對(duì)于NR MIMO，混合波束賦形結(jié)合了數(shù)字基帶波束賦形和模擬射頻波束賦形，從性能、成本、開(kāi)銷(xiāo)和靈活性等方面考慮，是一種很好的技術(shù)。混合波束賦形的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，數(shù)字波束賦形FBB將數(shù)據(jù)流映射到端口，而模擬波束賦形FRF將每個(gè)端口中的信號(hào)映射到天線單元。為了獲得最佳的波束賦形，BS和UE需要進(jìn)行混合波束選擇。由于在整個(gè)帶寬上對(duì)面板中的每個(gè)TXRU應(yīng)用相同的模擬波束的限制，需要多個(gè)OFDM符號(hào)來(lái)切換每個(gè)面板中的模擬波束。此外，由于數(shù)字波束可以在頻域中靈活配置，因此子帶CSI捕獲需要多個(gè)子帶。因此，應(yīng)該在多個(gè)時(shí)頻資源中配置RS以獲得準(zhǔn)確的CSI。

在NR中，可以考慮多分量、多層次的CSI測(cè)量和反饋的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)這些分量CSI的選擇和合并，得到最終的CSI。

多組件CSI

NR可以定義一些基本的CSI組件，這些組件應(yīng)該對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)有很好的支持。基站配置多個(gè)組件CSI，不同組件CSI對(duì)應(yīng)不同ray/虛擬扇區(qū)/TP的信道條件?；谶@些組件CSI，基站可以靈活地決定傳輸層的數(shù)量和每層的傳輸方案，每層可以對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)ray/虛擬扇區(qū)/TP?；蛘撸珺S可以配置多個(gè)分量CSI，其中一些分量CSI對(duì)應(yīng)于基帶波束，而其他分量CSI對(duì)應(yīng)于RF波束。為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腗IMO波束賦形和復(fù)用增益，BS可以根據(jù)這些分量CSI選擇利用RF波束、基帶波束或RF和基帶波束的組合進(jìn)行傳輸。

不同的CSI分量也可以對(duì)應(yīng)于不同的天線組。將天線分組的一種眾所周知的方法是水平天線和垂直天線。如果天線是雙極化的，則可以將水平域和垂直域中的CSI組合起來(lái)形成最終的CSI。此外，水平天線和垂直天線可以進(jìn)一步劃分為多個(gè)天線組，并且每個(gè)天線組對(duì)應(yīng)于CSI分量。不同的CSI分量可以對(duì)應(yīng)于相同的信道部分，但是具有不同的干擾假設(shè)。網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)調(diào)度結(jié)果決定哪個(gè)CSI分量反映實(shí)際信道狀況，并利用該分量來(lái)指導(dǎo)MIMO傳輸。基站還可以合并多個(gè)CSI以獲得用于MIMO傳輸?shù)腃SI。分量CSI的優(yōu)點(diǎn)是可以直接或合并用于指導(dǎo)MIMO傳輸，以獲得更精確或更復(fù)雜的CSI信息。分量CSI提供的CSI信息也可以與gNB通過(guò)信道互易獲得的信道信息合并。來(lái)自不同CSI組件的信息中也可能存在冗余。高冗余度可以用來(lái)提高魯棒性，而低冗余度可以用來(lái)優(yōu)化反饋效率。CSI分量的結(jié)構(gòu)以及如何融合不同CSI分量的信息是NR-MIMO的研究課題。

多級(jí)CSI

多級(jí)可指不同的波束粒度、頻率粒度等級(jí)別，具體來(lái)說(shuō)，多級(jí)指不同級(jí)別的CSI粒度時(shí)，建議采用以下三級(jí)結(jié)構(gòu)：

第一級(jí)：粗波束選擇

由于高頻信道的高路徑損耗和穿透損耗，波束選擇應(yīng)從初始接入開(kāi)始。gNB已經(jīng)獲得了UE的粗波束信息，這可以看作是第一級(jí)CSI。

級(jí)別2：波束優(yōu)化

第二級(jí)：CSI是波束細(xì)化。具體地，gNB和UE基于粗波束信息的結(jié)果執(zhí)行更精細(xì)的波束選擇。

第三級(jí)：進(jìn)一步獲取CSI獲取

在UE反饋精細(xì)波束信息后，gNB為進(jìn)一步的CSI配置參考信號(hào)，例如信道質(zhì)量、信道矩陣、信道秩等，可以看作是第三級(jí)CSI。根據(jù)用例的不同，這個(gè)級(jí)別也可能涉及到進(jìn)一步的波束細(xì)化/跟蹤。

