[4G&5G专题-43]：物理层-4G/5G参考信号大全（DM-RS, PT-RS, CSI-RS, SRS）

待续。。。。。。。。。。。。。。。。

目录

第1章 参考信号概述

1.1 参考信号概述

1.2  为什么需要参考信号？

1.3 NR参考信号在物理层信道中的位置

1.4 LTE物理信道 VS NR物理信道

1.5 参考信号与无线信道状态的关系

第2章 LTE 小区参考信号CRS (LTE only）

2.1 小区参考信号的作用

2.2 小区参考信号的内容

2.3 小区参考信号的时域、频域资源

2.4 小区参考信号的功率资源RSRP 

第3章 NR DMRS解调参考信号

3.1 解调参考信号的作用

3.2 解调参考信号的内容

3.3 解调参考信号的时域、频域资源

3.4 解调参考信号的功率资源

第4章 PT-RS 相位追踪信号

4.1 相位追踪信号的作用

4.2 相位追踪信号的内容

4.3 相位追踪信号的时域、频域资源

4.4 相位追踪信号的功率资源RSRP 

第5章 CSI-RS 信道状态信息参考信号

5.1 信道状态信息参考信号的作用

5.2 信道状态信息参考信号的内容

5.3 信道状态信息参考信号的时域、频域资源

5.4 信道状态信息参考信号RSRP 

第6章 SRS 探测参考信号

6.1 探测参考信号的作用

6.2 探测参考信号的内容

6.3 探测参考信号的时域、频域资源

6.4 探测参考信号的功率资源RSRP 

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第1章 参考信号概述

1.1 参考信号概述

参考信号其实并不是一个信号，而是多个信号，包括上行和下行参考信号：

（1）DMRS（上行和下行）：De-Modulation Reference Signal, 解调参考信号

（2）PT-RS（下行和上行）（5G only）: Phase Track Reference Signal, 相位跟踪信号

（3）CSI-RS（下行）：Channel Status Indication，信道状态信息参考信号

（4）SRS（上行）： Sounding Reference Signal，探测参考信号，

（5）CRS（下行）（4G LTE only）：Cell Reference Signal, 小区参考信号   

所谓参考信号（Reference Signal，RS）就是“导频”信号，是由发射端提供给接收端用于信道估计或信道探测的一种已知信号。

所谓导频信号（pilot signal 领航，试用）：指的是在电信网中为测量或监控的目的而发送的信号，这些信号为已知信号。

所谓已知信号：

• 这种信号频域的位置是已知的
• 时域的位置是已知的
• 发送的内容是已知的
• 发送使用的功率已知的，也即是UE知道(直接或间接)服务小区发送导频信号的功率。

所谓信道评估：就是从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的过程。

所谓信道探测：基站发送参考信号（又叫导频信号），由手机进行测量之后，再发回基站。这样基站就可以根据信道质量来决定数据该怎么发了。

这有点类似数据通信中的“心跳”信号，虽然不完全一致。

 

1.2  为什么需要参考信号？

参考信号是相对于用于传输数据的数据信道和传输控制信令的控制信道而言的，通过这些参考信道的信息，作为数据和控制信道的参考。

由于参考信号的内容是确定的，已知的，通过检测收到的信息比特与已知的、确定的参考信号的信息比特的差异，来判断信道的无线信道的特征，作为后续信道编码、调制方式和无线资源调度的依据。

同时，也通过参考信号确定无线信道的“状态”：断开还是连接。

 

1.3 NR参考信号在物理层信道中的位置

 

 

1.4 LTE物理信道 VS NR物理信道

（1）下行

• 5G NR取消了LTE的物理层控制格式指示信道PCFICH和物理层混合重传指示信道PHICH, 其功能被合并到了物理层控制信道PDCCH中 ，并通过DCI体现。
• 5G NR把LTE的PSS/SSS和PBCH信道绑定到了一起，称为同步信号块。这里是绑定，不是合并。
• 5R NR取消了LTE的整个小区级的小区参考信号CRS，取而代之的是，为每个信道单独增加了一个参考信号DMRS，之所以做这一个的变化，主要原因是5G的带宽很大，小区级别的参考信号已经无法体现整个带宽的信道状况，另一个原因是5G需要支持大规模天线阵列，支持波束赋形，不同的波束方向上，其信道质量是不同的。

（2）上行

• 5G NR增加了相位跟踪信号

 

1.5 参考信号与无线信道状态的关系

《[4G&5G专题-42]：物理层-无线信道的特征,RSRP、SNR、BLER、MCS、CSI、CQI、SI、PMI》

https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/113979448

 

第2章 LTE 小区参考信号CRS (LTE only）

2.1 小区参考信号的作用

小区特定的参考信号对小区内的所有UE都有效，其作用主要有3个：

（1）可被用于下行物理信道的信道估计，

（2）终端对基于小区特定的参考信号CRS的测量结果RSRP，可用作决定小区选择和切换的依据。

2.2 小区参考信号的内容

（1）随机序列

小区参考信号是一个伪随机m序列，详见：《[4G&5G专题-34]：物理层-浅谈m序列的原理以及在NR PSS中的应用》

https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/113759070

 

（2）调制方式

采用QPSK调制的(其实小区特定、UE特定和MBSFN特定参考信号都是QPSK调制的)，这样的目的是使发射波形的峰值平均功率比较低.。

 

2.3 小区参考信号的时域、频域资源

上图中的每种带颜色的方框，都表示参考信号，只是不同情形下的参考信号：单天线、双天线、四天线。小区特定的参考信号只在天线端口0-3中的一个或几个中传输.

