NR CSI CSI-RS

Posted 2022-11-03 modem协议笔记

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PUSCH还没有结束，不过这篇换个方向，主要是先给CSI开个头，下一篇再继续PUSCH。

在下行传输中，基站需要根据UE上报的CSI 感知下行信道质量，进而对下行调度做动态调整，而CSI-RS(Channel State Information Reference Signal）就是NR中用于下行信道状态信息测量的参考信号 。UE对CSI-RS进行测量后就可以上报对应的CSI 给网络，网络端根据CSI做出下一步调度指示，调整MCS、RB资源分配，也可以根据CSI实现多用户复用（MU-MIMO）的传输。CSI主要包含CQI、RI和PMI，LI等，而对CSI-RS 测量得到对应的CSI的算法，一般是芯片厂私有算法，当然通信方面也有很多有关学术论文，感兴趣可以搜索了解下。CSI参数之间的计算关系如下。

除了上面提到的一点，CSI-RS 还可以用于以下几方面，(1)波束管理：UE和基站侧波束的赋形权值的获取，用于支持波束管理过程；(2)精准的时频跟踪：通过设置跟踪参考信号（Tracking Reference Signal）来实现；(3)移动性管理：通过对本小区和邻小区CSI-RS获取，来完成UE的移动性管理相关的测量要求，是对基于SSB测量的补充。(4)速率匹配：通过Zero-power CSI-RS的设置完成PDSCH上RE粒度的速率匹配。

下面具体来看下CSI-RS 相关内容。CSI-RS有两种类型：

1 non-zero-power(NZP) 非零功率NZP CSI-RS  ( 实际发送的CSI-RS),可以用于time/frequency tracking:TRS 时频域跟踪；CSI computation:CSI 反馈；L1-RSRP computation:波束训练；mobility:移动性管理。

2 zero-power(zp)零功率ZP csi-rs (不发送)，用作其他用处，比如rate matching:PDSCH 速率适配用。

RRC层的配置结构

NZP CSI-RS由CSI-RS-ResourceConfigMobility中的CSI-RS-Resource-Mobility 或者直接由NZP-CSI-RS-Resource配置，NZP 是实际要发送的CSI 所以会生成对应的序列及进行资源映射。

ZP-CSI-RS 由ZP-CSI-Resource 配置，主要用于速率匹配，即ZP-CSI-RS确定的RE 不能用于PDSCH 传输；除PDSCH 传输以外的其他动作，例如测量信号接收等等，都不受ZP-CSI-RS的影响。

 

NZP-CSI-RS-Resource配置

 

NZP-CSI-RS-Resource 用于配置NZP CSI-RS的参数，UE会基于这些资源进行相应的测量，只能通过add或者release对NZP CSI-RS的配置参数进行修改。NZP-CSI-RS资源可以用于进行periodic/semi-persistent/aperiodic CSI测量和上报。

CSI-RS资源中，主要配置参数包括：

1资源映射配置，CSI-RS相对于PDSCH，或SS 的功率偏移，扰码ID，

2周期和偏移配置--仅用于周期或半周期配置

3QCL配置等内容

periodicityAndOffset：无非就就是提供Periodicity和slot offset，配置方式和SR等类似，例如配置为periodicity slots40 : 9 ,就代表以40 个slots为周期，CSI-RS就在对应第10个slot上（0~9 9 对应第10个slot);该参数一般用于周期和半持续NZP-CSI-RS-Resource的配置。

powerControlOffset：功控相关，指PDSCH RE与NZP-CSI-RE 之间的功率偏移，单位dB .

powerControlOffsetSS：Power offset of NZP CSI-RS RE 与SSS RE的功率偏移，单位dB.

scramblingID：用于对CSI-RS序列赋初值

periodicityAndOffset调用的是CSI-ResourcePeriodicityAndOffset，其结构如下：

除了周期，CSI-RS的传输还和时隙相关。

当CSI-ResourceSet配置为周期或半持续配置时，CSI-RS的发送时隙满足上面的公式，Tcsi-rs为配置周期，单位是时隙，Toffset是时隙偏移；半持续CSI-RS发送时隙，除了满足周期配置外，还要通过MAC CE激活或去激活；aperiodic CSI-RS,则会通过DCI 0_1/0_2 CSI request 触发。根据38.213 11.1中的描述CSI-RS的传输要对应DL symbol。

