5G NR 下行 MIMO 傳輸
NR數(shù)據(jù)和控制信道均可以實現(xiàn)發(fā)射分集,與這相關(guān)的涉及到QCL、傳輸分集的解調(diào)參考信號,UE特定的參考信號。下面就NR下行MIMO的傳輸方案進行簡要介紹。
發(fā)射波束賦形
數(shù)字波束賦形:在這個系統(tǒng)中,一個RF波束將覆蓋許多傳播路徑,因此基帶波束賦形使得收發(fā)機具有基于CSI反饋傳輸一個或多個數(shù)據(jù)流的高度靈活性。為了便于理解,下面舉幾個例子。
Case a:UE反饋從GoB碼本中選擇的預(yù)編碼器。BS可以調(diào)整基帶預(yù)編碼器,以便通過波束賦形與最佳方向?qū)R,參見圖1(a),其中亮和暗顏色分別表示僅通過模擬波束賦形的RF波束和通過混合波束形成生成的最終波束。
Case b:如果可以獲得多個路徑方向,則BS可以通過指向獨立路徑的多個波束來努力傳輸相同的層信息,見圖1(b)。如果可以對波束進行加權(quán)并相干地組合成一個流,則接收機性能將進一步提高,就像使用特征向量來實現(xiàn)預(yù)編碼一樣。
Case c:如果秩足夠,則這些不同層的流可以通過多個路徑同時傳輸,即空間復(fù)用,參見圖1(c)。

混合波束形成:在這種結(jié)構(gòu)中,基站可以使用多個TXRU來傳輸相同/不同的RF波束,同時優(yōu)化模擬波束和基帶預(yù)編碼器。同樣,有以下情況:
Case d:BS可以使用多個TXRU來發(fā)射相同的RF波束,隨后數(shù)字預(yù)編碼可以與這些TXRU相關(guān)聯(lián)并進一步細化這些RF波束,參見圖2(d)
Case e:基站可以使用不同的TXRU?group來發(fā)射不同的射頻波束,同一組內(nèi)的TXRU可以細化波束寬度較窄的最終波束。數(shù)據(jù)流可經(jīng)由若干路徑傳送到UE。多波束的精確組合權(quán)可以帶來更大的波束賦形增益,見圖2(e);
Case f:與情況e類似,但不同的波束可用于多層以實現(xiàn)空間復(fù)用,見圖2(e);

根據(jù)前面的分析,不同的TXRU/TXRU組可以看作一個虛擬TRP,混合波束賦形能夠動態(tài)調(diào)整RF波束,實現(xiàn)虛擬TP之間的協(xié)調(diào)。與LTE的CoMP相比,vTP具有更小的覆蓋范圍和更大的靈活性。
在LTE中,單層/多層/TP/UE傳輸使用統(tǒng)一的框架。由于DMRS的靈活性,這些傳輸具有很好的透明度。在NR中,多波束傳輸也可以看作是多個虛擬TP之間的協(xié)同傳輸,這表明在統(tǒng)一的框架下可以實現(xiàn)單/多層/TP/UE傳輸。
接收波束賦形
考慮到成本和復(fù)雜性,當(dāng)天線單元較多時,RXU數(shù)通常小于元件數(shù),UE應(yīng)首先使用RF波束來選擇指向一條或多條路徑的接收波束。
Case?A:多個RXU共享同一個RF波束并從LOS路徑接收信號,多個RXU的基帶和接收權(quán)重進一步細化了該波束,如圖(A)所示;
Case?B:多個RXU/RXU組對應(yīng)的多個RF波束指向不同的方向。這種方法可以從不同的路徑捕獲更多的信號;
Case?C:與例B相同,但不同的波束對應(yīng)不同的層。

