Preface

在NR中，CSI-RS是UE级别的配置，但是不同的UE可以复用完全相同的CSI-RS配置，只不过每个UE都要独立的重复配置。

此外，CSI-RS占用从3000开始的至多32个天线端口，且引入了CDM（码分复用）的方式，这意味着可以在相同的RE集合可以传输不同的CSI-RS信号，彼此之间通过正交覆盖码区分。

CSI-RS的主要作用是：

  • 获取下行CSI，支持下行链路的自适应及用于下行MIMO的预编码；
  • 下行波束管理
  • 用作TRS，以便UE进行精细的时频跟踪；
  • 无线资源管理测量；
  • 无线链路监视测量；
  • 波束失效检测；
  • 基于信道互易性获取上行信道信息，并用于基于非码本的上行预编码；
  • PDSCH的速率匹配（主要通过zero-powered CSI-RS完成）。

Generation

CSI-RS序列由此等式生成：

r(m)=12(1−2⋅c(2m))+j12(1+2⋅c(2m+1))(1)r(m) = \frac{1}{\sqrt 2}(1 - 2 \cdot c(2m)) + j \frac{1}{\sqrt 2}(1 + 2 \cdot c(2m + 1)) \tag{1}

其中，c(i)c(i)是伪随机码序列，其初值满足：

cinit=(210(Nsymbslot⋅ns,fμ+l+1)⋅(2nID+1)+nID)mod231(2)c_{init} = (2^{10} (N^{slot}_{symb} \cdot n^\mu_{s, f} + l + 1) \cdot (2 n_{ID} + 1) + n_{ID}) mod 2^{31} \tag{2}

式中ll是当前slot内部的OFDM符号索引，ns,fμn^\mu_{s, f}是radio frame中的slot的序号，nIDn_{ID}是由更高层的参数，scramblingID或者sequenceGenerationConfig下发的。

RE Mapping

CDM group

NR中对CSI-RS引入了码分复用（CDM）的概念，一共有四种不同的CDM group。假设记CDM group的大小为LL，则L∈{1,2,4,8}L \in \{1, 2, 4, 8 \}：

cdm-Type RE in freq domain RE in time domain ports per group
noCDM 1 1 1
fd-CDM2 2 1 2
cdm4-FD2-TD2 2 2 4
cdm8-FD2-TD4 2 4 8

占据相同时时频资源[1]，但是天线端口不同的CSI-RS视为隶属于同一CDM group。

Mapping

in Time and Frequency Domain(Single Slot and single PRB)

CSI-RS映射到RE (k,l)p,μ(k, l)_{p, \mu}的过程中，满足下列公式：

a(p,μ)k,l=βCSI−RS⋅wf(k′)⋅wt(l′)⋅rl,ns,f(m′)(3)a^{k, l}_{(p, \mu)} = \beta_{CSI-RS} \cdot w_f(k') \cdot w_t(l') \cdot r_{l, n_{s, f}}(m') \tag{3}

其中：

  1. a(p,μ)k,la^{k, l}_{(p, \mu)}是映射到(k,l)p,μ(k, l)_{p, \mu}的上的，序列rr的值，m′m'是对应的索引， 满足：

    m′=⌊nα⌋+k′+⌊k‾ρNscRB⌋(4)m' = \lfloor n \alpha \rfloor + k' + \lfloor \frac{\overline{k} \rho}{N^{RB}_{sc}} \rfloor \tag{4}

  2. 等式(4)(4)中，ρ\rho是CSI-RS信号的密度，它和α\alpha满足下式，XX是CSI-RS的天线端口数量：

    α={ρ,X=12ρ,X>1 where ρ∈{12,1,3}(5)\alpha = \begin{cases} \rho, X = 1 \\ 2\rho, X > 1 \end{cases} \text{ where } \rho \in \{ \frac{1}{2}, 1, 3 \} \tag{5}

  3. βCSI−RS\beta_{CSI-RS}是一个系数，对于非零功率的CSI-RS而言，其值大于零；
  4. k′,l′k', l'是用于CSI-RS序列的正交覆盖码（OCC）的索引，也是相对起始位置的偏移，满足：

    {k=nNscRB+k′+k‾l=l′+l‾(6)\begin{cases} k = nN^{RB}_{sc} + k' + \overline{k} \\ l = l' + \overline{l} \end{cases} \tag{6}

    这些参数由更高层下发, 其中(k‾,l‾)(\overline{k}, \overline{l})是每个CDM group在时频域上的起始位置；
  5. nn是当前slot在radio frame的编号（猜测，待验证）；

先来确定CSI-RS在时域上的位置，上层会下发一个或者两个时域上的起始位置，分别是l0∈{0,1,…,13}l_0 \in \{ 0, 1, \dots, 13 \}和l1∈{2,3,…,12}l_1 \in \{ 2, 3, \dots, 12\}（如果有第二个起始位置的话）。那么CSI-RS在时域上的位置集合就是l∈{l0+l′}∪{l1+l′}l \in \{ l_0 + l' \} \cup \{ l_1 + l' \}。

