參考信號

為了便于多徑通信信道的估計和可靠的通信/控制信道的相干檢測，OFDM系統(tǒng)利用了參考信號(或?qū)ьl子載波)。導(dǎo)頻子載波在時間-頻率資源網(wǎng)格上的導(dǎo)頻位置上提供信道頻率響應(yīng)的估計?？梢允褂貌逯导夹g(shù)估計其他時頻位置的信道。利用預(yù)定義的導(dǎo)頻子載波估計信道矩陣，可以均衡信道的影響，減少接收到的資源塊的噪聲和干擾影響。NR規(guī)范包括幾種不同類型的參考信號，它們以不同的方式配置和傳輸，用于接收設(shè)備的不同目的。

雖然無線電信道的完美知識可以用來找到系統(tǒng)性能的上界，但這種知識在實(shí)踐中是不可獲得的，需要經(jīng)常估計信道。信道估計可以通過多種方式進(jìn)行，包括使用無線信道的頻率和/或時間相關(guān)特性，盲信道估計或基于導(dǎo)頻的信道估計，以及自適應(yīng)或非自適應(yīng)信道估計。非參數(shù)方法試圖估計頻率響應(yīng)而不依賴于特定的信道模型。相比之下，參數(shù)估計方法假定某一信道模型，并確定該模型的參數(shù)。前一章討論的空時和空頻相關(guān)函數(shù)是信道的具體特性，可以納入估計方法，提高估計的質(zhì)量?；趯?dǎo)頻的估計方法是OFDM系統(tǒng)中最常用的方法，適用于發(fā)送方向接收方發(fā)送一些已知信號的系統(tǒng)。

在5G-NR中，常用的參考信號有：DM-RS、PT-RS、CSI-RS、T-RS、S-RS等。

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DM-RS（解調(diào)參考信號）

DM-RS在NR中的主要應(yīng)用是估計物理信道相干檢測的信道系數(shù)。在下行鏈路中，DM-RS用于信道估計，與PDSCH采用相同的預(yù)編碼；因此(發(fā)送側(cè))預(yù)編碼對接收端是透明的，并被視為整個信道的一部分。信道估計精度和DM-RS密度/開銷之間存在一個折衷。如果信道表現(xiàn)出嚴(yán)重的頻率選擇性(即較窄的信道相干帶寬)，則應(yīng)增加頻域內(nèi)的DM-RS密度。同樣，如果信道在時域變化較快(即信道相干時間較短)，則需要更密集的DM-RS時間分配。在確定頻率/時域DM-RS密度后，需要考慮DM-RS在時頻資源網(wǎng)格中的位置。在信道平穩(wěn)的條件下，為了減小插值誤差和降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，建議在頻率和時域上均采用均勻的DM-RS分配。由于DM-RS本身不傳輸用戶數(shù)據(jù)，因此需要以適當(dāng)?shù)拿芏确峙銬M-RS以最大限度地提高吞吐量。

在NR中，采用前端加載的DM-RS結(jié)構(gòu)作為基線，實(shí)現(xiàn)低延遲譯碼(圖1所示)。在時頻資源網(wǎng)格中，前置的DM-RS位于控制區(qū)之后，緊隨其后的是數(shù)據(jù)區(qū)。根據(jù)前端加載的DM-RS估計信道后，接收端就可以在數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行相干解調(diào)。前端加載的DM-RS結(jié)構(gòu)在降低低移動性場景的解碼延遲方面特別有利，其中信道相干時間比前端加載的DM-RS持續(xù)時間長。然而，僅分配前端加載的DM-RS會在更高的終端速度下降低鏈路性能(即信道相干時間變得更短)。雖然數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)的信道信息可以通過插值得到，但隨著移動性的提高，信道信息的精度會降低。

圖1 DM-RS類型A和類型B映射的比較

因此，我們考慮如圖2所示的23和43個時域密度的前置DM-RS模式。為了支持高速場景，可以在slot中配置最多三個額外的DM-RS場景。接收端的信道估計可以使用這些額外的參考信號進(jìn)行更精確的信道估計，例如，在一個時隙內(nèi)的DM-RS場景之間執(zhí)行插值。然而，與LTE不同的是，由于不同的slot可能被傳輸?shù)讲煌脑O(shè)備和/或在不同的波束方向，因此不可能在slot之間或一般不同的傳輸場合中進(jìn)行插值信道估計。