多層結(jié)構(gòu)提高了波束的選擇效率。在一級(jí)粗波束選擇和二級(jí)波束細(xì)化中，與一級(jí)波束選擇相比，可以減少待選波束的總數(shù)，以獲得相同的細(xì)波束。波束選擇效率在NR中是至關(guān)重要的，因?yàn)椴ㄊx擇過(guò)程需要消耗多種資源。

多級(jí)CSI采集

基于上述說(shuō)明，第一級(jí)和發(fā)送級(jí)CSI主要關(guān)注具有多級(jí)粒度的混合波束的捕獲。另一方面，第三級(jí)CSI捕獲處理如何利用波束信息來(lái)獲得進(jìn)一步的CSI。如果對(duì)三級(jí)CSI和波束信息進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，則整個(gè)CSI捕獲將是健壯、準(zhǔn)確和高效的。因此，在NR MIMO系統(tǒng)中，波束捕獲如何與CSI捕獲相結(jié)合是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

協(xié)作波束捕獲和進(jìn)一步CSI捕獲的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是LTE Rel-13中class B k>1。K CSI-RS資源由網(wǎng)絡(luò)配置并由UE測(cè)量。然后UE反饋所選擇的CRI和相應(yīng)的PMI/CQI/RI。該方法通過(guò)在同一階段執(zhí)行波束信息反饋和進(jìn)一步的CSI反饋而變得簡(jiǎn)單。然而，由于每個(gè)資源的CSI端口的數(shù)量由網(wǎng)絡(luò)決定，并且UE僅反饋一個(gè)資源，因此它不夠靈活。另一種方法是LTE Rel-14中當(dāng)前討論的混合CSI-RS方法。對(duì)于class B K>1和class B K=1的混合CSI-RS，在第一階段報(bào)告CRI，在第二階段報(bào)告進(jìn)一步的PMI/CQI/RI。在該方法中，第一階段只報(bào)告最佳波束，因此網(wǎng)絡(luò)不能獲得UE波束信息的全部?jī)?nèi)容。因此，這種兩級(jí)CSI反饋的聯(lián)合優(yōu)化性能受到限制。

在圖2中提出了一種聯(lián)合優(yōu)化波束捕獲和進(jìn)一步CSI捕獲的方法，其步驟如圖2所示：

• 基站首先配置多個(gè)資源給RS獲取波束信息。

• 然后UE基于多個(gè)波束的測(cè)量反饋一個(gè)或多個(gè)波束。

• 在從多個(gè)UE收集波束信息之后，基站靈活地配置RS以用于進(jìn)一步的CSI。用于進(jìn)一步CSI的RS的配置可以與反饋相關(guān)聯(lián)，并且基站還具有調(diào)整的靈活性。

• 然后，配置的RS被發(fā)送用于進(jìn)一步的CSI。

• 另外，gNB在獲得不同UE的波束信息后，可以根據(jù)波束信息進(jìn)行用戶(hù)調(diào)度和MU配對(duì)。實(shí)際上，通過(guò)這種方式，波束信息用于提高M(jìn)U性能，而進(jìn)一步的CSI用于優(yōu)化每個(gè)用戶(hù)的性能。

接收波束賦形

在NR中，UE可能還需要執(zhí)行Rx波束賦形，以進(jìn)一步改善接收SINR。因此，波束選擇流程也應(yīng)支持Rx波束選擇。這可以通過(guò)BS用相同的Tx波束重復(fù)RS傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，波束選擇的最終結(jié)果包括Tx-Rx波束對(duì)。圖3示出了關(guān)于Rx波束形成的結(jié)果的示例。我們可以觀察到，Tx波束1、2、3、5、8和9是最好的五個(gè)Tx波束，Rx波束1、3和5是最好的三個(gè)Rx波束。此外，Rx波束1是Tx波束1、2和3的最佳Rx波束，Rx波束3是Tx波束5的最佳波束，并且Rx波束5是Tx波束8和9的最佳Rx波束。

在UE反饋出波束選擇后的最佳Tx波束后，BS可以靈活配置用于后續(xù)CSI采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄊＨ欢?，不同的Tx波束可對(duì)應(yīng)于不同的Rx波束，并且UE必須在數(shù)據(jù)接收之前確定Rx波束。因此，為了獲得更好的性能，UE接收波束賦形不再是完全透明的。一種有效的方法是使用波束分組反饋。具體地，所選擇的Tx波束被劃分為若干組，并且每個(gè)波束組中的Tx波束對(duì)應(yīng)于相同的Rx波束。UE還用Tx波束信息反饋波束組信息。分組信息為BS提供了更多關(guān)于不同波束間相關(guān)性的知識(shí)，這有利于數(shù)據(jù)復(fù)用或分集傳輸。此外，當(dāng)BS使用所選擇的Tx波束發(fā)送RS或數(shù)據(jù)時(shí)，BS需要指示UE使用哪個(gè)Tx波束組。由于Tx波束的數(shù)目通常大于Rx波束的數(shù)目，因此與Tx波束信息相比，波束組信息的反饋開(kāi)銷(xiāo)和信令開(kāi)銷(xiāo)預(yù)期較低。因此，波束分組反饋是支持UE波束形成的一種有效方法。

