上行参考信号-SRS

NR的SRS和LTE的SRS作用一样，都是用来获取上行信道质量，NR SRS资源由信令SRS-Resource配置，组成如下：

简单总结一下：

一个SRS资源最多支持4个天线端口
一个SRS资源在时域上的长度可以配置为{1，2，4}，最大为4个OFDM symbols(N.B. 在R16版本中，又引入了长度8和12，即在R16版本中，一个SRS资源在时域上最大可以为12个OFDM symbols)。
SRS资源在时域上配置在一个slot上14个OFDM symbols的最后6个symbols上(N.B. 在R16版本中，信令IE：startPosition的数值范围从(0...5)扩展为(0...13)，因此在R16版本中，逻辑上SRS资源在时域上的配置已经不再局限于一个slot的最后6个symbols上，但是从对上行资源充分利用的角度考虑，仍然需要把SRS放置在一个slot的最后几个symbols上）

Sequence generation

SRS资源的序列按照如下公式生成：

Resource Mapping

当SRS在给定的时频域资源上传输时，序列 $r^{(pi)}(n,{l}')$ 从 $r^{(pi)}(0,{l}')$ 开始在每个天线端口 $p_{i}$ 的一个slot上依序映射到RE： $(k,l)$ 上：

可以看到，

时域上SRS资源的位置是 ${l}'+l_{0}$ ,这个很容易理解，我们在本文前面说过 $l_{0}$ 是SRS资源在一个slot时域上的起始位置， ${l}'$ 是SRS资源在时域上的长度
频域上SRS资源的起始位置计算公式为： $k_{0}^{(p^{_{i}})}=\bar{k_{0}}^{(p_{i})}+\sum_{b=0}^{B_{SRS}}K_{TC}M_{sc,b}^{SRS}n_{b}$

我们把频域上SRS资源起始位置计算公式分为两个部分：1. $\bar{k_{0}}^{(p_{i})}$ ;2. $\sum_{b=0}^{B_{SRS}}K_{TC}M_{sc,b}^{SRS}n_{b}$

先看第一部分:

从上式可以看出第一部分定义了SRS资源在频域上的起始位置。

我们再看第二部分：

从第二部分的公式可以看出：

对于SRS没有跳频的场景，SRS资源在频域上的起始位置 $k_{0}^{(pi)}$ 在每次传输的时候都是一个恒定值；
对于SRS跳频的场景，SRS资源在频域上的起始位置 $k_{0}^{(pi)}$ 随着传输次数的不同发生变化。
SRS资源在频域上的位置为： $K_{TC}{k}'+k_{0}^{(p_{i})}$

下面我们一一举例说明：

例1.

srs-ResourceToAddModList {
   {
   srs-ResourceId 0,
   nrofSRS-Ports port1,
   transmissionComb n2: { //   ${\color{Red} k_{TC}=2}$
   combOffset-n2 0, //   ${\color{Red} \bar{k}_{TC}= 0}$
   cyclicShift-n2 4
   },
   resourceMapping {
   startPosition 3, // ${\color{Red} l_{offset} = 3}$
   nrofSymbols n4, // ${\color{Red} N_{symb}^{SRS}=4}$
   repetitionFactor n1 // R = 1
   },
   freqDomainPosition 0, // ${\color{Red} n_{RRC}=0}$
   freqDomainShift 1, // ${\color{Red} n_{shift}=1}$
   freqHopping {
   c-SRS 1, // ${\color{Red} C_{SRS} = 1}$
   b-SRS 2, // ${\color{Red} B_{SRS} = 2}$
   b-hop 0 // ${\color{Red} b_{hop} = 3}$
   },
......
   }

假设 $N_{BWP}^{start}=0$

由于 $b_{hop}>B_{SRS}$ ，因此本例中的SRS资源不存在跳频，那么频域上位置的起始计算公式为：

$k_{0}^{(p_{i})}=\bar{k}_{0}^{(p_{i})}+\sum_{b=0}^{B_{SRS}}K_{TC}M_{sc,b}^{SRS}n_{b}=(n_{shift}N_{sc}^{RB}+\bar{k}_{TC})+N_{sc}^{RB}\times (m_{SRS,0}\times n_{0}+m_{SRS,1}\times n_{1}+m_{SRS,2}\times n_{2})$

