关于NR PUSCH Codebook based MIMO的认识

这篇单独介绍Codebook based PUSCH的内容 :

主要参考协议分别是:(基于f40版本)

【1】38.214 - 6.1.1.1 Codebook based UL transmission

【2】38.211 - 6.3.1.5 Precoding

【3】38.212 - 7.3.1.1 DCI formats for scheduling of PUSCH

【4】38.331 - PUSCH-Config 和 SRS-Config

【5】5G无线系统设计与国际标准,人民邮电出版社

1. 传输模式

在[4] 中,有如下描述:

由于UE的PUSCH传输模式是由L3信令进行配置的,在基站通过L3信令为UE配置上行传输方式之前,gNB只能通过DCI 0_0传输PUSCH,并且只能使用单端口。

【仍有问题的地方】上面在最后一句话,在【5】中是这么解释的:采用与激活UL BWP里ID号最小的PUCCH相同的上行发送波束?怎么理解?

取决于pusch-Config的配置【4】:


主要取决于UE的TX chain的能力,是否能控制对应相位


最大RANK为4


传输模式配置,实际能够指示 codebook/non-codebook/one antenna port 三种

2. SRS 相关配置


214中关于code book based PUSCH的SRS资源的说明

【Q】第一段怎么理解?

【A】:

这段的意思是指对于2 antenna port的情况,codebook 只区分两种UE的能力,即要么是“full coherent” 要么是“non coherent”,所以不存在中间的“partial coherent”,因为只有2个port

对于第二段,gNB配置给UE 一个SRS-Resource Set,其属性是基于'codebook'的。该SRS resource set里最多配置2个 SRS resource。这两个SRS Resource里的SRS port数目是相同的。


usage是SRS Resource Set 的属性


SRS port 数目是SRS resource的属性
SRS 配置

3. 关于Precoding矩阵

【2】38.211里给出了具体的Precoding 矩阵

Precoding

precoding 矩阵的维度是 antenna port number * layer number

对于codebook based的PUSCH:

*其对应的SRS Resource里的 nrofSRS-Ports = number of PUSCH Atenna ports = row number of Precoding matrix

*DRMS Ports Number = layer Number = column number of Precoding

precoding matrix说明 (举例)

从上面可以看出,precoding 矩阵本身是由 transform precoding mode / layer number / antenna ports number确定的。

同时在DCI指示里隐含规定了不同的UE Tx Chain之间的相关性实际可以使用的codebook的范围也是不同的(CodebookSubset in PUSCH-Config),所以gNB对于不同能力的UE,有不同的codebook subset restriction,这样可以减少gNB对precoder的搜索的范围,从而减少复杂度。如下图所示:

CodeBookSubset 与 Precode Matrix关系

4.关于DCI指示过程

在【3】38.212 中给出了DCI 里的指示:通过

(1)第一个相关的域:“SRS resource indicator”

该域指示了对应的SRS 资源 ,其大小是\lceil log_{2}(N_{srs}) \rceil

相关参数是N_{srs} - 是高层配置的SRS Resource Set里的SRS resource 资源的数目, 用上面的大小表示,应该是只能指示一个SRS resource。

其物理含义可以理解成不同的UE antenna Panel的选择

(2)第二个相关的域:“Precoding information and number of layers” - TPMI 和 layer联合指示,如下图所示:

表的选择跟L3的参数有关:

- transform precoder disable/enable(PUSCH-Config)

- maxRank (PUSCH-Config)

- antenna ports number -- 从SRS resource的配置可以得到,即SRS ports number (SRS-Resource)

- codebookSubset (PUSCH-Config)

查找到对应的表

DCI 0_1 "Precoding information and number of layers" 举例

(3)第三个相关的域:“Antenna ports ”

这个域名字虽然是叫Antenna ports,实际上给出的是DMRS ports的指示,以及CDM groups without data的指示。其表格决定参数与下面因素有关:

- transform precoder disable/enable(PUSCH-Config)

- dmrs-Type (DMRS-UplinkConfig

- maxLength (DMRS-UplinkConfig

- rank number = layer 数

DCI 0_1 "Antenna Ports" 举例

where the number of CDM groups without data of values 1, 2, and 3 in Tables 7.3.1.1.2-6 to 7.3.1.1.2-23 refers to CDM groups {0}, {0,1}, and {0, 1,2} respectively. 

-- 这个参数可以用于MU-MIMO里通知UE是否有其他UE占用频域DMRS资源,如果有,这些资源上是不可以传Data

UE 通过上述参数可以得到PUSCH相关信息指示,如下图所示:

DCI 解析过程

这里其实还有一个参数没有提到,就是PTRS相关的指示:

”PTRS-DMRS association“,这个后面打算单独介绍PTRS的时候再详细说明。

5. Precoding Matrix和DMRS Port映射关系

DCI指示与DMRS Port之间的关系

上面以patial coherent 的codebooksubset为例,当SRS port number= 4,即Antenna Port number = 4时,CP-OFDM,maxRank = 4时,如果有DCI里“precoding and number of layers” 取值 = 30, 那么对应了 layer number =4,TPMI = 1。

所以对应的Precoding Matrix为上图取值,AP#0 和 AP#2是coherent的一组,其上面映射传输的是layer#0和layer#1的线性组合;AP#1和AP#3是coherent的一组,其上面映射传输的是layer#2和layer#3的线性组合。

当dmrs-Type = 2,maxLength =2 时,如果DCI 0_1里“Antenna Port” 取值 = 4时,则对应了:

Number of DMRS CDM groups w/o data = 3; 代表的DMRS CDM group占用了{0,1,2} 3个group的频域位置,这些位置上是不能传数据的。

DMRS Ports = 4,5,10,11; 对应的DMRS Port index,从211的表(见上图右下角),这4个port都占用CDM group 2,其频域位置相同,占用两个symbol,靠频域正交码和时域正交码进行区分。所以其实这4个DMRS port在频域上只占用CDM group 2的位置,那为什么 “Number of DMRS CDM groups w/o data = 3”呢? 这里其实就是为了MU-MIMO使用,当3个UE,其DCI 的“antenna port”域分别取2,3,4时,就可以支持3个UE,每个UE4layer,最大12 layer的MU-MIMO。每个UE通过该域的指示,会避开其他UE的DMRS占用的频域位置,不在上面进行数据传输。

Number of front-load symbols = 2;

表示DMRS符号实际占用两个,之前提到的maxlength只是代表配置的最大能力。

6. 过程

一个典型的user case 如下:

1. UE 上报其能力(full/patial/non coherent),gNB可以根据该能力上报确定UL precoder的搜索范围

2. gNB 配置SRS resource set 给UE,可以包含2个SRS resource,每个SRS resource可以支持1/2/4 ports,但是要求两个SRS resource支持的ports数目相同。

3. UE在配置的SRS ports上发送SRS 信号,其中不同的SRS resource可以理解成UE的不同的pannel,或者发送的beam方向。

4. gNB对SRS信号进行检测,进行信道估计,结合第1步的precoder的搜索范围,从而确定出最合适的SRS资源(相当于确定出合适的发送beam方向或者是pannel-SRI),以及对应的上行传输的层数(layer)和预编码矩阵(TPMI)

5. gNB将上述指示信息通过PDCCH发送给UE。

6. UE在对应的PUSCH发送时刻,就采用PDCCH里指示的SRI/TPMI/layer确定UE发送PUSCH时的Layer数目和预编码矩阵,以及SRI指示的SRS资源所用的Beam方向/Pannel。

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