NR MIMO的波束选择和CSI采集

在一个或多个TRP中支持以下下行 L1/L2波束管理流程：

• P-1：用于在不同的TRP Tx波束上启用UE测量，以支持选择TRP Tx波束/UE Rx波束

• P-2：用于使不同TRP Tx波束上的UE测量可能改变TRP 间或TRP内Tx波束

• P-3：用于在UE使用波束赋形的情况下，启用相同TRP Tx波束上的UE测量以改变UE Rx波束

而关于CSI，NR为了支持基于CSI-RS的CSI测量、隐式和显式CSI反馈、基于不同互惠程度的CSI采集，最好有一个统一的框架。

对于NR MIMO，混合波束赋形结合了数字基带波束赋形和模拟射频波束赋形，从性能、成本、开销和灵活性等方面考虑，更具优势。混合波束赋形的一般结构如图1所示。

如图1所示，数字波束赋形FBB将数据流映射到端口，而模拟波束赋形FRF将每个端口中的信号映射到天线单元。为了获得最佳的波束赋形，BS和UE需要进行混合波束选择。由于在整个带宽上对面板中的每个TXRU应用相同的模拟波束的限制，需要多个OFDM符号来切换每个面板中的模拟波束。此外，由于数字波束可以在频域中灵活配置，因此子带CSI捕获需要多个子带。因此，应该在多个时间/频率资源中配置RS以获得准确的CSI。

在NR中，可以考虑多分量、多层次的CSI测量和反馈的设计，通过对这些分量CSI的选择和合并，得到最终的CSI。

NR可以定义一些基本的CSI组件，这些组件应该对联合操作有很好的支持。BS配置多个分量CSI，不同分量CSI对应不同ray/虚拟扇区/TP的信道条件。基于这些组件CSI，BS可以灵活地决定传输层的数量和每层的传输方案，每层可以对应一个或多个ray/虚拟扇区/TP。或者，BS可以配置多个分量CSI，其中一些分量CSI对应于基带波束，而其他分量CSI对应于RF波束。为了实现适当的MIMO波束赋形和复用增益，BS可以根据这些分量CSI选择利用RF波束、基带波束或RF和基带波束的组合进行传输。

不同的CSI分量也可以对应于不同的天线组。将天线分组的一种众所周知的方法是水平天线和垂直天线。如果天线是双极化的，则可以将水平域和垂直域中的CSI组合起来形成最终的CSI。此外，水平天线和垂直天线可以进一步划分为多个天线组，并且每个天线组对应于CSI分量。不同的CSI分量可以对应于相同的信道部分，但是具有不同的干扰假设。网络可以根据调度结果决定哪个CSI分量反映实际信道状况，并利用该分量来指导MIMO传输。BS还可以合并多个CSI以获得用于MIMO传输的CSI。分量CSI的优点是可以直接或合并用于指导MIMO传输，以获得更精确或更复杂的CSI信息。分量CSI提供的CSI信息也可以与BS通过信道互易获得的信道信息合并。来自不同CSI组件的信息中也可能存在冗余。高冗余度可以用来提高鲁棒性，而低冗余度可以用来优化反馈效率。

在某些情况下，多组件CSI类似于多个CSI进程。与多个CSI进程相比，多组件的设计应该更加灵活，以支持CSI组件的动态配置，例如在自包含结构中。因此，可以看出CSI组件的数量基本上没有限制。

CSI组件应该具有良好的可扩展性，包括精度上的可扩展性和CSI维度上的可扩展性。为了进一步提高灵活性和可伸缩性，每个CSI组件还应该支持多级反馈。多组件和多层次的关键区别在于多层次考虑了不同的粒度层次，而当前层次的形成是基于上层的。多级设计可以有效地适应参考信号和CSI反馈开销，以满足CSI粒度的不同要求。