可以根据cdm-Type，天线端口数XX，以及密度ρ\rho查询TS38.211中的Table 7.4.1.5.3-1: CSI-RS locations within a slot 获取时域上的偏移l′l'的值的集合。

Table 7.4.1.5.3-1: CSI-RS locations within a slot

CSI-RS在频域上的起始位置由上层下发的bitmap确定，该bitmap可能是3-bit，4-bit，6-bit，或者12-bit。除了6-bit之外，其他情况均对应这张表里的特定行。k‾\overline{k}的取值如下(ii是1-base的）：

  • [b3…b0]，ki−1=f(i)k_{i - 1} = f(i)，对应上表中的第一行；
  • [b11…b0]，ki−1=f(i)k_{i - 1} = f(i)，对应上表中的第二行；
  • [b2…b0]，ki−1=4f(i)k_{i - 1} = 4f(i)，对应上表中的第四行；
  • [b5…b0]，ki−1=2f(i)k_{i - 1} = 2f(i)，对应上表中的其他所有行。

其中f(i)f(i)是序列中值为1的bit的序号。

同样，频域上的偏移k′k'也可以查表得到，因此，频域位置就可以确定了，k∈⋃{ki−1+k′}k \in \bigcup \{ k_{i-1} + k' \}。k=0k = 0的参考点是CRB0的首个子载波。

至此，就得到了CSI-RS信号在某一层的一个slot上占用的RE的位置集合。

in Space Domain

CSI-RS使用的天线端口从3000开始，最多使用32个端口，因此：

p=3000+s+jLj=0,1,…,X/L−1s=0,1,…,L−1(7)p = 3000 + s + jL \\ j = 0, 1, \dots, X/L - 1 \\ s = 0, 1, \dots, L - 1 \tag{7}

其中jj是CDM group的大小，即其中的RE数量，ss是cdm-Type对应的wf(k′),wt(l′)w_f(k'), w_t(l')的组合的索引值，这些组合见TS38.211的Table 7.4.1.5.3-2 到Table 7.4.1.5.3-5。这样，利用矩阵的运算，就方便的将CSI-RS信号映射到不同的天线端口上了[2]。

density(ρ\rho)

密度指示了CSI-RS信号在频域上的重复的间隔，这个间隔以PRB计算的话，是⌈1ρ⌉\lceil \frac{1}{\rho} \rceil个PRB。

所以当ρ=3\rho = 3时，CSI-RS信号在频域上每4个RE重复一次；ρ=1\rho = 1时，每个PRB重复一次； ρ=12\rho = \frac{1}{2}时，每两个PRB重复一次。特别地，ρ=12\rho = \frac{1}{2}时，上层会指示CSI-RS所在的PRB number是奇数还是偶数[3]。

For density 1/2, the odd/even PRB allocation indicated in density is with respect to the common resource block grid.

Examples

1st example

nrofPorts = p1
cdm-Type = 'noCDM'
firstOFDMSymbolInTimeDomain = 4
frequencyDomainAllocation.other = '0100'
desity = 3

example 1

2nd example

CSI-RS信号可以存在多种不同的结构，例如上表中的row 6和row 7，只有(k‾,l‾)(\overline{k}, \overline{l})的区别。

Row 6确定的CSI-RS信号在时域上占用一个OFDM symbol，而在频域上的占用8个subcarrier（每种颜色对应一个CDM group）：

nrofPorts = p8
cdm-Type = 'fd-CDM2'
firstOFDMSymbolInTimeDomain = 4
frequencyDomainAllocation.other = '101011'
desity = 1

example 2_0

而row 7确定的信号在时域上占用两个OFDM符号，在频域上占用4个subcarrier：

nrofPorts = p8
cdm-Type = 'fd-CDM2'
firstOFDMSymbolInTimeDomain = 6
firstOFDMSymbolInTimeDomain2 = 7
frequencyDomainAllocation.other = '001010'
desity = 1

example 2_1

3rd example

以row 3为例，取ρ=0.5\rho = 0.5：

nrofPorts = p2
cdm-Type = 'fd-CDM2'
firstOFDMSymbolInTimeDomain = 1
frequencyDomainAllocation.other = '010000'
desity = 0.5

examplp 3

可以看到它在每两个PRB中只出现一次。

Reference

  1. TS38.211, Physical channels and modulation
  2. TS38.214, Physical layer procedures for data
  3. Samsung: improvements of NR

  1. 此处是指在一个PRB及一个slot内，详见后文的例子 ↩︎

  2. 类似LTE-A中PDSCH的Precoding的过程 ↩︎

  3. 见TS38.214, 5.2.2.3.1 ↩︎