5G NR中的参考信号设计系列（1）——解调参考信号（DMRS）

参考信号是系统设计的重要组成部分。

• 下行参考信号的主要作用包括信道状态信息的测量、数据解调、波束训练、时频参数跟踪。
• 上行参考信号的主要作用包括上下行信道测量、数据解调等。
  参考信号的设计包括随机序列生成的设计和物理资源映射的设计。其中随机序列的生成部分可以直接参考标准38.211中各个信道参考信号序列生成部分。本文主要介绍各个参考信号的图样，即参考信号在物理资源上的时频分布。

解调参考信号（DMRS,Demodulatin Reference Signal）

作用：DMRS用于上下行数据解调。
DMRS设计考虑因素：各项系统参数的灵活配置；在各层降低处理时延；大规模天线系统应用、更高的系统负载和频带利用效率。
NR系统中对于DMRS的设计有以下考虑。

1. DMRS导频前置

• 为了降低解调和译码时延，5G NR系统中DMRS采用了所谓的前置设计思路。在每个调度时间单位内，DMRS首次出现的位置应当尽可能靠近调度的起始点。
• 例如，在基于时隙的调度传输，前置DMRS导频的位置应当紧邻PDCCH区域之后。此时DMRS导频的第一个符号取决于PDCCH的配置，从第三或者第四个符号开始。在基于非时隙的调度传输（调度单位小于1个时隙）时，前置DMRS导频从调度区域的第一个符号开始传输。
• 前置DMRS导频的使用，有助于接收端快速估计信道并进行接收检测，对于降低时延并支持自包含帧结构具有重要的作用。

2. 附加DMRS导频

• 对于低移动性场景，前置DMRS导频能以较低的开销获得满足解调需求的信道估计性能。但是，5G NR系统所考虑的移动速度最高可达500km/h，面临动态范围如此之大的移动性，除了前置DMRS导频之外，在中高速场景中，还需要在调度持续时间内安插更多的DMRS导频符号，以满足对信道时变性的估计精度。
• 针对这一问题，5G NR系统中采取了前置DMRS导频与时域密度可配置的附加DMRS导频相结合的DMRS导频结构。每一组附加DMRS导频的图样都是前置DMRS导频的重复，即每组附加DMRS与前置DMRS导频占用相同的子载波和相同的OFDM符号数。
• 根据具体场景，在单符号前置DMRS时最多可以增加3组附加导频、在双符号前置DMRS时最多可以增加1组附加导频，具体根据需要进行配置并通过控制信令指示。

3. 上下行对称设计

• 考虑到更为灵活的网络部署以及双工方式，可能会存在上下行链路之间的干扰。这种情况下，上下行的对称设计将为抑制不同链路方向之间的干扰带来更大的便利。
• 同时，CP-OFDM波形在上行链路中的应用，也为上下行对称设计创造了条件。
• 在DMRS导频设计中，上下行的对称性体现在图样以及端口的复用方式的一致性。
• 上行使用CP-OFDM波形时，上下行DMRS的图样、序列以及复用方式均一致。

4. 支持的层数

• 5G NR系统中，下行SU-MIMO最多支持8层传输，上行SU-MIMO最多支持4层传输。上行和下行的MU-MIMO都最多支持12层传输，其中每个UE的层数最多为4。
• DMRS正交端口设计需要满足以上层数要求。

5. DFT-S-OFDM波形的上行DMRS

由于DFT-S-OFDM波形具有单载波特性，DMRS的设计也应满足单载波设计。

DMRS设计

• NR支持两种DMRS导频类型：前置DMRS类型1采用了梳状加OCC（码分正交复用）结构；类型2基于频分加OCC结构。
• 对于CP-OFDM波形，两种DMRS类型都支持，通过高层信令进行配置。类型1作为默认的DMRS配置。对于DFT-S-OFDM波形，支持类型1。
• 当PDSCH/PUSCH采用基于Type A的资源调度时，DMRS从第三或第四个OFDM符号开始传输。对于Type B调度，DMRS从调度的起始符号开始传输。