5G下行MIMO框架

　　本文是三星公司针对NR下行MIMO框架设计制定的原则，设计原则是根据Rel-14 eFD MIMO中可用的特性进行构建，包括：
　　1.精简：
　　a. 取消与LTE向后兼容性特别相关的设计限制，比如每个子帧中都存在CRS
　　b. 去除冗余特性，尤其是那些导致不必要的规范复杂性的特性：这包括Rel.13/14 LTE中大量CSI报告模式，这些模式在实用程序中不必要地重叠。
　　2.介绍NR的新特性，例如：
　　a. 与新的子帧结构（例如自包含子帧）以及可变TTI长度兼容的设计。
　　b. 与＂flexible TDD＂兼容的设计：在某种程度上，Rel.13 LAA和eIMTA施加了此类限制。然而，当前LTE MIMO的设计可能没有考虑到这些约束。
　　c. 在eNB处实现高分辨率CSI测量：对于DL-MIMO，这包括偏离LTE CSI报告范式（称为隐式反馈）和采用更适合于MU-MIMO传输的附加范式。
　　表1总结了一些基本设计要求。
　　为了方便各种使用情形，例如广泛的UE速度，提出了一种类似于Rel.14 efd-MIMO中支持的潜在方案的基于两层波束赋形的框架。如图1所示，支持动态和半动态波束赋形的两种传输方案。对于FDD，动态波束赋形类似于LTE闭环MIMO，而半动态波束形成类似于Rel.14 eFD MIMO中评估的半闭环MIMO。
　　当在gNB处可获得准确的CSI时（例如，低UE速度和良好的小区隔离或小区间干扰协调），动态波束赋形尤其适用。在这种情况下，gNB可以通过窄定向波束传输数据，因为在CSI报告中可以获得准确的定向信息。可以通过PMI或包括长期和短期预编码信息的其他预编码相关反馈来报告该方向信息。与LTE类似，可以将短期预编码信息报告为宽带或子带CSI参数。这有助于频率选择性预编码/波束赋形。
　　由于在gNB处可以获得准确的CSI，因此可以支持最大数量的下行层（每个UE）8（参见表1）。
　　半动态波束赋形尤其适用于在gNB处CSI质量受损时（例如，高速度UE和差的小区隔离，其导致称为闪光灯效应的突发性小区间干扰）。在这种情况下，gNB通过一组定向波束传输数据更为有利，因为UE只能指示近似的定向信息。为此，可以采用在频域中的一组波束内的预编码器（波束）循环。这种近似的方向信息可以通过PMI或其他仅包括长期预编码信息的预编码相关反馈来报告。这种长期预编码信息不需要子带PMI（或预编码相关的）报告。
　　如果在gNB处没有准确的CSI，则可以支持最大下行2层（每个UE）数目，因为在相关用例中不期望高峰值数据速率。
　　对于TDD场景，如果下行CSI可以通过利用上下行短期互易性来估计，那么动态和半动态波束赋形都可以在没有预编码相关反馈的情况下得到支持。此外，这两种传输方案应促进SU-MIMO和MU-MIMO之间的动态切换。
　　上述波束赋形框架可以应用于不同的业务。例如： 动态和半动态波束赋形以及动态秩自适应和MU调度都适用于eMBB。根据UE和gNB之间的链路，UE可以配置为动态或半动态波束赋形。 低秩动态和半动态波束赋形都特别适用于URLLC（包括具有挑战性的应用，如V2X）。对于低秩传输（例如rank-1），波束赋形增益最大化。对于高移动性UE（例如对于V2I/N场景），在半动态波束赋形中长期波束赋形和波束循环的组合为基于组的多播提供了有效的基于分集的方案。对于低移动性UE，低秩动态波束赋形提供最佳性能。 rank-1＂dynamic＂波束赋形特别适合于mMTC。由于mMTC UE被期望具有低移动性（其中许多是静态的），因此具有非常低的CSI更新率的动态波束赋形使得波束赋形增益最大化。 对于eMBMS，当需要基于组的多播时，半动态波束赋形是一种很好的方案。对于此类应用，根据eMBMS的配置，配置一个波束组（由长期PMI表示）内波束数的能力非常重要。
