在LTE支持的許多功能中，MIMO對(duì)于滿足系統(tǒng)吞吐量要求是必不可少的。在經(jīng)歷了Rel.8的多個(gè)增強(qiáng)階段之后，可以說LTE Rel.14將支持具有競(jìng)爭(zhēng)力的MIMO系統(tǒng)，這有助于各種用例和權(quán)衡級(jí)別。

對(duì)于sub-6GHz的頻率，上下行?MIMO的擬議設(shè)計(jì)原則是根據(jù)預(yù)期的Rel.14 LTE（Rel.14 eFD MIMO和Rel.10 UL MIO）中可用的功能構(gòu)建。這涉及兩項(xiàng)工作：

1.簡(jiǎn)化Rel-14?上下行?MIMO：從R14中給出的框架開始，可以進(jìn)行以下簡(jiǎn)化：

a、 移除與LTE向后兼容性相關(guān)的設(shè)計(jì)約束（可能還有功能）：對(duì)于DL MIMO，這包括在每個(gè)子幀中存在Rel.8 CRS，并為PDCCH傳輸保留每個(gè)子幀的前3個(gè)OFDM符號(hào)。它還包括LTE子幀結(jié)構(gòu)，其可以不用于新的無線電接口（例如LTE TDD特殊子幀）。

b、 刪除冗余功能，尤其是那些導(dǎo)致不必要的規(guī)范復(fù)雜性的功能：對(duì)于DL MIMO，這包括Rel.13/14 LTE中的大量CSI報(bào)告模式，這些模式在功能上不必要地重疊，而在性能和反饋開銷之間沒有任何明顯的差異。

2.介紹NR的新功能：例如：

a、 設(shè)計(jì)與新的子幀結(jié)構(gòu)兼容，例如獨(dú)立子幀以及可變TTI長(zhǎng)度。

b、 與“靈活的TDD”兼容的設(shè)計(jì)：在某種程度上，Rel.13 LAA和eIMTA施加了此類約束。然而，當(dāng)前LTE MIMO的設(shè)計(jì)可能沒有考慮到這些約束。

c、 在eNB處實(shí)現(xiàn)高分辨率DL和UL CSI測(cè)量：對(duì)于DL MIMO，這包括背離LTE CSI報(bào)告范式（稱為隱式反饋）并采用更適合MU-MIMO傳輸?shù)牧硪环妒健?/p>

表1總結(jié)了一些基本設(shè)計(jì)要求。

Sub-6GHz NR MIMO的目標(biāo)是在爭(zhēng)取單一框架的同時(shí)，在廣泛的使用情況下促進(jìn)分集和復(fù)用增益之間的靈活權(quán)衡。例如，所選擇的MIMO傳輸方案可以被配置為適應(yīng)低到高速UE。

遵循LTE的設(shè)計(jì)原則，在設(shè)計(jì)MIMO組件（如CSI報(bào)告和碼本）時(shí)，假設(shè)使用雙極化天線陣列。

對(duì)于DL NR MIMO，假設(shè)采用OFDMA（或基于OFDMA的方案）。對(duì)于UL NR MIMO，OFDMA和SC-FDMA都使用單個(gè)框架，同時(shí)對(duì)OFDMA進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。注意，具有非相鄰PRB分配（在LTE中支持）的DFT預(yù)編碼OFDMA與OFDMA共享許多共性。

DL和UL NR MIMO的最大層數(shù)保持與LTE相同。沒有增加每個(gè)UE的最大空間復(fù)用增益的強(qiáng)烈動(dòng)機(jī)，因?yàn)椴惶赡軓母唠ASU-MIMO傳輸中增加頻譜效率。

為了促進(jìn)各種使用情況，例如更快的UE速度，提出了類似于Rel.14 eFD MIMO中支持的潛在方案的基于兩層波束賦形的框架。如圖1所示，支持兩種便于動(dòng)態(tài)和半動(dòng)態(tài)波束賦形的傳輸方案。對(duì)于FDD，動(dòng)態(tài)波束賦形類似于LTE閉環(huán)MIMO，而半動(dòng)態(tài)波束賦形則類似于Rel.14 eFD MIMO中評(píng)估的半閉環(huán)MIMO。

