NR协议读书笔记（二）：Channel-State Information Reference Signal

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

式中$l$是当前slot内部的OFDM符号索引，$n^\mu_{s, f}$是radio frame中的slot的序号，$n_{ID}$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$L$，则$L \in \{1, 2, 4, 8 \}$：

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

映射过程

在时频资源网格上(单个时隙和单个PRB)

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

其中：

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

   $$m' = \lfloor n \alpha \rfloor + k' + \lfloor \frac{\overline{k} \rho}{N^{RB}_{sc}} \rfloor \tag{4}$$

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

   $$\alpha = \begin{cases} \rho, X = 1 \\ 2\rho, X > 1 \end{cases} \text{ where } \rho \in \{ \frac{1}{2}, 1, 3 \} \tag{5}$$

3. $\beta_{CSI-RS}$是一个系数，对于非零功率的CSI-RS而言，其值大于零；

4. $k', l'$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：

   $$\begin{cases} k = nN^{RB}_{sc} + k' + \overline{k} \\ l = l' + \overline{l} \end{cases} \tag{6}$$

   这些参数由更高层下发, 其中$(\overline{k}, \overline{l})$是每个CDM group在时频域上的起始位置；

5. $n$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$l_0 \in \{ 0, 1, \dots, 13 \}$和$l_1 \in \{ 2, 3, \dots, 12\}$（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$l \in \{ l_0 + l' \} \cup \{ l_1 + l' \}$。

可以根据cdm-Type，天线端口数$X$，以及密度$\rho$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$l'$的值的集合。

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。$\overline{k}$的取值如下（$i$是1-base的）：

• [$b_3 \dots b_0$]，$k_{i - 1} = f(i)$，对应上表中的第一行；
• [$b_{11} \dots b_0$]，$k_{i - 1} = f(i)$，对应上表中的第二行；
• [$b_2 \dots b_0$]，$k_{i - 1} = 4f(i)$，对应上表中的第四行；
• [$b_5 \dots b_0$]，$k_{i - 1} = 2f(i)$，对应上表中的其他所有行。

其中$f(i)$是序列中值为1的bit的序号。

同样，频域上的偏移$k'$也可以查表得到，因此，频域位置就可以确定了，$k \in \bigcup \{ k_{i-1} + k' \}$。$k = 0$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。

在空域上

其中$j$是CDM group的大小，即其中的RE数量，$s$是cdm-Type对应的$w_f(k'), w_t(l')$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。

频域密度

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$\lceil \frac{1}{\rho} \rceil$个PRB。

所以当$\rho = 3$时，CSI-RS信号在频域上每4个RE重复一次；$\rho = 1$时，每个PRB重复一次； $\rho = \frac{1}{2}$时，每两个PRB重复一次。特别地，$\rho = \frac{1}{2}$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.

示例

1st example

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

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$(\overline{k}, \overline{l})$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

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

3rd example

以row 3为例，取$\rho = 0.5$：

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

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