為CSI測(cè)量和反饋啟用DMRS

在當(dāng)前的LTE中，DMRS僅用于數(shù)據(jù)解調(diào)。如果采用DMRS來(lái)測(cè)量和報(bào)告CSI，則基于DMRS的CSI直接反映了數(shù)據(jù)傳輸中的信道狀況，提高了CSI采集的準(zhǔn)確性和時(shí)延?；贒MRS的CSI可以被視為第四級(jí)CSI，作為上述多級(jí)CSI的補(bǔ)充?；贒MRS的CSI具有高精度和低時(shí)延的特點(diǎn)，可以用于鏈路監(jiān)控和快速傳輸方案調(diào)整。DMRS可用于CSI細(xì)化。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是支持基于DMRS的CQI細(xì)化，以便網(wǎng)絡(luò)能夠快速獲得鏈路的質(zhì)量。除了CSI反饋外，網(wǎng)絡(luò)還經(jīng)常使用HARQ反饋進(jìn)行MCS細(xì)化。軟HARQ反饋表示當(dāng)ACK被反饋時(shí)，它有多大的空間來(lái)增加MCS或功率。類(lèi)似地，它表示當(dāng)NACK被反饋時(shí)，需要多大的功率才能到達(dá)目標(biāo)BLER。然后，網(wǎng)絡(luò)可以基于CSI反饋和軟HARQ反饋來(lái)確定所授予的MCS。對(duì)于軟HARQ反饋，可以考慮自包含反饋。

此外，為了評(píng)估當(dāng)前使用的多個(gè)潛在波束或多個(gè)波束的組合的信號(hào)接收質(zhì)量，可以使用這些波束發(fā)送DMRS。UE測(cè)量信道并基于DMRS反饋?zhàn)罴训囊粋€(gè)或多個(gè)波束。通過(guò)這樣做，網(wǎng)絡(luò)不僅可以調(diào)整MCS，而且可以以非常低的時(shí)延調(diào)整波束細(xì)化。

參考信號(hào)

參考信號(hào)在通信系統(tǒng)中具有同步、頻偏估計(jì)、信道估計(jì)和跟蹤等功能。在LTE的早期版本中，這些功能是通過(guò)CRS來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是后來(lái)人們認(rèn)識(shí)到CRS缺乏效率和可擴(kuò)展性。因此，引入了CSI-RS和DMRS，傳統(tǒng)UE或高級(jí)UE仍然可以利用CRS進(jìn)行同步、RSRP測(cè)量、多普勒頻移和多普勒擴(kuò)頻測(cè)量。CSI-RS可以在時(shí)頻域以較低的密度傳輸，適合于周期性傳輸。DMRS在端口分配方面非常靈活和可擴(kuò)展，并且其RS開(kāi)銷(xiāo)不隨TXRU的數(shù)量增加而增加。在NR MIMO中，應(yīng)同時(shí)考慮單波束和多波束的工作。對(duì)于NR評(píng)估，所考慮的天線單元的最大數(shù)目為1024個(gè)。信道維數(shù)顯著增加，從而導(dǎo)致RS開(kāi)銷(xiāo)的增加。

波束參考信號(hào)（BRS：Beam reference signal）類(lèi)似于用于波束捕獲的RSRP測(cè)量的波束形成CSI-RS，類(lèi)似于LTE中的發(fā)現(xiàn)參考信號(hào)。此外，它還可以用于同步，QCL用于廣播信道或公共控制信道的信道跟蹤和解調(diào)?？紤]到初始接入，參考信號(hào)配置不能靈活進(jìn)行。將BRS用于多種功能（包括具有重要配置的信號(hào)的解調(diào)以及每個(gè)波束/虛擬TP的RSRP測(cè)量）更有效。每個(gè)虛擬TP可以對(duì)應(yīng)于一個(gè)BRS資源。不同的虛擬TP對(duì)應(yīng)不同的端口或同一端口但符號(hào)不同。UE可以對(duì)系統(tǒng)帶寬、隨機(jī)接入相關(guān)配置等重要配置執(zhí)行波束/虛擬TP選擇并解調(diào)廣播信號(hào)和公共控制信道。此外，BRS還可用于獲取QCL信息，并與CSI-RS和DMRS建立QCL關(guān)系。BRS可用于精細(xì)同步和信道跟蹤。