當(dāng)eNB處可獲得準(zhǔn)確的CSI時(shí)（例如，低UE速度和良好的小區(qū)隔離或小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)），動(dòng)態(tài)波束賦形尤其適用。在這種情況下，由于CSI報(bào)告中提供了準(zhǔn)確的方向信息，因此eNB可以通過窄方向波束發(fā)送數(shù)據(jù)。該方向信息可以通過PMI或包括長(zhǎng)期和短期預(yù)編碼信息的其他預(yù)編碼相關(guān)反饋來報(bào)告。與LTE類似，短期預(yù)編碼信息可以作為寬帶或子帶CSI參數(shù)報(bào)告。這有助于頻率選擇性預(yù)編碼/波束賦形。

由于在eNB處可獲得準(zhǔn)確的CSI，因此可以支持最大DL層數(shù)（每個(gè)UE）為8（參見表1）。

當(dāng)eNB處的CSI質(zhì)量受損時(shí)（例如，高UE速度和差的小區(qū)隔離導(dǎo)致稱為閃光燈效應(yīng)的突發(fā)小區(qū)間干擾），半動(dòng)態(tài)波束賦形尤其適用。在這種情況下，eNB通過一組定向波束發(fā)送數(shù)據(jù)更為有利，因?yàn)閁E只能指示近似（或范圍）的方向信息。為此，可以采用在頻域中的一組波束內(nèi)循環(huán)的預(yù)編碼器（波束）。該近似方向信息可以經(jīng)由PMI或僅包括長(zhǎng)期預(yù)編碼信息的其他預(yù)編碼相關(guān)反饋來報(bào)告。這種長(zhǎng)期預(yù)編碼信息不需要子帶PMI（或與預(yù)編碼相關(guān)的）報(bào)告。

如果在eNB處沒有準(zhǔn)確的CSI，則可以支持DL層的最大數(shù)量（每個(gè)UE）為2，因?yàn)樵诟信d趣的用例中不期望高峰值數(shù)據(jù)速率。

對(duì)于TDD場(chǎng)景，如果可以通過利用UL-DL短期互易性來估計(jì)DL CSI，則可以支持動(dòng)態(tài)和半動(dòng)態(tài)波束賦形，而無需預(yù)編碼相關(guān)反饋。此外，這兩種傳輸方案都應(yīng)促進(jìn)SU-MIMO和MU-MIMO之間的動(dòng)態(tài)切換。

上述波束賦形框架可以應(yīng)用于不同的服務(wù)。例如：

• 動(dòng)態(tài)和半動(dòng)態(tài)波束賦形以及動(dòng)態(tài)秩自適應(yīng)和MU調(diào)度都適用于eMBB。根據(jù)UE和eNB之間的鏈路，UE可以配置為動(dòng)態(tài)或半動(dòng)態(tài)波束賦形。

• 低秩動(dòng)態(tài)和半動(dòng)態(tài)波束賦形都特別適用于URLLC（包括具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，如V2V/V2X）。對(duì)于低秩傳輸（例如Rank-1），波束賦形增益最大化。對(duì)于高移動(dòng)性UE（例如，對(duì)于V2I/N場(chǎng)景），半動(dòng)態(tài)波束賦形中的長(zhǎng)期波束賦形和波束循環(huán)的組合為基于組的多播提供了一種高效的基于分集的方案。對(duì)于低移動(dòng)性UE，低秩動(dòng)態(tài)波束形成提供最佳性能。

• Rank-1“動(dòng)態(tài)”波束賦形特別適用于mMTC。由于預(yù)期mMTC UE具有低移動(dòng)性（其中許多是靜態(tài)的），因此具有非常低CSI更新速率的動(dòng)態(tài)波束賦形最大化了波束賦形增益。

