5G下行信道探测之“CSI-RS”

从4G以来,载波的带宽大幅增加,从3G的5M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?

在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 Signal,CRS)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。

5G下行信道探测之“CSI-RS”

和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

在5G标准中,“极简设计”是其核心理念,像LTE的CRS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。

5G下行信道探测之“CSI-RS”

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(CQI:Channel Quality Indicator),秩指示(RI:Rank Indicator)和预编码指示(PMI:Precoder Matrix Indicator)。这三项合起来称为信道状态信息(CSI:Channel State Information),也就是CSI-RS存在的意义。

好了,本期的介绍就到这里,希望对大家有所帮助。

非常感谢能坚持看到最后。

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