可以認(rèn)為BRS的傳輸與其他信號(hào)有關(guān)?？梢钥紤]以下選項(xiàng)。

• 選項(xiàng)1：BRS和同步信號(hào)在同一OFDM符號(hào)中進(jìn)行頻率復(fù)用

• 選項(xiàng)2：BRS和廣播信道或公共控制信道在同一OFDM符號(hào)中進(jìn)行頻率復(fù)用

• 選項(xiàng)3:BRS作為獨(dú)立的BRS掃描塊傳輸，不與任何信號(hào)復(fù)用。

• 選項(xiàng)4：BRS和數(shù)據(jù)是頻率復(fù)用的。

選項(xiàng)1，BRS與同步信號(hào)之間的功率共享將影響同步信號(hào)的性能。

選項(xiàng)2，由于這些信號(hào)需要在小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行波束掃描，因此資源利用是有效的。BRS還支持廣播和公共控制信道的解調(diào)。這也允許UE在隨機(jī)接入之前基于BRS進(jìn)行一些測(cè)量，以便能夠根據(jù)信道互易性發(fā)射隨機(jī)接入信號(hào)。這似乎是一個(gè)有吸引力的選擇。

選項(xiàng)3，優(yōu)勢(shì)在于更好地覆蓋BRS。另外，BRS的配置獨(dú)立于其他信道，這使得它更加靈活。然而，在這種情況下，資源利用率并不高。

選項(xiàng)4，它可以提高資源利用率，并且數(shù)據(jù)的功率分配更加靈活。這對(duì)于數(shù)字波束賦形特別靈活。然而，模擬或混合波束賦形的限制可能影響其資源利用率，因?yàn)橛糜贐RS的波束通常需要覆蓋整個(gè)小區(qū)，但是到UE的數(shù)據(jù)只需要一個(gè)或兩個(gè)窄波束。

總的來(lái)說(shuō)，選項(xiàng)2聽(tīng)起來(lái)很有希望，但是選項(xiàng)3可以提高性能。選項(xiàng)4在沒(méi)有或只有少量模擬波束時(shí)有用。

BRS掃描塊可以周期性地傳輸，但也可以考慮按需傳輸。例如，當(dāng)載波接入由另一載波（例如低頻載波）輔助時(shí)。然后可以非周期地或以多發(fā)射點(diǎn)方式傳輸BRS。BRS通?？梢栽谳^寬的帶寬中傳輸?？紤]到這一點(diǎn)，BRS端口可以編碼或頻率復(fù)用。

對(duì)于單波束操作，最好使用相同的框架，并將其視為多波束操作的特殊情況。

CSI-RS

CSI測(cè)量可以采用多級(jí)設(shè)計(jì)，提高測(cè)量效率。由于MIMO系統(tǒng)的增益主要依賴(lài)于基帶預(yù)編碼，因此一級(jí)參考源可以設(shè)計(jì)成大面積覆蓋，在寬帶寬波束上發(fā)送。第二級(jí)參考源主要考慮更遠(yuǎn)的定向覆蓋，在窄波束上傳輸，由于MIMO系統(tǒng)主要采用模擬波束形成，第一級(jí)參考源可以在多個(gè)窄波束上發(fā)送以覆蓋廣角方向，并與寬波束一起接收以進(jìn)行粗波束選擇。第二級(jí)基準(zhǔn)可以在預(yù)先選定的方向上用較窄的波束發(fā)送，并用較窄的波束接收，以實(shí)現(xiàn)波束的精細(xì)對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于同時(shí)采用模擬波束形成和數(shù)字波束形成的混合預(yù)編碼系統(tǒng)，上述兩種設(shè)計(jì)可以結(jié)合使用。如果天線的尺寸高，則可以使用超過(guò)2個(gè)級(jí)別的CSI-RS來(lái)有效地提供具有多個(gè)級(jí)別的精度和魯棒性的CSI。

第一級(jí)參考信號(hào)可以周期性地或以多個(gè)發(fā)射點(diǎn)傳送，并且它們也可以被多個(gè)用戶(hù)共享。設(shè)計(jì)還取決于它是否是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。

第二級(jí)參考信號(hào)是特定于用戶(hù)的非周期發(fā)送信號(hào)，在RB分配、端口分配、時(shí)域位置、重復(fù)次數(shù)和功率等方面應(yīng)具有較高的配置靈活性。為了提高資源效率，可以考慮在設(shè)計(jì)中更好地支持空間復(fù)用。