RX/Tx波束賦形的協(xié)同工作
當(dāng)發(fā)射和接收波束賦形以透明方式實現(xiàn)時,接收和發(fā)送之間會產(chǎn)生一些協(xié)作問題。更具體地說,承載傳輸信號的傳播路徑將不會被接收;或者,在接收波束覆蓋的路徑上不存在強功率。也會出現(xiàn)一些性能損失。這里提出了兩種可能的解決方案:
1) 配置或預(yù)先指定選擇性發(fā)射或接收方案的波束范圍;
2) 采用盲檢測的 multi-shots?DMRS。
前者會影響透明度,但后者會導(dǎo)致更多的參考信號開銷
開環(huán)MIMO
在LTE中,支持多種空間分集方案,例如SFBC和FSTD,對于NR-MIMO,控制信道和數(shù)據(jù)信道也需要空間分集方案。這些空間分集方案既可用于單波束方法,也可用于多波束方法。
SF(T)BC:多波束/TXRU/TP傳輸?shù)男盘柨梢杂肁lamouti編碼,這在LTE下行傳輸中是很有前途的。然而,這項計劃是不透明的,需要更多的標準努力。此外,該方案不具有可擴展性,很難靈活地支持不同數(shù)量的beam/TXRU/TP;
Switching:在數(shù)據(jù)傳輸過程中,多個波束/TXRU/TRP可以通過FSTD或TSTD相互切換。FSTD力求在不同的子載波組之間切換,但是TSTD要在不同的時域符號中實現(xiàn)這一點。一般來說,這兩種方案都是不透明的。BS應(yīng)向UE指示關(guān)于切換的信息。如果FSTD和TSTD的粒度分別是RBG或TTI,則可以實現(xiàn)用于上述波束形成的透明度。
CDD:在不同的波束/TXRU/TRP傳輸時,可以在時域中加入一定的延遲,相當(dāng)于在頻域中,每個頻率的不同相位相乘,獲得更多的分集增益。雖然它在分集性能上不如SFBC,但它是一種透明的方法,標準化的復(fù)雜性很小。
半開環(huán)MIMO
閉環(huán)空間復(fù)用的性能增益依賴于精確的CSI反饋。在某些情況下,無法獲得準確的CSI,例如UE高速移動,或者基于非理想信道互易性獲得的CSI不夠準確。因此,BS可以使用半開環(huán)波束賦形來進行數(shù)據(jù)或控制傳輸。在圖4(a)中示出了一個示例,BS使用可調(diào)范圍內(nèi)的多個窄波束進行傳輸。這些窄波束對UE可能是不可知的,并且BS可以基于UE反饋的長期/寬帶PMI或基于SRS測量的粗略CSI來確定距離和波束寬度。這些波束可以在時域或頻域中切換。另一個例子如圖4(b)所示,如果多個波束對應(yīng)于多條路徑,則波束之間的切換意味著路徑之間的切換,因此在高頻下遭受路徑阻塞時有利于控制信道的魯棒性。

傳輸方案應(yīng)盡可能不受UE的影響,因此,至少應(yīng)將半開環(huán)波束賦形和閉環(huán)波束賦形的統(tǒng)一框架作為傳輸?shù)钠瘘c。這里的統(tǒng)一框架意味著對DCI和DMRS設(shè)計的影響很小。CL和semi-OL-MIMO的架構(gòu)能否統(tǒng)一取決于對切換粒度的要求,因此需要進一步研究和評估不同波束切換粒度的semi-OL-MIMO的性能,以及性能和復(fù)雜度之間的折衷。
重復(fù)傳輸
從字面上講,Repetition 是指一個數(shù)據(jù)塊可以被分配到多個傳輸資源中,例如multi-shot傳輸。隨著頻率的增加,信號會遭受更高的路徑損耗。例如,僅就自由空間路徑損耗而言,30GHz和70GHz的信號比2ghz的信號要多損失23.5db和30.9db。由于分集增益可以在時域和頻域?qū)崿F(xiàn),因此重復(fù)是一種非常有用的補償方法。它應(yīng)該在NR中得到支持,特別是對于控制、廣播和同步信號。
這些資源可以用相同或不同的Tx或Rx波束來傳輸。如果使用相同的波束,可以提高信噪比,提高覆蓋率;如果采用不同的波束,可以獲得更好的魯棒性。一般來說,Tx實現(xiàn)方案應(yīng)該盡可能透明,以保持足夠的靈活性和較低的標準化復(fù)雜度。