（1）一个PRB中包含4个小区参考信号CRS的RE，均匀分布整个RB的空间，2个RB组成是一个子帧。

（2）多天线MIMO情形下，每个天线端口有自己独立的“层”，每一层共享相同的RB.

（3）不同“层”之间的小区参考信号CRS的RE， 或通过频域，或通过时域错开的。

（4）小区可以使用1个、2个、4个小区特定参考信号，因此分别对应使用1个、2个、4个天线端口。

（5）小区特定参考信号只能在天线端口0~3中的1个或几个中传输。

（6）小区特定的参考信号只支持∆f=15kHz。

 

2.4 小区参考信号的功率资源RSRP 

RSRP (Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率) 

RSRP是LTE网络中可以代表无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求之一，参考信号承载的所有RE（Reource Element）上接收到的信号功率的平均值。

从上图中看出，参考信号的功率远远高于其他信道的功率，主要是因为参考信号是用于监控无线信道状态，因此需要足够强的功率。

 

第3章 NR DMRS解调参考信号

3.1 解调参考信号的作用

在LTE中，用于PUSCH和PUCCH信道的相关解调。

在NR中，用于所有信道的相关解调，包括小区专有的广播信道和UE专有的业务信道：DL-SCH, UL-SCH。

接收端，通过对参考信号进行分析，实现对物理层信道进行信道评估，而从获得了物理信道的特征。

详见下文中关于：“基于参考信号的信道估计”的章节。

《[4G&5G专题-42]：物理层-无线信道的特征,RSRP、SNR、BLER、MCS、CSI、CQI、SI、PMI》

https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/113979448

 

3.2 解调参考信号的内容

 

 

3.3 解调参考信号的时域、频域资源

（1）类型

支持两种类型的DM-RS：Type1和Type2

（2）Type1

• 频域上：分为两组，通过子载波区分。
• 时域上：一个符号时，支持8个天线端口，2个符号时支持16个天线端口。
• 码域上：分为4层。

（3）Type2

• 频域上：分为3组，通过子载波区分。
• 时域上：一个符号时，支持12个天线端口，2个符号时支持24个天线端口。
• 码域上：分为4层。

 

3.4 解调参考信号的功率资源

 

 

第4章 PT-RS 相位追踪信号

4.1 相位追踪信号的作用

相位噪声指射频器件在各种噪声（如随机性白噪声、闪烁噪声）的作用下引起的系统输出信号相位的随机变化。

相位噪声会恶化接收端的SNR（Signal-Noise Ratio信噪比）或EVM（Error Vector Magnitude误差向量幅度），造成大量的误码，这样就限制了高阶调制的使用，会严重影响系统的容量。

相对来说，相位噪声对低频段，也就是sub6G频段的影响较小一些。

而高频段（毫米波）下，由于参考时钟源的倍频次数大幅增加以及器件的工艺水平和功耗等各方面的原因，相位噪声的影响也是大幅增加，且高频段信号的频率较高，周期较小，同等的相位噪声对调制信号的影响是不同的。

为了应对高频段下的相位噪声，除了增大子载波间隔、提高器件质量之外，5G新空口引入了PT-RS（Phase Tracking Reference Signal）信号以及相位估计补偿算法。

 

相位噪声对星座图的影响：

4.2 相位追踪信号的内容

序列生成方式与DMRS一致。

 

4.3 相位追踪信号的时域、频域资源

频域上：PTRS占用一个子载波

时域上：有三种形式

• 连续的占用每个符号；
• 每隔2个符号中有一个PTRS信号
• 每隔4个符号中有一个PTRS信号

 

4.4 相位追踪信号的功率资源RSRP 

常规功率

 

第5章 CSI-RS 信道状态信息参考信号

5.1 信道状态信息参考信号的作用

LTE系统从R10就开始引入了CSI-RS用于信道测量。

区别于全向发送的CRS信号和只有数据传输时才发送的DMRS信号，CSI-RS信号提供更为有效的获取CSI的可能性，同时支持更多的天线端口。

NR中需要进一步考虑网络频段的部署对高频段的支持，以及更加灵活的CSI-RS配置以实现多种用途。

NR中的CSI-RS主要用于以下几个方面：
①获取信道状态信息。用于调度、链路自适应以及和MIMO相关的传输设置。
②用于波束管理。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。
③精确的时频追踪。系统中通过设置TRS（Tracking Reference Signal）来实现。
④用于移动性管理。系统中通过对本小区和邻小区的CSI-RS信号获取跟踪，来完成UE的移动性管理相关的测量需求。
⑤用于速率匹配。通过零功率的CSI-RS信号的设置完成数据信道的RE级别的速率匹配的功能。

 

5.2 信道状态信息参考信号的内容

 

5.3 信道状态信息参考信号的时域、频域资源

 

5.4 信道状态信息参考信号RSRP 

 

第6章 SRS 探测参考信号

6.1 探测参考信号的作用

6.2 探测参考信号的内容

6.3 探测参考信号的时域、频域资源

6.4 探测参考信号的功率资源RSRP 

 

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