5G NR CSI Report中关于codebook/PMI的理解（1）

笔者在微信公众号GiveMe5G定期发布学习文章(更多更及时)，欢迎订阅和分享，文章下方有二维码。

本文主要讨论PDSCH codebook，介绍NR下行数据传输precoding的特点，以及Type I和Type II codebook是什么。

gNB是如何做下行Precoding的？

关于NR下行传输方案，38214目前只定义了一种，称为“Transmission scheme 1”。这种方案的一个最大特点就是gNB将数据和DMRS一同预编码，之后通过无线信道，发送给终端。如下图，从终端的角度来看，可以通过DMRS的解调，反推出信道矩阵H’(H’=W*H)，然后就可以用这个推导出来的信道矩阵再去解数据，因此预编码矩阵对终端来说是透明的。利用这一原理，不论gNB下行使用什么预编码矩阵，原则上说gNB都无需通知终端，终端也可以成功解出数据。

那问题来了，既然这样为什么还要配置codebook？为什么还要终端上报PMI表明自己喜欢的预编码矩阵呢？答案是基站利用终端对信道的测量和上报为基站调度提供参考信息，记住“参考”二字。Codebook，很明显它是一本book，这个book里面主要的内容就是PMI index和precoding matrix，每个PMI和预编码矩阵一一对应。终端上报PMI，将自己认为最合适的预编码矩阵index发送给gNB做参考，gNB可以使用终端的建议，也可以不使用，因为基站会站在一个更全局的网络来做一个最优的选择，不但要考虑目标终端的解调性能，还要考虑这个小区内其他用户的感受。现实中，gNB确定下行预编码矩阵主要通过两个途径，一个是PMI的反馈，另一个是gNB通过SRS上行参考信号的测量（利用TDD系统的信道互异性）。

Codebook的分类

38214定义了两种codebook:
TypeI codebook: 主要用于SU-MIMO，可以提供比较高阶的空间复用，单用户最多可以支持到8个layer。这种场景相对简单，预编码矩阵主要目的focus在使得接收端可以得到比较高的能量。而潜在的layer之间的干扰，主要由接收机的多天线来解决。TypeI codebook又可以分为single pnnel和multiple panel两种类型。
TypeII codebook: 主要用于MU-MIMO场景，由于要在同一时频资源上同时调度多个用户，每个用户限制最多支持到2个layer。这个场景比较复杂，因为gNb选择预编码矩阵不仅要考虑接收端能获得较高的能量，还要考虑同一时频资源上对其它用户的干扰。因此此种PMI反馈的开销相对于TypeI要大得多。

TypeI Single-Panel Codebook

在正式描述开始之前，我们先来看一些术语，否则你将彻底迷失在38214 PMI那一章节的非人类描述中，而丧失继续了解它的乐趣，哈哈，开个玩笑。

这是一个single panel的示意图，N1代表水平方向天线数目，N2代表垂直方向天线数目，因此，这个panel上的双极化天线数量为N1 N2，而CSI-RS的天线端口数量为2N1N2。

这幅图是在上一幅图的基础上做了扩展（引用于3GPP R1-1612661），引入了O1和O2两个参数。试想我们要在空间中实现很多个beam或者方向，怎样做的呢？在原有N1N2个天线的panel上，继续做进一步的精细化划分，这里面有一个DFT oversample的概念，将水平方向划分为N1O1份，把水平方向划分为N2*O2份，这样就可以得到颗粒度更小的beam，实现更好的方向性。O1和O2的值越大，beam的精度越高。

Type1 Single-Panel 的预编码矩阵W可以表示成W1*W2。其中W1主要用于反映了信道的wideband特性，包含了beam选择的信息。W2则用于反映信道的窄带特性，主要包含两个极化方向的co-phasing信息，有时也会携带beam选择信息。

从上述公式可以看出，W1中的Matrix B其实可以看成是L个beam的方向，对角线上2个B的这种矩阵结构，是双极化天线的体现。
对于layer=1和2的情况，W1矩阵可能定义1个beam或者4个neighbor beam。如果是4个neighbor beam，那么W2携带的信息会选择其中一个beam作为数据传输使用的beam，此外W2会携带两个极化方向的co-phasing 信息。如果W1矩阵只定义了一个beam，那么W2只携带双极化co-phasing信息。
对于layer R>2的情况，W1会定义R/2个正交的beam，R/2个beam辅以每个beam2个极化方向被用于R个layer的数据传输，W2携带双极化co-phasing信息。TypeI Single-Panel支持单用户最多8个layer。

TypeI Multi-Panel

与single panel相比，多了一个参数Ng，Ng用来表示有多少个Panel。原则上multi-panel的W矩阵是继承single panel设计的，考虑到不同panel之间的相关性，W2还需要携带panel之间的co-phasing信息。TypeI Multi-Panel最多支持4layer。

目前我看到的现网log主要是在使用TypeI single panel的场景，对于TypeI multi panel和TypeII，没有实际分析经验，暂不详细讨论了，以免水平有限误导大家。
下一篇文章，会结合协议和log详细解释下Type I single panel codebook及相应的PMI反馈。

---

笔者在微信公众号GiveMe5G定期发布学习文章，公众号会发布的更多更及时，欢迎订阅和分享，下方就是二维码！
最后还请大家多多转发和分享下我的公众号，帮我推广一下，在此谢过大家！

---