5G NR - CSI-RS学习笔记1 - In a Nutshell

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我是靠谱客的博主舒适舞蹈，最近开发中收集的这篇文章主要介绍5G NR - CSI-RS学习笔记1 - In a Nutshell，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

写在前面的话

在准备写这篇关于CSI-RS总览的笔记时，我几乎没法开始，因为CSI-RS涉及到的东西 -- 理解CSI-RS所需要的配套知识以及CSI-RS自身作为配套知识时能被用到的地方 -- 实在太多，而且都是极其重要的东西，比如MIMO预编码、波束管理、链路自适应等等，有时候想要清晰地表述某个知识点，查阅一上午一天或两天资料/log(还不一定得到答案)是很正常的事，虽不至于吟安一个字捻断数根须，但要写一段概括性的话实在太难了，不过不管怎样都不要坐在那儿什么都不干，getting any where means starting somewhere!

在参考信号学习笔记第一篇提到了参考信号的几种类型，但直到今天仍没有专门讲其中具体某一种参考信号，是因为前面这几篇涉及到的知识(antenna port, QCL, TCI…)是理解参考信号的基石，有这些基础知识，学习具体某种参考信号才不至于有处处束手束脚的感觉。

前面的笔记中几乎每篇都会看到一个词的身影, 那就是CSI(Channel State Information– 信道状态信息), 这是因为对于多天线系统，尤其是NR大规模天线系统，能否获取精准的CSI对于MIMO性能影响太大了，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。

1. CSI-RS的引入

在参考信号笔记第一篇<5G NR - 参考信号(Reference Signal)学习笔记1 - Overview>关于CSI-RS产生的历史渊源时提到LTE Rel-10引入TM9后支持最多8 layers空分复用，需要使用更多的Antenna Port，如果信道估计继续使用时域always-on(永远在线)并且频域分布密集的小区级参考信号CRS，就有频谱效率低、能量消耗大、小区间干扰强等等缺点，因此引入了克服这些缺点的参考信号CSI-RS.

由于CSI-RS的这些优点及配置的灵活性，在LTE后期被用于更多方面，比如干扰测量(IM – Interference Measurement)和多点传输(CoMP)。

到NR，CSI-RS的用于进一步扩展，可用于波束管理(Beam Management)、移动性管理(Mobility Mangement)等等，下面详细列出CSI-RS的使用场景。

2. CSI-RS使用场景

-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).

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