因为 $C_{SRS}=1$ ，因此查38.211 Table 6.4.1.4.3-1可知，

$m_{SRS,0}=8, N_{0}=1;m_{SRS,1}=4, N_{1}=2;m_{SRS,2}=4, N_{0}=1$

带入以上频域起始位置计算公式，

$k_{0}^{(p_{i})}=(n_{shift}N_{sc}^{RB}+\bar{k}_{TC})+N_{sc}^{RB}\times(\left \lfloor 4n_{RRC}/m_{SRS,0}\right \rfloor mod N_{0}+\left \lfloor 4n_{RRC}/m_{SRS,1}\right \rfloor mod N_{1}+\left \lfloor 4n_{RRC}/m_{SRS,2}\right \rfloor mod N_{2})=(1\times 12)+12\times (0)=12$

因为 $N_{BWP}^{start}<n_{shift}$ ,所以SRS频域起始位置 $k_{0}^{(p_{i})}$ 的参考点为CRB 0的子载波0，起始位置为从CRB0上子载波0开始的第12个子载波(即2th CRB)；根据公式： $K_{TC}{k}'+k_{0}^{(p_{i})}$ ，从第12个子载波开始，SRS资源在频域上每 $K_{TC}$ 个子载波出现一次，如下图：

例2.

srs-ResourceToAddModList {
   {
   srs-ResourceId 0,
   nrofSRS-Ports port1,
   transmissionComb n2: { //   ${\color{Red} k_{TC}=2}$
   combOffset-n2 0, //   ${\color{Red} \bar{k}_{TC}= 0}$
   cyclicShift-n2 4
   },
   resourceMapping {
   startPosition 3, // ${\color{Red} l_{offset} = 3}$
   nrofSymbols n4, // ${\color{Red} N_{symb}^{SRS}=1}$
   repetitionFactor n1 // R = 1
   },
   freqDomainPosition 0, // ${\color{Red} n_{RRC}=0}$
   freqDomainShift 5, // ${\color{Red} n_{shift}=5}$
   freqHopping {
   c-SRS 11, // ${\color{Red} C_{SRS}=11}$
   b-SRS 3, // ${\color{Red} B_{SRS}=3}$
   b-hop 0 // ${\color{Red} b_{hop}=0}$
   },

resourceType periodic: {

periodicityAndOffset-p sl80: 7

......
}

假设 $N_{BWP}^{start}=0$ , 对应的BWP = 50 PRB;

由于 $b_{hop}<B_{SRS}$ ,因此本例中的SRS资源存在跳频，频域上位置的起始计算公式为：

$k_{0}^{(p_{i})}=\bar{k}_{0}^{(p_{i})}+\sum_{b=0}^{B_{SRS}}K_{TC}M_{sc,b}^{SRS}n_{b}=(n_{shift}N_{sc}^{RB}+\bar{k}_{TC})+N_{sc}^{RB}(m_{SRS,0}\times n_{0}+m_{SRS,1}\times n_{1}+m_{SRS,2}\times n_{2}+m_{SRS,3}\times n_{3})=60+N_{sc}^{RB}\times (m_{SRS,0}\times n_{0}+m_{SRS,1}\times n_{1}+m_{SRS,2}\times n_{2}+m_{SRS,3}\times n_{3})=60+12\times (40\times n_{0}+20\times n_{1}+4\times n_{2}+4\times n_{3})$

根据我们前面介绍的知识，在本例中，对于跳频场景：

$n_{0}=\left \lfloor 4n_{RRC}/m_{SRS,0} \right \rfloor mod N_{0}=0$

$n_{1}=(F_{1}(n_{SRS})+\left \lfloor 4n_{RRC}/m_{SRS,1} \right \rfloor) mod N_{1}=(\left ( N_{1}/2 \right )\left \lfloor \frac{n_{SRS} mod \prod_{{b}'=0}^{1}N_{{b}'}}{\prod_{{b}'=0}^{0}N_{{b}'}} \right \rfloor+\left \lfloor \frac{n_{SRS} mod \prod_{{b}'=0}^{1}N_{{b}'}}{2\prod_{{b}'=0}^{0}N_{{b}'}} \right \rfloor)mod N_{1}$