• 對(duì)于eMBMS，當(dāng)需要基于組的多播時(shí)，半動(dòng)態(tài)波束賦形似乎是一個(gè)很好的方案。對(duì)于此類應(yīng)用，根據(jù)eMBMS的配置，在一個(gè)波束組（由長(zhǎng)期PMI表示）內(nèi)配置波束數(shù)量的能力非常重要。

表2總結(jié)了這兩種傳輸方案的比較。

為了支持DL MIMO部署，需要類似于LTE的兩種類型的RS：CSI-RS和DMRS。

根據(jù)使用情況，UE可被配置為測(cè)量與更寬（未壓縮）或更窄（壓縮）傳播信道相關(guān)聯(lián)的CSI。在第二種情況下，UE“放大”到信道的較小部分。因此，eNB可以通過在具有大量端口的CSI-RS上應(yīng)用預(yù)編碼/波束賦形來增加CSI-RS滲透，以生成具有更少數(shù)量端口的CSI-RS。當(dāng)以UE特定的方式應(yīng)用CSI-RS波束賦形時(shí)，這樣的波束賦形增益最大化。為了便于這種權(quán)衡，可以使用幾種類型的CSI-RS。

在Rel.13 LTE中，Class A和Class B?eMIMO類型被定義為允許上述eNB實(shí)現(xiàn)。Class A與所謂的非預(yù)編碼（NP：non-precoded）CSI-RS相關(guān)聯(lián)，而Class B與波束成形（BF：beamforming）CSI-RS相關(guān)聯(lián)。對(duì)于Class B，當(dāng)UE配置有K>1個(gè)CSI-RS資源時(shí)，啟用虛擬扇區(qū)化，其中每個(gè)CSI-RS源表示靜態(tài)的宏波束。UE報(bào)告CRI（CSI-RS資源索引）以及所選宏波束的CSI報(bào)告。此操作也稱為小區(qū)特定BF CSI-RS。Class B還用于UE特定的BF CSI-RS，其中UE被配置有m個(gè)端口的1個(gè)CSI-RS資源。在這種情況下，UE測(cè)量每個(gè)偏振組m/2個(gè)微束。反過來，UE報(bào)告與碼本相關(guān)聯(lián)的PMI。

對(duì)于NR MIMO，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化CSI-RS的框架。仔細(xì)觀察，NP CSI-RS和小區(qū)特定的BF CSI-R（均由一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)宏波束組成）可以組合為一種類型，稱為覆蓋CSI-RS，由K≥ 1 CSI-RS資源。由K個(gè)CSI-RS資源中的每個(gè)資源表示的K個(gè)靜態(tài)宏波束中的每個(gè)被稱為“覆蓋波束”。顯然，覆蓋CSI-RS的用例是Rel.13 NP CSI-RS和小區(qū)特定BF CSI-R用例的組合。當(dāng)用于虛擬扇區(qū)化時(shí)，UE可以配置CRI反饋。此外，部分端口CSI-RS（端口域中的CSI-RS子采樣）可以通過將UE配置為測(cè)量K>1個(gè)CSI-RS資源來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)資源代表較大端口陣列的一部分。第二類CSI-RS類似于Rel.13 UE特定BF CSI-RS，稱為UE特定CSI-RS。UE特定CSI-RS具有相同的特性，可以動(dòng)態(tài)波束賦形并由動(dòng)態(tài)微波束組成。表3總結(jié)了這兩種CSI-RS類型之間的比較。

圖2描述了上述兩級(jí)CSI-RS設(shè)計(jì)。eNB在兩個(gè)覆蓋波束上向兩個(gè)UE發(fā)送兩個(gè)覆蓋CSI-RS。這兩個(gè)覆蓋beam 0和1（因此兩個(gè)覆蓋CSI-RS）可以在時(shí)間或頻率上同時(shí)發(fā)送或復(fù)用。eNB發(fā)送兩個(gè)UE專用CSI RS 0.0和0.1。用于發(fā)送兩個(gè)特定于UE的CSI RS的兩個(gè)特定UE波束是相對(duì)于第一覆蓋波束導(dǎo)出的，因此對(duì)應(yīng)于覆蓋波束的子空間。由于這兩個(gè)特定于UE的波束沿較小的方向范圍傳輸，因此由于額外的波束賦形增益，它們具有較高的穿透率。第二UE測(cè)量UE特定CSI-RS并沿?cái)?shù)據(jù)波束0.1.0從eNB接收數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)波束的波束賦形向量可以由從UE特定的CSI-RS（與FDD更相關(guān)）導(dǎo)出的CSI報(bào)告或測(cè)量UL SRS（與TDD更相關(guān)的）賦形。

