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5G下行信道探测之“CSI-RS”

发表时间: 2020-02-06 14:44:47

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5G下行信道探测之“CSI-RS”

基站和手机都在大家都知道的一些固定的位置发送一些固定的信号,然后双方收到之后再进行测量,就知道了空间传输影响对这些信号产生了什么变化,从而估计信道状况。

4G以来,载波的带宽大幅增加,从3G5M增加到了20M,到了5G,单载波带宽增加到了100M(Sub6G)或者400M(毫米波)

在这么大的带宽上,无线传输环境瞬息万变,不同频率的衰减和受干扰情况也不同,对这些信息不了解,数据的发送就相当于碰运气,没有预判没有性能保证。那么,在怎么让手机和基站随时掌握上下行的无线信道信息呢?

基站和手机都在大家都知道的一些固定的位置发送一些固定的信号,然后双方收到之后再进行测量,就知道了空间传输影响对这些信号产生了什么变化,从而估计信道状况。

本期的主题是下行的信道探测,大体流程就是基站发送参考信号(又叫导频信号),由手机进行测量之后,再发回基站。这样基站就可以根据信道质量来决定数据该怎么发了。

1. 为什么5G要使用CSI-RS?

LTE的第一个版本(R8)协议中,下行信道情况是完全通过手机对小区参考信号(Cell Reference SignalCRS)的测量得到的。

CRS均匀地洒在LTE整个载波带宽中,不管有没有业务都要占用资源持续发射信号,就像是高速路中间没有井盖的井一样,所有车辆必须要绕着走,造成了严重的资源浪费和拥堵,还对邻区产生了持续的干扰。

从上图可以看出,2端口(可支持2x2 MIMO)CRS看起来还不算太多,4端口(可支持4x4 MIMO)CRS对资源的占用就比较密集了。这些宝贵的资源本可以用来传数据的,却用来传了价值较低的CRS,如果后续要支持8端口,那高速路还不被井占成了筛子?

因此,在LTER10版本引入了CSI-RSCSI-RS的全称是Channel State Information - Reference Signal,这个名字起得相当直白,此参考信号就是用来获取信道状态信息的。

CRS不同,CSI-RS只在给手机分配的带宽上有效,而不必在整个带宽上持续发送,因此即使支持8端口传输,也不会引起系统开销的大幅增加。网络会通过信令通知手机CSI-RS相关信息,如果没有通知,则手机就认为CSI-RS不存在。

2. CSI-RS的基本结构和时频域特性

5G标准中,“极简设计”是其核心理念,像LTECRS这种占用固定资源的“常开(Always On)”信号理所当然地被摒弃,而把CSI-RS则被增强和扩展,用于5G的下行信道探测。

从上图可以看出,5G4G相比,没了多余的常开信号,控制信道占用的资源也更少,看起来更加的清爽,频谱利用率更高。相比之下,4G密密麻麻的CRS真是让人窒息。

5GCSI-RS最多可以支持32个不同的天线端口,其中每一个天线端口都是一个需要探测的信道。标准允许多个天线端口的CSI-RS复用在一组资源单元(RE)上。复用的方式一般包括:

码域复用:不同天线端口的CSI-RS实际上使用了完全相同的一组资源单元(RE),基站和手机通过正交的码字来复用和提取这些CSI-RS信号。

频域复用:不同天线端口的CSI-RS实际上使用了一个OFDM符号内部不同的子载波。

时域复用:不同天线端口的CSI-RS实际上使用了一个时隙内部不同的OFDM符号。

不同的复用方式可以联合使用。上图描述的是一种可能的32端口的CSI-RS结构,其中使用了8次的码分复用,然后再使用了4次的频分复用。

并且,频分复用时子载波可以不连续,时分复用时OFDM符号也可以不连续。

通常来说,多少个端口的CSI-RS复用在一个RB或者时隙内,就会占用多少个资源单元(RE)

在配置的CSI-RS带宽内,可以为每个资源块(RB)都配置CSI-RS,这种模式成为CSI-RS密度为1;也可以每两个资源块(RB)配置一个CSI-RS,这种模式称为CSI-RS密度为1/2

时域上,CSI-RS可以配置为周期性发送,半持续发送或者非周期性发送。

对于周期性发送,CSI-RS每隔最少4个时隙就会重复一次,最大640个时隙重复一次。

对于半持续性发送,CSI-RS也会配置一个发送周期,但具体是否真正发送取决于MAC控制信源的显式激活,一旦激活就会持续周期性发送,知道收到显式的去激活命令为止。

对于非周期性发送,网络不会配置发送周期,而是通过信令来显式通知每一次的CSI-RS发送。

如果为一个手机调度的PSDCH里面包含了为其他手机配置的CSI-RS资源单元,这个手机需要跳过这些CSI-RS资源单元。但手机并不知道它需要跳过哪些资源单元,所以协议设计了“零功率CSI-RS”,把需要手机跳过的资源单元都标记为零功率CSI-RS,手机将认为这些资源单元是无效的,直接跳过不进行任何处理。

CSI-RS可以测量哪些数据?一般包括三项:信道质量指示(CQIChannel Quality Indicator),秩指示(RIRank Indicator)和预编码指示(PMIPrecoder Matrix Indicator)。这三项合起来称为信道状态信息(CSIChannel State Information),也就是CSI-RS存在的意义。

 


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