圖2 各種NR PDSCH DM-RS A型時頻模式

在LoS占主導(dǎo)的信道條件下，預(yù)計延遲擴(kuò)展更短(或等效信道相干帶寬變大)；因此，可以考慮在不顯著降低信道估計精度的情況下降低DM-RS的頻域密度。通過這樣做，由于DM-RS的開銷可以減少。這種低密度DM-RS模式在頻域的一個例子如圖2所示。MIMO傳輸最多支持兩個頻域正交DM-RS端口。DM-RS是UE特有的，可以被波束形成，被限制在UE調(diào)度的資源中，并且只在必要時發(fā)送，下行和上行都是，用于估計相干解調(diào)之前的通信信道。為了支持多層MIMO傳輸，可以調(diào)度多個正交的DM-RS端口，每層一個。正交性是通過FDM(梳狀結(jié)構(gòu))、TDM和/或CDM(基序或正交碼的循環(huán)移位)方法實(shí)現(xiàn)的?；镜?/span>DM-RS模式是前端加載的，因?yàn)?/span>DM-RS設(shè)計考慮了早期解碼需求，以支持低延遲的應(yīng)用程序。對于低速場景，DM-RS在時域使用低密度。然而，對于高速場景，DM-RS的時間密度增加，以跟蹤無線電信道的快速變化。NR定義了兩個時域DM-RS結(jié)構(gòu)，它們在第一個DM-RS符號的位置不同：

• 映射類型A，其中第一個DM-RS位于slot的第二和第三個符號中，且DM-RS相對于時隙邊界的開始進(jìn)行映射，而不管實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在時隙的何處。這種映射類型主要用于數(shù)據(jù)占用時隙(大部分)的情況。在下行時隙中使用第二或第三個符號的原因是位于時隙開始的CORESET之后的第一個DM-RS場合(見圖1)。

  
  

• 映射類型B，其中第一個DM-RS位于數(shù)據(jù)分配的第一個符號中，也就是說，DM-RS位置不是相對于時隙邊界給出的，而是相對于數(shù)據(jù)所在的位置。此映射用于在時隙的一小部分上傳輸，以支持非常低的延遲和其他不能等到時隙邊界開始(無論傳輸持續(xù)時間如何)的傳輸。PDSCH傳輸?shù)挠成漕愋涂梢宰鳛橄滦锌刂菩畔?DCI)的一部分動態(tài)發(fā)送信號，而物理上行共享信道(PUSCH)的映射類型是半靜態(tài)配置的(見圖1)。

(PDSCH) DM-RS映射類型的不同時域位置如圖1和2所示，包括單符號和雙符號DM-RS模式。雙符號DM-RS的主要目的是提供比后面討論的單符號結(jié)構(gòu)可能提供的更多的天線端口。注意，DM-RS的時域位置取決于調(diào)度的數(shù)據(jù)持續(xù)時間。在每個DM-RS場合可以產(chǎn)生多個正交參考信號。

可以配置不同的DM-RS模式，這些模式在時間、頻率和碼域上是分開的。DM-RS有兩種類型，即第1類和第2類，分別在頻域映射和正交參考信號的最大個數(shù)上進(jìn)行區(qū)分。類型1可以使用單符號DM-RS提供多達(dá)4個正交信號，使用雙符號DM-RS提供多達(dá)8個正交參考信號，而類型2可以根據(jù)符號的數(shù)量提供6和12個模式。DM-RS類型1或2不應(yīng)與映射類型A或B相混淆，因?yàn)椴煌挠成漕愋涂梢耘c不同的參考信號類型相結(jié)合。參考信號最好在頻域具有較小的功率變化，以允許對參考信號所跨越的所有頻率具有相似的信道估計質(zhì)量。注意，這相當(dāng)于傳輸參考信號的高度局部化的時域自相關(guān)。

PDSCH DM-RS序列被定義為：

其中，c(i)通過偽隨機(jī)序列生成器產(chǎn)生的長度為31的Gold序列，其初始值：

在DM-RS Type 1中，底層偽隨機(jī)序列通過用于參考信號傳輸?shù)腛FDM符號映射到頻域內(nèi)的每一個子載波(見圖2)。天線端口1000和1001在頻域上使用偶數(shù)子載波，并通過在頻域上相乘具有長度為2不同正交序列的底層偽隨機(jī)序列來相互分離，導(dǎo)致兩個天線端口傳輸兩個正交參考信號。如果可以認(rèn)為無線信道在四個連續(xù)的子載波之間是平坦的，那么兩個參考信號將在接收端保持正交性。天線端口1000和1001被認(rèn)為屬于CDM組0，因?yàn)樗鼈兪褂孟嗤淖虞d波，但在碼域使用不同的正交序列分離。天線端口1002和1003的參考信號屬于CDM組1，采用相同的奇數(shù)子載波方式產(chǎn)生，在CDM組內(nèi)的碼域和CDM組間的頻域?qū)崿F(xiàn)分離。如果需要四個以上的正交天線端口，則使用兩個連續(xù)的OFDM符號。上述結(jié)構(gòu)在每個OFDM符號上使用，長度為2的正交序列用于擴(kuò)展隨時間的碼域分離，從而產(chǎn)生多達(dá)8個正交序列。