　　表2总结了这两种传输方案的比较。
　　为了支持下行MIMO操作，需要两种类似LTE的RS类型：CSI-RS和DMRS。
　　根据用例，UE可以被配置为测量与更宽（未压缩）或更窄（压缩）传播信道相关联的CSI。在第二种情况下，UE＂放大＂到频道的较小部分。因此，gNB可以通过在具有大量端口的CSI-RS上应用预编码/波束赋形来增加CSI-RS的穿透，从而生成具有数量更小端口的CSI-RS。当以特定UE的方式应用CSI-RS波束赋形时，这种波束赋形增益最大化。为了促进这种权衡，可以使用两种类型的CSI-RS。
　　第一种类型，称为覆盖CSI-RS，由K构成  1 CSI-RS资源。由k个CSI-RS资源中的每一个K静态宏波束称为＂覆盖波束＂。显然，覆盖CSI-RS的用例是Rel.13 NP CSI-RS和小区特定BF-CSI-RS用例的组合。第二种类型的CSI-RS类似于Rel.13 UE特定的BF CSI-RS，称为UE特定CSI-RS。具有相同的特性，UE特定CSI-RS可以动态波束赋形，并且由比覆盖CSI-RS的端口数量小的端口组成。图2简要描述了上述两级CSI-RS设计。
　　CSI-RS资源分配可以从类似于Rel.13 LTE原理的通用CSI-RS资源池中提取。可以支持两种类型的资源分配，根据UE度量和资源定义：周期性和非周期性。
　　为了支持每个UE最多8层，每个UE最多可分配8个DMRS端口。DMRS应设计为便于高效的MU-MIMO复用，因此，将正交DMRS端口数增加到Rel.13fd-MIMO之外是合理的。例如，DL-NR MIMO中可以支持至少8个正交DMRS端口。
　　为了简化CSI报告操作，需要减少CSI报告模式之间的功能重叠量。为此，有两个功能类别：1）CSI内容，2）CSI报告流程。
　　就CSI内容而言，对于低于6GHz的FDD场景，有以下两种方案：
　　传统CSI ：继承自Rel.13 FD-MIMO，这包括CQI以及PMI、RI或CRI。这些CSI参数是假设单用户传输假设来计算的。因此，需要基于码本的反馈。这也称为内隐反馈。
　　高级CSI ：这包括一个额外的CSI反馈，它可以更好地促进MU-MIMO复用，并避免隐式反馈范式中固有的SU-MU不匹配。高级CSI的一些示例是直接（量化）信道反馈、协方差矩阵反馈或经由上行控制信道的特征向量反馈。
　　就CSI报告流程而言，类似于Rel.13/14 LTE的两种机制是： 定期CSI（P-CSI）报告 不定期CSI（A-CSI）报告
　　为了简化CSI报告流程，提高测量和报告效率，建议对Rel.13 LTE进行以下修改。 A-CSI报告仅与非定期（NZP或ZP）CSI-RS和定期（NZP或ZP）CSI-RS的P-CSI相关联。这是为了避免不必要的重叠，从而增加冗余功能和额外的下行信令的数量。 A-CSI（结合非周期CSI-RS）是默认的操作模式。因此，仅在需要时执行CSI-RS传输，这降低了DL开销（因此增加了小区吞吐量）和潜在的小区间干扰。此外，仅在需要时执行CSI报告，这降低了UL控制资源利用率和UL干扰。 P-CSI的目标是链路维护，而不是提供更高分辨率的CSI。因此，子带P-CSI是不必要的。为了与灵活的TDD实现更好的协同，应该不惜一切代价避免P-CSI报告中的过度子帧间依赖性，这是Rel.13 LTE的特征（理想情况下，一个完整的P-CSI报告应该包含在一个子帧中）。 假设NR gNodeB可以在一个CSI过程中联合利用P-CSI和A-CSI报告。