CSI-RS資源分配可以從類似于Rel.13 LTE原理的公共CSI-RS源池中提取?？梢灾С指鶕?jù)UE測(cè)量和資源定義定義的兩種類型的資源分配：周期性和非周期性。

為了支持每個(gè)UE最多8層，每個(gè)UE可以分配最多8個(gè)DMRS端口。繼續(xù)Rel.13的思路，DMRS的設(shè)計(jì)應(yīng)便于有效的MU-MIMO復(fù)用。因此，將正交DMRS端口的數(shù)量增加到Rel.13 FD-MIMO之外是合理的。例如，DL NR MIMO中至少支持8個(gè)正交DMRS端口。

為了簡(jiǎn)化CSI報(bào)告部署，需要減少CSI報(bào)告模式之間的功能重疊量。為此，有兩個(gè)功能類別：1）CSI內(nèi)容，2）CSI報(bào)告程序。

就CSI內(nèi)容而言，對(duì)于sub-6GHz的FDD場(chǎng)景，以下兩種備選方案是可能的：

• 傳統(tǒng)CSI：繼承自Rel.13 FD-MIMO，包括CQI以及PMI、RI和/或CRI。假設(shè)單用戶傳輸假設(shè)來計(jì)算這些CSI參數(shù)。因此，需要基于碼本的反饋，這種反饋往往在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到特定的陣列幾何形狀和配置。這也稱為隱性反饋。

• 高級(jí)CSI：這包括額外的CSI反饋，更好地促進(jìn)MU-MIMO復(fù)用，并避免隱式反饋范式中固有的SU-MU失配。高級(jí)CSI的一些示例是直接（量化）信道反饋、協(xié)方差矩陣反饋或通過UL控制信道的特征向量反饋。這種類型的CSI也可以設(shè)計(jì)成較少依賴于陣列幾何形狀和配置。這也稱為顯式反饋（在版本10 SI期間）。

就CSI報(bào)告程序而言，類似于Rel.13/14 LTE的兩種機(jī)制是可能的：

• 周期CSI（P-CSI）報(bào)告

• 非周期CSI（A-CSI）報(bào)告

為了簡(jiǎn)化CSI報(bào)告程序并提高測(cè)量和報(bào)告效率，建議對(duì)Rel.13 LTE進(jìn)行以下更改：

• A-CSI報(bào)告僅與非周期（NZP和ZP）CSI-RS和P-CSI與周期（NZ和Z P）CSI-RS相關(guān)聯(lián)。這是為了避免不必要的重疊，這增加了冗余特征和額外DL信令的數(shù)量。

• A-CSI（結(jié)合非周期CSI-RS）是默認(rèn)操作模式。因此，CSI-RS傳輸僅在需要時(shí)執(zhí)行，這減少了DL開銷（因此增加了小區(qū)吞吐量）和潛在的小區(qū)間干擾。此外，CSI報(bào)告僅在需要時(shí)執(zhí)行，這減少了UL控制資源利用率和UL干擾。

·P-CSI的目標(biāo)是鏈路維護(hù)，而不是提供更高分辨率的CSI。因此，子帶P-CSI是不必要的。

為了與靈活的TDD實(shí)現(xiàn)更好的協(xié)同作用，應(yīng)不惜一切代價(jià)避免R13 LTE特有的P-CSI報(bào)告中的過度子幀間依賴（理想情況下，一個(gè)子幀內(nèi)應(yīng)包含一個(gè)完整的P-CSE報(bào)告）。該設(shè)計(jì)目標(biāo)與避免P-CSI的子帶報(bào)告一致。

