5GNR漫谈8：CSI-RS/TRS/SRS参考信号

在LTE协议版本release 8中，定义了小区参考信号CRS，在1ms的调度周期内，占用整个小区带宽，它是持续发送的，意味着终端能够在整个小区覆盖范围内对自身所处的位置测量CRS信号，基站根据终端上报的测量结果知道终端下行链路信道状况。从资源利用角度，多天线时CRS一直持续发送，将会占用大量的资源。

在LTE版本的release 10中，引入了信道状态信息参考信号CSI-RS，该信号并不是像CRS一样，一直持续发送的，终端只有在配置的时候才会在相应的时频位置去测量CSI-RS。LTE引入CSI-RS的目的，是为了大于4层的空间复用，如果终端单靠测量CRS，已经不能满足这种场景的业务要求。
在NR中，已经没有了CRS信号，因为从系统时频资源看，一直持续的在固定的时频资源上发射CRS信号，实在是太浪费资源了。在NR里，采用CSI-RS来探测下行信道以及波束管理，CSI-RS可以配置为32个天线端口，意味着终端可以探测32个空间信道状况。一个CSI-RS通常基于一个终端来配置，但并不意味着只有这个终端可以单独占用这个CSI-RS的时频资源，如果另一个终端同样配置了相同的CSI-RS资源集，它也可以去相同的位置探测CSI-RS信号。下图显示了在时频资源上，一个端口（port）占用了一个资源粒。

CSI-RS能够映射到除了CORESET、DMRS、SSB占据的资源位置的其它时频资源地方。当发射多端口的CSI-RS时，可以认为是采用正交的方法在时频资源上共享映射端口。包括码域共享（CDM），不同的天线端口用多个正交码组将CSI-RS进行正交调制，频域共享（FDM），不同的天线端口频域上占用多个子载波，时域共享（TDM），不同的天线端口时域上占用多个OFDM符号。下图中显示了将2端口、4端口、8端口的CDM。

下图中显示了2端口如何采用正交码来对CSI-RS进行调制。

可以采用CDM, TDM, 以及FDM的灵活组合来实现不同的端口配置。下图中显示了可以采用多种不同的方法实现8端口的组合。第一种组合，2×CDM + 4×FDM的组合，即在频域上占用了4个FDM资源，每个FDM资源由一组2条正交码的CDM占用。第二种组合，2×CDM + 2×FDM + 2×TDM，两个OFDM符号上，每个符号采用2×CDM + 2×FDM。第三种组合4×CDM + 2×FDM，码长为4的CDM可以配置4个端口，频码上占用一个FDM，2个FDM可配置8个端口。

在采用CDM, TDM, 以及FDM的组合来配置不同的端口时，时频资源可以是不连续的，下图显示了一个32端口的映射。

CSI-RS序列的生成，表现为由高层RRC指示的加扰ID和在具体slot、symbol上位置上生成的随机序列，调制生成为QPSK信号，然后再与功率因子、时域正交码、频域正交码相乘，映射到具体的端口时频资源位置上。

CSI-RS可以配置为在奇数RB或者偶数RB发射。可以采用周期发射，或者半静态发射，或者非周期发射。当采用周期发射的时候，发射周期最小为4 slot，最大为640个slot，同时配置起始发射的offset slot，如下图所示。

