |
| ...
| Octet 7:  TCI State ID #40 ~ #47 bitmap |
| Octet 8:  TCI State ID #48 ~ #55 bitmap |

sequenceDiagram
    participant gNB
    participant UE

    Note over gNB,UE: Step 1: RRC配置BFR参数
    gNB->>UE: RRCReconfiguration<br/>BeamFailureRecoveryConfig<br/>beamFailureDetectionTimer<br/>beamFailureInstanceMaxCount<br/>candidateBeamRSList

    Note over UE: Step 2: 波束失败检测
    loop 每个BFD-RS检测时机
        Note over UE: 测量BFD-RS的L1-RSRP<br/>若低于Qin_LR阈值<br/>→ 实例计数器++
    end
    Note over UE: 计数器达到<br/>beamFailureInstanceMaxCount<br/>→ 声明波束失败

    Note over UE: Step 3: 新波束搜索
    loop 遍历candidateBeamRSList
        Note over UE: 测量候选SSB/CSI-RS的L1-RSRP<br/>找到高于Qin_LR的候选波束
    end

    Note over gNB,UE: Step 4: BFR随机接入
    UE->>gNB: PRACH Preamble<br/>（基于候选波束选择<br/>ra-PreambleIndex）
    gNB->>UE: Random Access Response<br/>（TC-RNTI + TA）

    Note over gNB,UE: Step 5: BFR完成
    alt gNB响应成功
        UE->>gNB: MAC CE: BFR MAC CE<br/>（携带候选波束标识）
        Note over UE: 波束恢复成功<br/>使用新波束继续通信
    else gNB无响应（ra-ResponseWindow超时）
        Note over UE: 触发重新建立或切换
    end

# 过滤MAC CE波束指示
mac-lte.ceid == 48 || mac-lte.ceid == 49    # PDSCH TCI Activation
mac-lte.ceid == 50                            # PDCCH TCI Indication
mac-lte.ceid == 55                            # PUCCH Spatial Relation

# 过滤RRC CSI-MeasConfig
rrc.rcvd.system_info_elem.csi_MeasConfig

# 过滤CSI-RS相关DCI
nr-dci.format == "0_1" && nr-dci.csi_request > 0