假設(shè)NR?gNodeB可以在一個(gè)CSI過程中聯(lián)合利用P-CSI和A-CSI報(bào)告。

基于以上幾點(diǎn)，表4給出了CSI內(nèi)容與報(bào)告程序之間的可能相關(guān)性。

利用上述特征的示例性操作如圖3所示。假設(shè)為簡(jiǎn)單的LTE子幀結(jié)構(gòu)。在一個(gè)CSI過程中，UE配置有鏈接到UE特定CSI-RS的P-CSI和鏈接到2個(gè)資源覆蓋CSI-RS（兩個(gè)16端口CSI-RS資源，形成32端口部分端口CSI-R）的A-CSI。在接收到與覆蓋CSI-RS相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)資源中的一個(gè)資源一起的UL許可時(shí)，UE報(bào)告包含顯式信道反饋的A-CSI。與隱式反饋不同，eNB可以在沒有任何重構(gòu)問題的情況下組裝這兩個(gè)A-CSI報(bào)告。組裝這兩個(gè)報(bào)告僅僅相當(dāng)于將兩組不相交的16端口量化信道連接成32端口量化信道。使用32端口DL信道估計(jì)，eNB在CSI-RS上執(zhí)行UE特定波束賦形。配置有4端口UE特定CSI-RS，UE報(bào)告P-CSI（包括寬帶CQI、PMI和RI）以維持鏈路。由于端口的數(shù)量很小，所以使用寬帶PMI可以很好地維護(hù)鏈路。

出于與DL NR MIMO相似的原因，UL NR MIMO將從動(dòng)態(tài)和半動(dòng)態(tài)波束賦形中受益。然而，與DL不同，UL MIMO可能需要根據(jù)雙工方案以不同方式實(shí)現(xiàn)。

來自Rel.10 LTE的UL SU-MIMO可以支持動(dòng)態(tài)波束賦形。也就是說，當(dāng)UL授權(quán)（包含DCIformat 4）包括單個(gè)PMI字段（連同RI）時(shí)，支持基于碼本的MIMO傳輸。該P(yáng)MI指示UE用于調(diào)度的UL傳輸?shù)膯蝹€(gè)預(yù)編碼矩陣。因此，應(yīng)用了寬帶UL預(yù)編碼。該特征可容易地用于UL NR MIMO。

可以支持類似于上述DL NR MIMO的半動(dòng)態(tài)波束賦形（具有頻域中的波束/預(yù)編碼器循環(huán)），并且適合于UL OFDMA。在這種情況下，可以指定預(yù)定循環(huán)模式（或一組循環(huán)模式），并通過UL授權(quán)向UE發(fā)送信號(hào)。用于動(dòng)態(tài)波束賦形的PMI字段可以被擴(kuò)展以支持預(yù)編碼器循環(huán)。

與Rel.10 LTE類似，SRS和UL DMRS有助于上行鏈路信道測(cè)量和解調(diào)。在功能方面，除了以下附加功能外，它們將共享LTE提供的框架。

為了便于eNB進(jìn)行TDD的DL CSI測(cè)量（除了UL信道測(cè)量之外），SRS應(yīng)設(shè)計(jì)為最多提供8個(gè)端口。這允許eNB在假設(shè)8個(gè)RX天線的情況下測(cè)量DL CSI。因此，預(yù)計(jì)SRS容量較高。

此外，雖然可以支持周期性和非周期性SRS，但建議將非周期性的SRS作為默認(rèn)的SRS操作，特別是對(duì)于高空間分辨率UL信道測(cè)量——類似于先前提出的將非周期CSI-RS與A-CSI結(jié)合作為DL的默認(rèn)部署。類似的推理適用于：SRS資源利用的效率和減少不必要的干擾。定期SRS主要用于維護(hù)鏈路。

為了便于UL解調(diào)，UL DMRS設(shè)計(jì)為每個(gè)UE最多4個(gè)端口。不用說，UL DMRS的設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮到UL MU-MIMO。