CSI-RS-ResourceMapping

CSI-RS-ResourceMapping用于配置CSI-RS时频域资源映射用到的参数，主要内容包括：时域资源配置，频域资源配置，码分组配置，密度，频域带宽等

这里的参数是本篇的重点，后面会具体介绍使用方法。

cdm-Type：资源映射时要用到的参数，可以配置为noCDM,fd-CDM2,cdm4-FD2-TD2,cdm8-FD2-TD4，后面具体再看。

density：CSI-RS密度是指1个Port在1个RB内占的RE数，NR的三种CSI-RS密度是1/2, 1和3. 其中1/2仅用于CSI获取(CSI Acquisiton)，可以降低导频的开销，仅在奇数或偶数PRB传输CSI-RS. Density 3主要用于TRS – 精细化时频跟踪；value 0.5/1/3可以用于1  port的场景，value 0.5/1 用于2/16/24/32 ports场景；value 1适用于4/8/12 ports场景。 0.5表示每2个RB上只有1个RB上有CSI-RS，在density=0.5时，还需要另外1比特用于指示CSI-RS占用的是奇数RB还是偶数RB。value 1表示每个RB上均有CSI-RS，value=3表示以三分之一RB为周期进行循环，即每4个RE上会有CSI-RS resource。 

nrofPorts：配置的天线port数。

firstOFDMSymbolInTimeDomain2和firstOFDMSymbolInTimeDomain在进行资源映射时用于确定时域位置

freqBand：用于指示CSI-RS的频域资源占用情况。

frequencyDomainAllocation：频域资源的具体配置，可以配置为rows 1, 2 ，4 或other。在配置成other时，需要根据nrofPorts, cdm-Type和density确定资源映射时用到的38.211 table 7.4.1.5.3-1 具体行数，当不止一行的参数与nrofPorts, cdm-Type和density相匹配时，就要根据表中(k,l)的配置结合other 中置为1 的bit number 做进一步匹配，而可能要做进一步匹配操作的情况，只有表中row6/7。

举个例子，如果 配置的参数nrofPorts=8, cdm-Type=fd-CDM2，density=1此时会匹配到row6和7，如下

下面就要根据other的具体配置 做进一步匹配。

例如other =111100,此时有4bits 为1，正好对应row 6 (k_,l_)中的k0,k1,k2,k3;如果other=001100,此时有2bits 为1，正好对应row(k_,l_)中的k0,k1，由此完成最终的匹配。

CSI-RS资源映射CDM

单天线端口的CSI-RS占用一个RE资源，CSI-RS支持多天线端口占用多个RE资源，按照CDM码分组进行复用，复用方式原理和PDSCH DMRS CDM组类似；CDM码分组内，有频域，频域-时域方式进行码分复用。

按照多天线端口N个数，复用方式可以配置为：

cdm-Type  ENUMERATED noCDM, fd-CDM2, cdm4-FD2-TD2, cdm8-FD2-TD4,即不码分复用；频域2组码分复用；频域2组，时域2组，共4组复用；频域2组，时域4组，共8组复用。码分组大小 L 1,2,4,8，可以根据天线端口数量配置，算出码分组个数N/L。码分图示如下。

RRC层参数介绍完了，下面看下CSI-RS 序列及时频域资源映射关系。

CSI-RS 序列生成

CSI-RS序列是伪随机序列，需要赋初值，初值Cinit与radio frame和时隙number及PFDM符号相关，其中nID由RRC 层参数scramblingID或者sequenceGenerationConfig 提供。

CSI-RS 资源映射

上图是相关参数的基本含义，对于NZP CSI-RS的功率应该大于0，由RRC层NZP-CSI-RS-Resource中的powerControlOffsetSS提供。wf(k')和wt(l')是时频域CDM，后面再说。图中k代表RB中的子载波number，l代表符号位置；参考信号序列最终要映射到k和l代表的具体RE上，这里我们先看下序列与RE的映射关系。