当采用半静态发射CSI-RS时，与周期发送的时候类似，不同的是在MAC control elements (MAC CE)有个激活开关activated/deactivated，当配置为activated时一直采用周期发送CSI-RS，直到MAC CE 配置为deactivated。
当采用非周期发射CSI-RS时，由DCI触发。
CSI-RS可以用来探测信道，同样可以用来估计相邻小区的干扰，此时称为CSI-IM（Interference Measurement），占用的时频资源和发射方式与CSI-RS类似。当要测量CSI-IM时，相邻小区在CSI-IM占用的时频资源位置发射CSI-IM，而本小区不发射CSI-IM，终端接收相应的时频资源位置的信号，即可估计出相邻小区对本小区干扰程度。
从时频资源占用的角度看，NR里面的CSI-RS占用了PDSCH的资源，当终端在做DL-SCH的速率匹配（rate matching，RM）的时候，是会跳过CSI-RS占用的资源的。这里出现了一个问题，由前面知道，CSI-RS是可以分配给不同的终端的，那么当某个终端A占用的PDSCH资源块分配有多个CSI-RS，而且这些CSI-RS是有可能分属不同终端的，即也有可能是自己的CSI-RS，也有可能是别人的CSI-RS，这个时候，终端A是怎么识别这些CSI-RS呢？协议里面定义了非零功率的CSI-RS（NZP-CSI-RS）和零功率CSI-RS（ZP-CSI-RS）的时频资源集。对于NZP-CSI-RS终端A可以对接收的信号进行CSI-RS测量，对于ZP-CSI-RS的时频资源集，终端A认为是别的终端CSI-RS资源，不接收处理，仅认为DL-SCH的速率匹配错开了这些CSI-RS资源。
我们再来看看相位参考信号（tracking reference signal，TRS)。基站和终端物理晶振的频率是会有小小的偏差的，不可能做到完全一致，这使得终端接收到的射频载波信号会有相位上的偏差，在接收子载波的解调符号星座图上，表现为相位上的旋转，即接收的调制符号偏离了一定的相位角度，这是由于频偏在时间上的积累造成的。这个时候，需要TRS信号来追踪其它数据信号的旋转相位。

TRS是一种多周期的CSI-RS，确切的说是一个4-1端口，3个CSI-RS密度，位于连续两个slot的NZP-CSI-RS，如下图所示。在一个时隙内时间上两个TRS最小间隔是4个OFDM符号，频域上间隔4个子载波。可以根据TRS来估算频率和时间上的误差。接收数据补偿这些误差，即可旋回原始发送的调制坐标位置。

CSI-RS端口上的信号并不直接映射到一根根的物理天线，而是经过空间滤波器（F），将M个端口的CSI-RS，映射到N个的物理天线端口。空间滤波器，本质就是一个加权矩阵，实现将N个天线发出的信号，波束赋形到M个不同的方向。

NR上行信道的探测采用探测参考信号（sounding reference signals，SRS）信号，这与LTE类似。LTE里面通常在1个时隙的最后两个OFDM符号位置发送SRS，也可以只占用最后1个OFDM符号，而NR里面，可以在1个时隙的最后6个OFDM符号里面发送1个或者2个或者4个连续的SRS信号。与下行的CSI-RS类似，SRS也可以完成方向的定位，只要比较测量不同的波束方向，即可知道哪个信道是比较好。SRS最大支持4个天线端口，而CSI-RS最大支持32个天线端口。SRS可以在频域上采用梳状的形态进行复用。

SRS天线端口的映射与CSI-RS类似，经过空间滤波器将M个端口的信号映射到N根天线上，实现M个端口的信号波束赋形到不同的方向。

采用相同SRS时频资源集复用的终端，在生成序列的时候，通常经过序列的循环移位来实现终端之间的不同差异，在接收端，为了去除用户间的干扰，通常需要对每个用户时域数据进行滤波。采用相关接收法来处理SRS时，多个终端的SRS信号会在时域上表现为多个相关峰值。设计一个滤波窗，把每个峰值半径内的信号提取出来，实现对终端有用SRS信号的提取滤波。根据SRS信号的峰值，还可以计算终端到基站间的时间偏移量，即TA值。基站测量终端SRS的目的是得到SRS占用带宽的频域衰落情况。提取出终端的时域窗内的相关结果后，可以在时域估计信噪比SNR，上报给高层，获取探测到的信道质量。

至于估计的方法有很多种,一种简单的方法是认为相关峰值周围几个点半径内为有用信号,其它窗内的点为噪声。

至于如何利用SSB来确定UE的波束方向，下文中有明确的描述。
SSB 同步和广播信道确定波束

声明：文中部分图片来源http://www.sharetechnote.com/，《下一代无线接入技术》

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