多级CSI

多级可指不同的波束粒度、频率粒度等级别，具体来说，多级指不同级别的CSI粒度时，有以下三级结构：

级别1：粗波束选择

由于高频信道的高路径损耗和穿透损耗，波束选择应从初始接入开始。在初始接入之后，BS已经获得了UE的粗波束信息，这可以看作是第一级CSI。

级别2：波束优化

第二级CSI是波束细化。具体地，BS和UE基于粗波束信息的结果执行更精细的波束选择。

基本3：进一步获取CSI

在UE反馈精细波束信息后，BS为进一步的CSI配置参考信号，例如信道质量、信道矩阵、信道秩等，可以看作是第三级CSI。根据用例的不同，这个级别也可能涉及到进一步的波束细化/跟踪。

多层结构提高了波束的选择效率。在一级粗波束选择和二级波束细化中，与一级波束选择相比，可以减少待选波束的总数，以获得相同的细波束。波束选择效率在NR中是至关重要的，因为波束选择过程需要消耗多种资源。

多级CSI采集

基于上述说明，第一级和发送级CSI主要关注具有多级粒度的混合波束的捕获。另一方面，第三级CSI捕获处理如何利用波束信息来获得进一步的CSI。如果对三级CSI和波束信息进行联合优化，则整个CSI捕获将是健壮、准确和高效的。因此，在NR-MIMO系统中，波束捕获如何与CSI捕获相结合是一个关键问题。

协作波束捕获和进一步CSI捕获的一个简单方法是LTE Rel-13中的Class B k>1。K CSI-RS资源由网络配置并由UE测量。然后UE反馈所选择的CRI和相应的PMI/CQI/RI。该方法通过在同一阶段执行波束信息反馈和进一步的CSI反馈而变得简单。然而，由于每个资源的CSI端口的数量由网络决定，并且UE仅反馈一个资源，因此它不够灵活。另一种方法是LTE Rel-14中当前讨论的混合CSI-RS方法。对于 Class B K>1和Class B K=1的混合CSI-RS，在第一阶段报告CRI，在第二阶段报告进一步的PMI/CQI/RI。在该方法中，第一阶段只报告最佳波束，因此网络不能获得UE波束信息的全部知识。因此，这种两级CSI反馈的联合优化性能受到限制。

在图2中提出了一种联合优化波束捕获和进一步CSI捕获的方法，其步骤如图2所示：

1. BS首先配置多个资源给RS获取波束信息。

2. 然后UE基于多个波束的测量反馈一个或多个波束。

3. 在从多个UE收集波束信息之后，BS灵活地配置RS以用于进一步的CSI。用于进一步CSI的RS的配置可以与反馈相关联，并且BS还具有调整的灵活性。

4. 然后，配置的RS被发送用于进一步的CSI。

5. 另外，BS在获得不同UE的波束信息后，可以根据波束信息进行用户调度和多用户配对。实际上，通过这种方式，波束信息用于提高多用户性能，而进一步的CSI用于优化每个用户的性能。

波束选择

在上述多层次CSI框架中，第一和第二层次涉及波束选择。选择波束的最直接方法是基于best-M RSRP标准。具体地，TRP在一个或多个RS资源中发射波束赋形RS。随后，UE测量所配置资源的RSRP，并用best-M RSRP反馈所选择的波束。但是，如果仅支持这种直接测量和报告方法，则可以确定以下问题。

1.不利于进一步的CSI获取：在多级CSI框架中，由于基站根据波束选择结果配置三级CSI的预编码和RS资源，波束选择结果对三级CSI获取的CSI有很大影响。另一方面，一些CSI反馈方案对所选波束有特殊的要求。例如，与传统的隐式反馈机制相比，基于线性组合的反馈机制是一种很有潜力的技术。选择正交波束的线性组合反馈比选择非正交波束的线性组合反馈性能要好得多。因此，要在多电平CSI反馈中采用基于线性组合的CSI反馈机制，UE的波束选择报告至少应包含正交波束的信息。然而，如果UE仅仅用best-m RSRP反馈波束，BS可能难以根据反馈找到正交波束。