映射公式中，n 为RB索引，而序列r(m')与n和k' 及k_有关系。举例说明，假如要根据row 4对应的那行数据进行映射，相关参数取值density=1，fd-CDM2 ,k0=2,l0=3,k' =0或1，l'=0，则根据公式m'=2n+k'+ (k_/12)向下取整，  k_是小于12 的子载波索引，所以m'=2n+k';此时（k_，l_）=（2，3） （4，3）；最后得到频域子载波 number k=12n+k_+k' ；时域位置l=l_+l'=3  是固定的。

对于m'=2n+k'  和k=12n+k_+k'  需要根据k'和k_的取值进一步区分：

当k'=0时，m'=2n对应RB n中的子载波 index=12n+k_  ， 即序列r(2n)最终要映射到RB n 中子载波12n+k_上

当k'=1时，m'=2n+1对应RB n 子载波 index=12n+k_+1 即序列r(2n+1)最终要映射到RB n 中子载波12n+k_+1上。

此例 k_=2或4，所以序列和RB中子载波的映射关系如下图，而时域位置对应一个时隙中的第4个符号。其他情况基本也都是这种映射情况，就不一一举例了，感兴趣可以自己推导下。

下一步继续看下CSI-RS的时频位置和CDM group 及天线port的映射关系，首先还是要搞清楚映射过程中参数的含义，大部分在上面介绍RRC层结构时已经说过，这里再看下38.211中的描述。

ρ代表CSI-RS在频域上的密度，由CSI-RS-ResourceMapping IE或CSI-RS-CellMobility IE中的高层参数density给出， ρ∈0.5,1,3。ρ=0.5表示每2个RB上只有1个RB上有CSI-RS，此时还需要另外1比特用于指示CSI-RS占用的是奇数RB还是偶数RB；ρ=1表示每个RB上均有CSI-RS，ρ=3表示三分之一的RB要重复一次CSI-RS的配置。这里搞不清楚没关系，后面看例子就清清楚楚了。

38.211 table 7.4.1.5.3-1中的l0和l1分别对应RRC 层参数firstOFDMSymbolInTimeDomain和firstOFDMSymbolInTimeDomain2 ，代表CSI-RS 占用时隙的时域位置。

上图的参数主要用于确定RB内CSI-RS的频域位置。频域位置信息由RRC层CSI-RS-ResourceMapping或CSI-RS-ResourceConfigMobility中的参数frequencyDomainAllocation决定。

FrequencyDomainAllocation可以配置为row1/2/4 及other, row1 对应 4bits，row 2 对应12 bits row 4对应3bits，other对应6bits，f(i)为bitmap中置1的bit number。例如RRC层配置的是row 1：0010,f(i)=1 ;row2=110111011101 f(i)=0,2,3,4,6,7,8,10,11 ; row4:010 f(i)=1 ;other :101101  f(i)=0,2,3,5 ,通过f(i),density,nrofport和cdm type就可以确定CSI-RS在频域占用的资源情况。

CSI-RS频域资源的起始位置和占用的RB数由freqBand提供。freqBand调用的就是CSI-FrequencyOccupation。CSI-FrequencyOccupation用于配置NZP-CSI-RS-Resource/CSI-IM-Resource 的频域位置，RRC层配置参数如下：

nrofRBs：CSI资源的RB个数，必须为4的倍数，最小为Min(24,关联BWP带宽) 如果配置的大于关联BWP带宽，则按照关联BWP带宽

startingRB：CSI资源起始RB（相对于CRB 0）必须为4的倍数，最大为274。

 

anntenna ports与CDM group

UE需要将CSI-RS映射到对应的天线port上，其中涉及的参数主要是j(对应CDM group index)和s(CDM group内的index)。RRC层cdm type 可以配置为noCDM, fd-CDM2, cdm4-FD2-TD2, cdm8-FD2-TD4，分别对应的码分组大小L为1,2,4,8；如果RRC层配置的是cdm4-FD2-TD2,则L=4，s 取值范围为0~3,正好对应Table 7.4.1.5.3-4中index 0~3,进而可以确定频域码分序列wf 和时域码分序列wt。当有多个CDM group时，CDM gourp index遵循先频域后时域的顺序递增的原则。下图是RRC层参数与CSI-RS 资源映射之间的逻辑关系。