$n_{2}=(F_{2}(n_{SRS})+\left \lfloor 4n_{RRC}/m_{SRS,2} \right \rfloor) mod N_{2}=F_{2}(n_{SRS})modN_{2}=(\left \lfloor N_{2}/2 \right \rfloor\left \lfloor n_{SRS}/\prod_{{b}'=0}^{1}N_{{b}'} \right \rfloor)modN_{2}$

$n_{3}=(F_{3}(n_{SRS})+\left \lfloor 4n_{RRC}/m_{SRS,3} \right \rfloor) mod N_{3}=F_{3}(n_{SRS})modN_{3}=(\left \lfloor N_{3}/2 \right \rfloor\left \lfloor n_{SRS}/\prod_{{b}'=0}^{2}N_{{b}'} \right \rfloor)modN_{3}$

以上公式中 $n_{SRS}$ 表示的SRS的传输次数，我们据此可以得到每次SRS传输在频域上的起始位置：

$n_{SRS}=1$ :

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times1+4\times0 +4\times0 )=300 subcarriers=25 PRBs$

$n_{SRS}=2$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times0+4\times2 +4\times0 )=156 subcarriers = 13 PRBs$

$n_{SRS}=3$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times1+4\times2 +4\times0 )=396 subcarriers=33 PRBs$

$n_{SRS}=4$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times0+4\times4 +4\times0 )=252 subcarriers = 21 PRBs$

$n_{SRS}=5$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times1+4\times4 +4\times0 )=492 subcarriers = 41 PRBs$

$n_{SRS}=6$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times0+4\times1 +4\times0 )=108 subcarriers = 9 PRBs$

$n_{SRS}=7$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times1+4\times1 +4\times0 )=348 subcarriers = 29 PRBs$

$n_{SRS}=8$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times0+4\times3 +4\times0 )=204 subcarriers = 17 PRBs$

$n_{SRS}=9$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times1+4\times3 +4\times0 )=444 subcarriers = 37 PRBs$

$n_{SRS}=10$

$k_{0}^{(p_{i})}=60+12\times (40\times0 +20\times0+4\times0 +4\times0 )=60 subcarriers = 5 PRBs$

示意图如下：

可以看到，本例中SRS频域上一共占用了40个PRB，由于采用了跳频，在每次SRS传输中只传输4个连续PRB上的SRS，一共需要10次SRS传输才可以传输完这40个PRB。

实际上SRS的传输次数与SRS传输所在的系统帧号和slot号是有关系的，并不是盲目开始计数的。首先，SRS在满足以下公式的系统帧和slot上传输：

$\left ( N_{slot}^{frame,\mu }n_{f}+n_{s,f}^{\mu}-T_{offset} \right )modT_{SRS}=0$

其中，

$N_{slot}^{frame,\mu}$ ：子载波配置 $\mu$ 下，一个系统帧所包含的slot个数；

$n_{f}$ :SRS传输所在的系统帧号；

$n_{s,f}^{\mu}$ :载波配置 $\mu$ 下，SRS传输在一个系统帧中的slot号；

$T_{SRS}$ :SRS传输周期，单位为slot；

$T_{offset}$ :SRS传输偏移量，单位为slot；

SRS传输的次数 $n_{SRS}$ 由以下公式确定：

$n_{SRS}=\left ( \frac{N_{slot}^{frame,\mu}n_{f}+n_{s,f}^{\mu}-T_{offset}}{T_{SRS}} \right )\cdot \left ( \frac{N_{symb}^{SRS}}{R} \right )+\left \lfloor \frac{{l}'}{R} \right \rfloor$

