R18 5G上行MIMO增强

MIMO是3GPP中的一个重要特性,Rel-16/17中早期的NR MIMO设计主要集中在下行上，而上行mimo在多个版本中一直停滞不前。因此，上行mimo性能目前落后于下行，限制了NR在未来几年的总体用户体验和商业应用。过去上行mimo特性有限的原因主要是由于上行波形、频率范围的选择以及与传统移动设备相关的复杂性和功耗。随着NR扩展到具有更复杂移动终端的多种应用场景，因此值得研究能够在下行部分上带来上行性能的更高级上行 MIMO特性。

上行 MIMO增强能够促进新垂直领域的NR扩展，在上行重载业务场景中的覆盖率得到改善。因此，在NR演进中，将来的MIMO增强应该包括上行MIMO增强。

增强区域

频率选择性预编码

LTE 下行中充分证明了频率选择性预编码的好处，在该技术中，宽带预编码的性能有了显著的改善。由于实现限制，LTE仅支持上行宽带预编码，最大上行带宽为20MHz。

然而，NR上行带宽大得多（例如FR1中的100MHz和FR2中的400MHz），而单个宽带预编码不能充分利用信道频率选择性。NR上行中应支持频率选择性预编码，以充分利用自适应链路自适应增益。

相关场景包括静止APP（例如家庭娱乐、室内办公、购物中心），其中信道在相对较长的时间内稳定，以便于闭环链路适应。对于存在少量用户（例如家庭娱乐）的轻载小区，每个用户可以占用整个系统带宽，其中频率选择性预编码允许更高的调制/编码器顺序以提高频谱效率。对于密集负荷高小区（例如室内办公室），频率选择性预编码允许更精确的FDM和高效的频谱利用。

注意，在3GPP（例如，预编码SRS）中，以前提出了基于实现的上行频率选择性预编码。尽管基于实现的方案可能部分地获得频率选择预编码增益，但其可行性仅限于一组特定场景（例如TDD或具有非常好信道互易性的FDD），不能推广到所有频谱和用例中。基于实现的方法还要求特定的UE设计，这些设计既会带来UE负担，又缺乏进一步的可扩展性。

上行增强多波束传输

模拟波束赋形是FR2，毫米波段的一个标志性功能，可实现强大的覆盖、链路可靠性和吞吐量。假设每个天线面板形成覆盖窄角扩展的单个模拟波束，为了实现小区范围的覆盖，在FR2中多面板传输通常被认为是强制性的。

当前NR 上行假设单面板传输，例如，上行数据总是在任何给定时间从单个激活面板传输。其他面板可以完全关闭，也可以打开，但在特定时刻不能同时用于数据传输。在这两种情况下，面板选择由UE/NW基于上行（当互易性不成立时）或下行测量（当互易性成立时）执行。

当前的NR系统不支持多面板联合传输。与高阶MIMO类似，将多个面板同时用于上行链路将自然地导致更好的分集和空间复用增益，这两者对于改进上行链路吞吐量、覆盖和减少波束阻塞是固有的。同样重要的是要注意，上行传输的最大功率也随着面板数量的增加而线性增加，这直接转化为改进的上行覆盖，这对于mmWave波段至关重要。

考虑到FR2频段对某些市场和运营商的重要性，应考虑继续进行多面板增强，至少包括多面板联合传输。

高阶SU-MIMO

NR在上行中最多支持4层，在下行中最多支持8层，因此上下行吞吐量之间有50%的差距。希望上行峰值数据速率与下行相同，以允许均衡的频谱使用和用户体验。上行的更高峰值数据速率可能在短距离应用中发挥重要作用，例如家庭娱乐、工业/医疗/安全领域的视频监视/监控、IAB以及其他设备功率/形状系数/成本没有传统手持设备那么严格的应用。

为了在NR中扩展到8个上行层，需要将SRS和PUSCH传输方案扩展到8个端口。上行DMRS可以重用下行8层DMRS设计。上行码本扩展到8Tx也是必要的，以允许由网络进行闭环预编码控制；否则，其用例可能仅限于具有短期/长期信道互易性（例如TDD）的场景。

性能评估

这里提供了系统级性能评估结果，以证明上行频率选择性预编码相对于宽带预编码的性能增益。模拟假设总结在表1中。简言之，在城市宏站场景中，假设系统带宽为100MHz，载频为4GHz，站点间距离为200m。UE和NW都配有4根天线。假设为全相干UE。假设每个小区有10个用户，则为全缓冲流量。上行调度采用SU-MIMO。评估了两种链路自适应方案：固定Rank1（情况1）和Rank自适应（情况2）。案例1和案例2的CDF曲线分别如图1和图2所示。可以得出，具有TPMI子带大小16个PRB的子带预编码与宽带预编码相比提供了实质性的性能改进。对于具有固定Rank1传输的情况1，在小区边缘吞吐量和小区平均吞吐量中观察到47%和27%的增益。对于Rank自适应的情况2，观察到类似的增益，具有44%的小区边缘吞吐量增益和29%的小区平均性能增益。