下面就看下如何根据Table 7.4.1.5.3-1 确定CSI-RS在一个时隙内的时频域位置及port复用情况。

开头在介绍frequencyDomainAllocation时有简单说明，这里再重复一遍。frequencyDomainAllocation可以配置为rows 1, 2 ，4 或other。当frequencyDomainAllocation 配置为row 1/2/4时 就找Table 7.4.1.5.3-1 row 1/2/4对应的那行参数；在配置成other时，需要根据nrofPorts, cdm-Type和density确定38.211 table 7.4.1.5.3-1 具体行数，当不止一行的参数与nrofPorts, cdm-Type和density相匹配时，就要根据表中(k,l)的配置结合other 中置为1 的bit number 做进一步匹配，浏览table 7.4.1.5.3-1，其实要做进一步匹配的参数，只有对应表中row6/7的情况，因为只有上述两行的nrofPorts, cdm-Type和density配置是一样的(虽然row4/5 nrofPorts, cdm-Type和density也是一样的，但是在配置成Row4时直接就对应row4；配置成other时，也绝对不会取用row4，所以row4/5不存在进一步区分的问题)。

举个例子说明如何做进一步匹配，如果配置的参数是nrofPorts=8, cdm-Type=fd-CDM2，density=1，此时会匹配到row6和7，如下

接下来就要根据other的具体配置 做进一步匹配。

例如other =111100,此时有4bits 为1，正好对应 row 6（k_,l_）中的k0,k1,k2,k3;如果other=001100,此时有2bits 为1，正好对应row7 (k_,l_)的k0,k1，因而就可以找到对应关系。

最后举例通过几个例子熟悉一下就完咯。

例1

nrofPorts=p1 cdm-type=no CDM row1=0100 即k0=2，此时只有一个CDM group 0;density =3 对应TRS资源的映射，此时每三分之一RB进行重复。

时频域资源(k0,l0),(k0+4,l0),(k0+8,l0)也正是每三分之一RB进行重复的位置。l0对应RRC 层参数firstOFDMSymbolInTimeDomain。具体映射如下：

例2

density=1或0.5，代表都是以RB为单位进行重复；row2=000100000000，即k0=8

此时只有一个CDM group 0;density =1时每个RB都重复相同的配置，density =0.5时 需要额外bit区分是在偶数RB还是奇数RB上 重复；

l0对应RRC 层参数firstOFDMSymbolInTimeDomain=1，即CSI-RS时域占用时隙内第二个symbol。具体映射如下：

 

例3 

row4=010 f(i)=1 k0=2f(i)=2*2=4  对应RB中的子载波index,(k0,l0) ,(k0+2,l0)对应（4，13） （6，13）;density =1,每个RB都重复相同的配置。firstOFDMSymbolInTimeDomain=13, 对应l0=13。

则时频域的资源映射关系如下：

 

以CDM group 0 为例，port 3000/3001码分情况如下 

当k'=0时，m'=2n  映射到RB n中的子载波 index=12n+k_    即序列r(2n)最终要映射到RB n 中子载波12n+k_上

当k'=1时，m'=2n+1  映射到RB n 子载波 index=12n+k_+1 即序列r(2n+1)最终要映射到RB n 中子载波12n+k_+1上。序列的具体映射情况如下：

例4

row 14 对应的ports=24 即N=24;  (N/L)-1=5，j=0~5,即有6个CDM groups；cdm4-FD2-TD2 ，L=4->s=0～3 ；下面看下每个CDM group中天线的复用情况 

CDM group 0 对应port 3000~3003

CDM group 1 对应port 3004~3007

CDM group 2 对应port 3008~3011

CDM group 3 对应port 3012~3015

CDM group 4 对应port 3016~3019

CDM group 5 对应port 3020~3023

other=101100 f(i)=2,3,5 k0=4 k1=6 k2=10 

firstOFDMSymbolInTimeDomain=1, firstOFDMSymbolInTimeDomain2=5 对应l0=1  l1=5。则时频域的资源映射关系如下：

以CDM group 0 为例4 port码分复用情况如下 

例5 

density=1,cdm-type=fd-CDM2,port=8,other=[001001]，k0=0,k1=6, p对应3000～3007；则RB中CDM group分布情况如下

 

最后协议上还有一些相关要求，例如CSI-RS和SSB、SIB1、CORESET不能配置在overlap的PRB，CSI-RS不能和DMRS配置在相同的RE等，这些规定分布在38.211和38.214CSI-RS相关章节中。