其中，

R：SRS资源在时域上的重复因子；

$N_{symb}^{SRS}$ :SRS资源在时域上占用的symbol个数；

${l}'$ : ${l}'=0,1,...,N_{symb}^{SRS}-1$

我们仍以例2为例说明，假设本例中 $\mu=1$ ，那么 $N_{slot}^{frame,\mu}=20$ ;同时我们通过信令配置了以下参数：

$T_{SRS}=80;$

$T_{offset}=7;$

$B_{SRS}=3$

$b_{hop}=0$ $C_{SRS}=11$

$n_{RRC}=0$

$n_{shift}=5$

$l_{offset}=3$

修改SRS资源在时域上占用的OFDM symbol个数为4：

$N_{symb}^{SRS}=4$ ;

R=1

如果我们从系统帧100开始配置并发送SRS资源，那么可以发送SRS资源的系统帧号和对应的slot号以及SRS发送次数如下：

这个时候SRS资源在频域上的传输变成了每个SRS资源所在的OFDM symbol占用一次SRS传输次数，如下图：

由以上我们知道，SRS资源本来在时域上占用4个OFDM symbols，在使用了跳频后，每一个OFDM symbol上都会发生跳频并且对应一次SRS传输。整个SRS资源需要传输10次(从上图可以看到，从第110次开始，SRS资源在频域上开始重复第100次的位置)，耗时160个slots，即8个系统帧。

SRS Antenna Switching

这节的名字我们直译过来就是SRS天线切换，国内也叫做SRS天线轮发。

在说明SRS atenna swtching之前我们先给出它的用途：用于NR TDD模式下的上下行信道估计。那么问题来了：

1. 为什么只能用于NR TDD模式下的上下行信道估计？上行的参考信号怎么能用于下行信道估计？

2. 下行本身有CSI-RS参考信号用来做下行信道估计，为什么还要用SRS？

我们先回答第一个问题：NR TDD模式类似于TD-LTE，即上下行共用一个频谱资源，在时间上做时分区分上行和下行。这样在绝大多数情况下，对于一个给定的终端，我们都可以认为它所经历的上下行是一条相同的路径，即空间特性是近似相同的，我们也称作上下行信道互易性。这样利用上下行信道互易性，我们就可以使用上行信道的SRS的探测来评估对应频谱资源上的下行信道质量。如果大家去翻3GPP 38.214 6.2.1.2一节(也就是描述SRS antenna switching配置的内容)，会发现这节的标题是“UE sounding procedure for DL CSI acquisition”, 中文意思就是“获取下行信道状态信息的终端sounding流程”，说的就是这个意思。至于NR FDD模式为什么无法使用SRS来评估下行信道，这是因为对于FDD来说，下行和上行是两段独立的频谱资源，无法使用上下行信道互易性，因此无法使用SRS来评估NR FDD模式下的下行信道质量。

我们再看第二个问题：为什么已经有了CSI-RS，还要利用信道互易性使用上行SRS来评估下行信道？这是因为CSI-RS是配置在下行信道提供给终端测量的，终端测量后以CQI或者PMI的方式反馈给基站，无论是CQI还是PMI都是一种间接反馈，不够准确；利用上下行信道互易性，基站直接测量终端发送的SRS，可以更加准确地评估上、下行信道。

最后回到我们这节的的标题，为什么是SRS antenna switching或者说什么是SRS antenna switching？这是因为如果不采用antenna switch，那么现有的5G终端基本上支持的都是SRS单天线端口传输，也就是说基站测量到的只是一个天线端口的SRS，如果下行支持的是MIMO传输，那么显然其他天线端口对应的下行信道是无法基于SRS进行上下行信道互易性方面的信道评估的。这就会导致做下行MIMO传输时误码率高，速率上不去。

从这方面看，那么我们只要在终端侧使得SRS在多个天线端口发射就可以解决我们上面说的问题。但是需要知道，考虑到终端的天线成本以及上行速率需求，一般来说终端侧的发送天线个数都会小于接收天线，目前来说：现有的5G终端支持1T2R，1T4R等天线配置方式。从这些配置来看，通过增加终端侧的发射天线个数来使得SRS在多个天线端口上发射目前来看是无法实现的，这个时候我们就把目光放在终端的接收天线上来，因为终端的接收天线个数足够多。