2.UE对波束选择的错误判断：由于多径信道的传播特性和波束宽度，在UE侧，观测到的最佳波束是相邻的，在某些情况下对应于相同的Tx波束。因此，如果反馈仅仅基于best-m RSRP，UE可能做出错误的决策。

上述问题出现在1级和2级波束选择流程中。由于BS没有关于UE的优选波束的先验信息，因此它们对于第一级可能更重要。解决这一问题的一种方法是约束UE在波束测量中的行为。波束测量的空间约束是设置这种约束的有效方法。例如，可以应用空间限制来约束UE测量和报告正交波束组或具有特定要求的其他波束以解决第一问题。另一方面，可以应用空间限制来约束UE仅报告一组相邻波束中的一个波束，以解决第二个问题。

接收波束赋形

在NR中，UE还可能需要执行旨在进一步改进接收SINR的Rx波束赋形。因此，波束选择流程还应支持Rx波束选择。这可以通过BS重复RS传输与同一Tx波束来实现。最后，选择的结果包括Tx-Rx波束对。图3示出关于Rx波束赋形的结果示例。可以看出，Tx波束1、2、3、5、8和9是最好的五束Tx光束，Rx波束1、3和5是最好的三束Rx波束。另外，Rx波束1是Tx波束1、2和3的最佳Rx波束，Rx波束3是Tx波束5的最佳波束，Rx波束5是Tx波束8和9的最佳Rx波束。

在UE反馈出波束选择后的最佳Tx波束后，BS可以灵活配置用于后续CSI采集和数据传输的波束。然而，不同的Tx波束可对应于不同的Rx波束，并且UE必须在数据接收之前确定Rx波束。因此，为了获得更好的性能，UE接收波束赋形不再是完全透明的。一种有效的方法是使用波束分组反馈。具体地，所选择的Tx波束被划分为若干组，并且每个波束组中的Tx波束对应于相同的Rx波束。UE还用Tx波束信息反馈波束组信息。分组信息为BS提供了更多关于不同波束间相关性的知识，这有利于数据复用或分集传输。此外，当BS使用所选择的Tx波束发送RS或数据时，BS需要指示UE使用哪个Tx波束组。由于Tx波束的数目通常大于Rx波束的数目，因此与Tx波束信息相比，波束组信息的反馈开销和信令开销预期较低。因此，波束分组反馈是支持UE波束形成的一种有效方法。

为CSI测量和反馈启用DMRS

在当前的LTE中，DMRS仅用于数据解调。如果采用DMRS来测量和报告CSI，则基于DMRS的CSI直接反映了数据传输中的信道状况，提高了CSI采集的准确性和延迟。基于DMRS的CSI可以被视为第四级CSI，作为上述多级CSI的补充。基于DMRS的CSI具有高精度和低延迟的特点，可以用于链路监控和快速传输方案调整。DMRS可用于CSI细化。一个简单的例子是支持基于DMRS的CQI细化，以便网络能够快速获得链路的质量。除了CSI反馈外，网络还经常使用HARQ反馈进行MCS细化。外环链路自适应（OLLA：Outer Loop Link Adaptation）可以扩展到称为软HARQ的增强方案，其中HARQ ACK/NACK与CSI联合编码。软HARQ反馈表示当ACK被反馈时，它有多大的空间来增加MCS或功率。类似地，它表示当NACK被反馈时，需要多大的功率才能到达目标BLER。然后，网络可以基于CSI反馈和软HARQ反馈来确定所授予的MCS。对于软HARQ反馈，可以考虑自包含反馈。

此外，为了评估当前使用的多个潜在波束或多个波束的组合的信号接收质量，可以使用这些波束发送DMRS。UE测量信道并基于DMRS反馈最佳的一个或多个波束。通过这样做，网络不仅可以调整MCS，而且可以以非常低的时延调整波束细化。