DM-RS Type 2的結(jié)構(gòu)與Type 1類似，只是支持的天線接口數(shù)量有所不同。Type 2的每個CDM組由兩個相鄰的子載波組成，其長度為2的正交序列用于分離共享同一組子載波的兩個天線端口。每個資源塊和每個CDM組中使用4個子載波。由于在一個資源塊中有12個子載波，使用一個資源塊可以在一個OFDM符號上創(chuàng)建多達(dá)3個帶有兩個正交參考信號的CDM組。如果在時域中使用第二個OFDM符號和長度為2的序列，最多可以產(chǎn)生12個正交參考信號。

前置DM-RS符號的位置，可以是一個或兩個符號，取決于是否使用基于slot的(DM-RS映射類型A)或非基于slot的(DM-RS映射類型B)調(diào)度。在前一種類型中，固定的OFDM符號不管被用來映射DM-RS(通過參數(shù)配置）的PDSCH分配，而后者對應(yīng)于mini-slot，分配給PDSCH的第一個OFDM符號用于映射DM-RS。參考點(diǎn)L和第一個DM-RS符號的位置L0取決于映射類型。

在上述方程中，頻率索引k的參考點(diǎn)取決于PDSCH有效載荷。如果相應(yīng)的PDCCH與CORESET 0和Type0-PDCCH公共搜索空間相關(guān)聯(lián)，并由系統(tǒng)信息(SI)-RNTI識別，則頻率索引k的參考點(diǎn)為CORESET 0中編號最低的資源塊的子載波0；否則為公共資源塊0中的子載波0。此外，參考點(diǎn)時間索引L和參考位置L0第一個DM-RS符號取決于映射類型,對于PDSCH映射類型A，L是定義相對于slot的起始，也就是說，如果RRC參數(shù)dmrs-TypeAPosition = 3，則L0=3；否則，L0=2，對于PDSCH映射類型B, L是相對于調(diào)度的PDSCH資源的起始定義的，L0=0。DM-RS符號的位置進(jìn)一步依賴于參數(shù) ，其中對于PDSCH映射類型A，持續(xù)時間是在slot的第一個OFDM符號和slot中調(diào)度PDSCH資源的最后一個OFDM符號之間的時間；對于類型B的PDSCH映射，持續(xù)時間是由38.211中指定的參數(shù)給出的預(yù)定PDSCH資源的OFDM符號數(shù)。

對于類型B的PDSCH映射，如果PDSCH持續(xù)時間為2,4或7個OFDM符號(比如mini-slot調(diào)度)，并且如果PDSCH分配與保留給CORESET的資源沖突， 將遞增，使第一個DM-RS符號緊跟在CORESET之后。如果PDSCH持續(xù)時間為2、4或7個符號，則UE將不期望接收超過第二個、第三個和第四個符號的DM-RS符號。如果配置了一個附加的單符號DM-RS，當(dāng)前置DM-RS符號分別位于第1或第2符號時，終端期望附加DM-RS在第5或第6符號上傳輸;否則，終端應(yīng)該預(yù)期附加的DM-RS不會被傳輸。如果PDSCH持續(xù)時間是兩個或四個OFDM符號，則只支持一個單符號DM-RS。如果RRC參數(shù)maxLength分別等于1或2，則使用單符號或雙符號DM-RS。

在沒有CSI-RS配置的情況下，終端可以假設(shè)PDSCH DM-RS和SS/PBCH塊天線端口在多普勒頻移、多普勒擴(kuò)展、平均延遲、延遲擴(kuò)展和空間RX參數(shù)方面是準(zhǔn)共址的。UE可以假設(shè)同一CDM組內(nèi)的PDSCH DM-RS在多普勒頻移、多普勒擴(kuò)展、平均延遲、延遲擴(kuò)展和空間RX參數(shù)方面是準(zhǔn)共址的。注意，空間RX參數(shù)用于描述UE的角度/空間信道屬性，以幫助UE選擇和使用其中一個波束。終端可以使用SS/PBCH塊獲取頻率偏移、定時偏移、多普勒擴(kuò)展、延遲擴(kuò)展和接收波束來處理DM-RS。換句話說，可以考慮空間RX參數(shù)作為UE的波束指示，其中UE可以使用從SS/PBCH獲得的信道參數(shù)來接收PDSCH。