5G标准学习笔记14 - CSI--RS概述

5G标准学习笔记14 - CSI–RS概述

大家好~，这里是刘孬孬，今天带着大家一起学习一下5GNR中一个非常非常重要的参考信号------------------CSI-RS 信号，CSI-RS不是持续发送，UE只能在网络明确配置了CSI-RS的情况下才能使用其进行信道测量 。

前言

对于CSI-RS，肯定还离不开前面所说的CSI（channel state information），前面也讲过CSI对于MIMO系统至关重要，比如SU-MIMO(Singal User MIMO)多个数据流空间并行传输的层间干扰最小化及总体速率最大化，MU-MIMO多个用户(波束)间干扰最小化以及单个用户信道质量最优化等等。

基站获取CSI的方式一般有三种：

• 基于信道互易性的反馈(比如TDD系统，上下行同频，信道具有互易性(reciprocity)，可通过测量上行信道获取下行信道状态信息，会在MIMO系列讲解，此处先按下不表)

• 接收端隐式反馈(UE反馈PMI)

• 接收端显示反馈(UE反馈信道矩阵，开销大)

隐式反馈的信道状态信息从哪儿来呢？当然是UE反馈。UE如何得到这些信道状态信息呢？当然是通过测量参考信号，哪种参考信号可担此大任？那就是本文的主角：CSI-RS.

当然信道状态信息获取(CSI Acqusition)只是CSI-RS的作用之一，CSI-RS还有很多用途，后面详细讲到。对于多天线系统，特别是毫米波的大规模MIMO(massive MIMO), 没有精确的CSI，基站很多情形(比如基于码本的预编码、调度)做决策就是盲人骑瞎马。

一、CSI-RS的应用场景

下行信道状态信息获取(DL CSI Acquisition)

在前面的TCI/QCL笔记中，提到过一种CSI-RS类型称之为”CSI-RS for CSI”，这个就是用于下行信道状态信息(CSI)获取的CSI-RS，下行信道状态信息主要用于用于链路自适应和基于码本(codebook-based)的预编码MIMO. 注意，这里有个容易让人迷惑的点，即CSI和CSI-RS的关系，CSI就是其字面意思：信道状态信息，其并不是必须要通过测量CSI-RS才能获取，测量CSI-RS只是获取CSI的途径之一，如前面所说，基于信道互易性的反馈也能获取CSI，初始接入阶段通过测量SSB亦可获取CSI.

UE通过测量某个配置给它的CSI-RS Resouce，反馈CQI、RI(Rank Indicator，对应空分复用的层数)、PMI(Precoding Matrix Indicator)、LI(Layer Indicator)给基站.

波束管理(Beam Management)

用于波束管理的CSI-RS称之为“CSI-RS for BM”.

UE通过测量配置给它的CSI-RS Resource Set(包含多个CSI-RS Resource)得到对应于各CSI-RS Resouce的发送波束(tramsmit beams)和/或接收波束(receive beams)的RSRP，基于测量结果，UE反馈其推荐的发送/接收波束给基站。UE上报内容包括L1-RSRP, CRI(CSI-RS Resource Indicator, 也就是对应于哪个beam).

精细化时频跟踪(Fine Time-Freq Tracking)

这类CRI-RS称之为CSI-RS for Tracking.

UE通过测量由2到4个的CSI-RS Resources组成的CSI-RS Resource Set(FR1为4，FR2为2或4. 当为4时，**跨两个连续时隙, 每个时隙包含2个周期性的CSI-RS Resource – 38.214-5.1.6.1.1)进行精细化时频偏估计，以辅助PDSCH的解调，**特别是高阶调制方式，比如64, 256 QAM. 这个CSI-RS Resource Set通常用TRS(Tracking Reference Signal，在TRS学习笔记详解)。

RRM测量(Radio Resource Management Measurement)

为支持移动性(mobility: 小区切换等等)，基站给UE配置当前服务小区和一到多个邻区的CSI-RS resources以进行RRM测量，这也是对基于SSB测量的补充。UE上报的内容是L1-RSRP.

RLM测量(Radio Link Monitoring Measurement)

我们知道，LTE缺省使用CRS进行RLM测量，而NR则缺省使用CSI-RS.

UE通过测量CSI-RS估计hypothetical PDCCH的BLER，如果估计的PDCCH BLER频繁地低于设定阈值并且持续比较长时间，UE就会认为是RLF(Radio Link Failure)并触发RRC连接重建以恢复无线链路。

波束失败侦测(Beam Failure Dection - BFD)

类似于RLM，CSI-RS用于侦测发送波束和接收波束是否未对齐，如果未对齐，会导致信号质量严重下降。与RLM的区别是，BFD不会触发RRC连接重建过程，而是通过波束管理过程以使发射波束和接收波束重新对齐(细节在Beam Management系列会细讲)。

上行信道状态信息获取(UL CSI Acquisition)

用于基于信道互易性的上行MIMO预编码.