這里考慮單波束和多波束的多級(jí)運(yùn)行。

• 對(duì)于單波束，非預(yù)編碼CSI-RS或小區(qū)特定波束賦形CSI-RS可以是第一級(jí)參考資源。第二級(jí)參考資源可以參考UE特定的波束賦形CSI-RS。

• 對(duì)于多波束，BRS或一組特定于小區(qū)的波束賦形CSI-RS可用于第一級(jí)參考資源。UE組/UE特定的波束賦形CSI-RS作為第二級(jí)參考資源。

在這兩種情況下，通過(guò)使用不同的虛擬化來(lái)生成多個(gè)級(jí)別的波束賦形CSI-RS，可以獲得更多級(jí)別的波束細(xì)化。

CSI-RS主要被認(rèn)為是按需和非周期傳輸?shù)??？梢钥紤]用可配置多發(fā)射點(diǎn)來(lái)代替周期性配置。非周期單次傳輸可以更靈活地用于CSI細(xì)化。這確保了更好的前向兼容性，特別是支持更靈活的配置

DMRS

在LTE中，DMRS被嵌入到數(shù)據(jù)中，并且在子幀中被傳輸和擴(kuò)展，這可能減慢UE的解調(diào)。因此，控制和數(shù)據(jù)相關(guān)的DMRS應(yīng)該安排在數(shù)據(jù)前面，用于時(shí)延敏感的服務(wù)。

應(yīng)分配單獨(dú)的端口作為參考，以支持使用MIMO傳輸?shù)目刂坪蛿?shù)據(jù)的傳輸。

NR也應(yīng)該采用LTE中可伸縮的DMRS端口分配，由于LTE中DMRS密度的配置不夠靈活，NR中可以引入多級(jí)DMRS，第一級(jí)DMRS總是以低密度傳輸以進(jìn)行粗略估計(jì)，而其他級(jí)別的DMRS可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景使用更高密度。

在LTE中，基帶預(yù)編碼是主要考慮因素，在基于DMRS的數(shù)據(jù)解調(diào)過(guò)程中，基帶預(yù)編碼對(duì)接收機(jī)是透明的。NR需要在預(yù)先設(shè)置接收權(quán)值的框架中加入RF波束賦形。在這種情況下，可以限制傳輸預(yù)編碼的靈活性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用圖4所示的多發(fā)射點(diǎn)DMRS結(jié)構(gòu)。

DMRS可用于CSI細(xì)化。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是支持基于DMRS的CQI細(xì)化，以便網(wǎng)絡(luò)能夠快速獲得鏈路的質(zhì)量。除了CSI反饋外，網(wǎng)絡(luò)還經(jīng)常使用HARQ反饋進(jìn)行MCS細(xì)化。外環(huán)鏈路自適應(yīng)（OLLA：Outer Loop Link Adaptation）可以擴(kuò)展到稱(chēng)為軟HARQ的增強(qiáng)方案，其中HARQ ACK/NACK與CSI聯(lián)合編碼。軟HARQ反饋表示當(dāng)ACK被反饋時(shí)，它有多大的空間來(lái)增加MCS或功率。類(lèi)似地，它表示當(dāng)NACK被反饋時(shí)，需要多大的功率才能到達(dá)目標(biāo)BLER。然后，網(wǎng)絡(luò)可以基于CSI反饋和軟HARQ反饋來(lái)確定所授予的MCS。

除了CQI/MCS調(diào)整之外，DMRS還可用于波束細(xì)化。也可以考慮DMRS上用于控制或數(shù)據(jù)信道的多波束傳輸?？刂苹驍?shù)據(jù)信道可以通過(guò)多波束組合傳輸。那么DMRS可以有兩種不同的傳輸方式。第一種方法是在一個(gè)DMRS中傳輸多個(gè)波束的組合。第二種方法是讓每個(gè)波束在它們自己的DMRS資源上傳輸，如圖5所示。可以通過(guò)用于解調(diào)的信令來(lái)知道多個(gè)波束的組合權(quán)重。組合權(quán)重也可以表示為波束的選擇。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，這些DMRS資源也可以被重用用于CSI/波束細(xì)化。這有助于解決堵塞等問(wèn)題。

由本地振蕩器產(chǎn)生的相位噪聲被認(rèn)為是射頻損傷的一個(gè)不可避免的來(lái)源。在6GHz以上的無(wú)線系統(tǒng)中，由于振蕩器的相位噪聲隨著振蕩頻率的增加而增加，因此這種射頻損傷更為嚴(yán)重。