为什么考虑终端的接收天线，因为接收天线是用来接收下行数据的，比如下行是4x4MIMO传输模式，那么不仅基站侧要有4根发送天线，终端的接收侧也必须有4根接收天线才能支持4x4MIMO，也就是说终端侧的接收天线是和基站侧发送天线一一对应的(严格来说应该是天线端口)，其空间信道特征也是一致的。

由于受限于终端的发射天线能力，即使有足够多的接收端天线可以利用，也无法一次性将SRS在所有的接收端天线上发送，因此就必须采用antenna switching的方式将SRS在所有的接收天线端口上发送。简单点说就是假设终端有M根发送天线，N根接收天线, M < N；那么终端在使用接收天线发送SRS时，最多只能同时在M根接收天线上发送SRS资源，采用antenna switching方式总共需要N/M次才能在所有的接收天线上把SRS资源全部发送完。

38.214协议也对antenna switching的方式做了以下定义：

目前的终端所支持的‘TxPortSwitch’模式有：1T2R,2T4R,1T4R,1T4R/2T4R, 1T=1R,2T=2R和4T=4R：

对于1T2R场景，一个终端最多可以配置2个SRS resource set资源，每个SRS resource set可以配置2个在不同的OFDM符号上传输的SRS资源；每个SRS资源对应一个SRS端口，每个SRS resource set中的第二个SRS资源端口所关联的终端天线端口与该SRS resource set中的第一个SRS资源端口所关联的终端天线端口不同；
对于2T4R场景，一个终端最多可以配置2个SRS resource set资源，每个SRS resource set可以配置2个在不同的OFDM符号上传输的SRS资源；每个SRS资源对应两个SRS端口，每个SRS resource set中的第二个SRS资源的两个SRS端口所关联的终端天线端口与该SRS resource set中的第一个SRS资源的两个SRS端口所关联的终端天线端口不同；
对于1T4R场景：

当该SRS resource set配置为周期性传输或者半静态传输时，一个终端可以配置一个SRS resource set或者不配置。该SRS resrouce set可以配置4个在不同的OFDM符号上传输的SRS资源，每个SRS资源对应一个SRS端口，每个SRS资源的端口所关联的终端天线端口不同；
当该SRS resource set配置为非周期性传输时，一个终端可以配置两个SRS resource set或者不配置。这两个SRS resource set最多可以配置4个SRS资源(可以每个SRS resource set配置2个SRS资源或者一个SRS resource set配置一个SRS资源，另外一个set配置三个SRS资源)，这4个SRS资源只能在两个不同的slot中的不同OFDM符号上传输，每个SRS资源对应的SRS端口关联不同的终端天线端口。

对于1T=1R，2T=2R或者4T=4R场景，最多可以配置2个SRS resource set，每个SRS resource set可以配置一个SRS资源，每个SRS资源的SRS端口为1,2，或者4。

对于终端在同一个slot中传输一个SRS resource set中的多个SRS资源的场景，3GPP规定了在每个SRS资源之间存在一个保护间隔(Guard Period)，记为Y(单位：OFDM symbol)；在这Y个OFDM symbols上不能传输任何其他的信号：

下图是从R1-1800116中截取的针对1T4R 非周期性SRS atenna switching场景下的SRS资源在时域上的示意图：

N.B. R1-1800116中描述的以上截图是针对R16之前的版本，当时SRS在时域上的定义还是最多占用一个slot上的最后6个OFDM symbols，那么从以上截图我们可知，引入保护间隔概念之后，对于一个SRS resource set中的SRS资源，最多只能放置3个，这也是为什么目前协议对于1T4R非周期性SRS资源的配置定义不允许在一个SRS resource set中配置4个的原因。另外在R16版本中，SRS在时域上的位置已经放开到可以跨越整个slot，这种限制也就不存在了。

以下是对应的例子：

1T2R

1T4R

2T4R

Reference

3GPP TSG RAN WG1 R1-1800090

3GPP TSG RAN WG1 R1-1800116

www.sharetechnote.com SRS/antenna switching

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