NR上行MIMO预编码有两种类型: 基于码本的预编码(codebook-based precoding)和基于非码本的预编码(non-codebook-based precoding)。

对non-codebook-based precoding, UE通过测量CSI-RS resource获取下行信道状态信息，基于上下行信道互易性(上下行信道在一定时间内传播性基本是一样的，一般针对TDD系统)，向基站推荐上行链路中可以使用的预编码矩阵，然后由基站确定上行调度时使用的预编码矩阵。

PDSCH速率匹配(rate matching)

上面提到的用于测量的CSI-RS一般是指NZP CSI-RS(Non-Zero-Power CSI-RS)，还有种CSI-RS是ZP CSI-RS(Zero-Power CSI-RS),也就是零功率CSI-RS，NR采用ZP CSI-RS进行速率匹配。配置了ZP CSI-RS的RE(Resource Element)都不会用于PDSCH数据的传输，这些RE被称为速率匹配RE(RMRE – Rate Matching RE).

二、CSI-RS 序列生成和资源映射

1、CSI-RS的序列生成

NR中CSI基于伪随机序列。然后，该序列在时域和频域中乘以单独设计的加权序列，然后按功率缩放因子进行缩放。然后，此序列映射到 Resource Grid 中的一组特定资源元素。所有这些过程都可以总结如下这个过程涉及很多因素。这个序列的生成具有一定的规则，如果物理层的开发者可能需要了解（可以关注：https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_CSI_RS.html#Tables_for_Resource_Element_Mapping），如果不是感觉大致理解即可。

2、 CSI-RS的资源映射类型

对于CSI-RS的资源映射，有专门的对应的文档来与之对应的，对应的就是不同位置对应的CSI-RS的分配。NR中，1个CSI-RS最多可以配置32个天线端口。CSI-RS是基于每个UE来配置的，但需要注意的是这并不意味着只有这个UE可以使用该CSI-RS。使用相同资源集的CSI-RS也可以被分别配置给多个UE使用，也就是说多个UE之间可以共用单个CSI-RS 。

1个单端口的CSI-RS在1个时隙 × \times× 1个RB（为方便起见，我们将其记作RB/时隙块）内占用1个资源单元（Resource Element，RE），如下图3-1所示。CSI-RS可以配置到任何位置，只要避开CORESET、DMRS、SSB的位置 。

1个多端口的CSI-RS可以被看作多个正交传输的单端口CSI-RS，每个单端口CSI-RS共享相同的时频资源。这种共享是通过码域共享、频域共享、时域共享的组合实现的 ：

码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）：不同天线端口的CSI-RS在相同时频资源上传输，通过正交掩码（Orthogonal Cover Code，OCC）的方式加以区分
频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）：不同天线端口的CSI-RS在同一OFDM符号内的不同子载波上传输
时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）：不同天线端口的CSI-RS在不同OFDM符号上传输

3GPP针对CSI-RS，定义了4种类型的CDM：

noCDM：1个RE对应1个天线端口，没有码分复用，如前面单图所示
fd-CDM2：简称CDM2，占用2个RE（频域上连续2个子载波，时域上1个OFDM符号），通过码分复用的方式实现2个天线端口的复用，如图左边所示
cdm4-FD2-TD2：简称CDM4，占用4个RE（频域上连续2个子载波，时域上连续2个OFDM符号），通过码分复用的方式实现4个天线端口的复用，如图中间所示
cdm8-FD2-TD4：简称CDM8，占用8个RE（频域上连续2个子载波，时域上连续4个OFDM符号），通过码分复用的方式实现8个天线端口的复用，如图右边所示

注意的是，这两个天线端口的CSI-RS在两个RE上使用了相互正交的序列，即正交掩码，这样就可以将这两个天线端口区分开来。

三、CSI-RS配置的时频特性

1 CSI-RS配置的频域特性

传输CSI-RS的RB开始位置和数量由CSI-RS-ResourceMapping IE中的高层参数freqBand和density给出，或者由CSI-RS-CellMobility IE中的高层参数csi-rs-MeasurementBW和给出 [4]：

第一种情况下
高层参数freqBand包含两个参数startingRB和nrofRBs（如下图所示），**分别指示用来传输CSI-RS的RB的开始位置（相对于CRB 0而言）**和数量，如下图所示。startingRB必须是4的倍数；nrofRBs也必须是4的倍数，最小值为24和对应部分带宽（Bandwidth Part，BWP）的宽度的最小值，即min ( 24 , 对 应 B W P 的 宽 度 ) \text{min} (24,对应BWP的宽度)min(24,对应BWP的宽度)。CSI-RS所在的BWP由CSI-ResourceConfig IE中的高层参数BWP-Id给出 [3] [4]。
高层参数density的含义请参考4.1节内容。需要注意的是，density中有1比特用于指示CSI-RS占用的是奇数RB还是偶数RB， 如下图所示。

第二种情况下
高层参数csi-rs-MeasurementBW包含两个参数startPRB和nrofPRBs，分别指示用来传输CSI-RS的RB的开始位置（相对于CRB 0而言）和数量 [4]， 如下图所示。

2、CSI-RS配置的时域特性

CSI-RS可配置为周期性发送、非周期性发送、和半持续（Semi-persistent）发送 。

当CSI-RS被配置为周期性发送时，发送周期最小为4个时隙，最大为640个时隙，并配置特定的时隙偏移，如下图所示。

参考文献

https://zhuanlan.zhihu.com/p/391290027
https://blog.csdn.net/Graduate2015/article/details/119119326
https://blog.csdn.net/qq310563349/article/details/107245960
https://blog.csdn.net/GiveMe5G/article/details/104977792
https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_CSI_RS.html#Tables_for_Resource_Element_Mapping