從4G以來(lái)，載波的帶寬大幅增加，從3G的5M增加到了20M，到了5G，單載波帶寬增加到了100M（Sub6G）或者400M（毫米波）。

在這么大的帶寬上，無(wú)線傳輸環(huán)境瞬息萬(wàn)變，不同頻率的衰減和受干擾情況也不同，對(duì)這些信息不了解，數(shù)據(jù)的發(fā)送就相當(dāng)于碰運(yùn)氣，沒(méi)有預(yù)判沒(méi)有性能保證。那么，在怎么讓手機(jī)和基站隨時(shí)掌握上下行的無(wú)線信道信息呢？

基站和手機(jī)都在大家都知道的一些固定的位置發(fā)送一些固定的信號(hào)，然后雙方收到之后再進(jìn)行測(cè)量，就知道了空間傳輸影響對(duì)這些信號(hào)產(chǎn)生了什么變化，從而估計(jì)信道狀況。

本期的主題是下行的信道探測(cè)，大體流程就是基站發(fā)送參考信號(hào)（又叫導(dǎo)頻信號(hào)），由手機(jī)進(jìn)行測(cè)量之后，再發(fā)回基站。這樣基站就可以根據(jù)信道質(zhì)量來(lái)決定數(shù)據(jù)該怎么發(fā)了。

1. 為什么5G要使用CSI-RS？

在LTE的第一個(gè)版本（R8）協(xié)議中，下行信道情況是完全通過(guò)手機(jī)對(duì)小區(qū)參考信號(hào)（Cell Reference Signal，CRS）的測(cè)量得到的。

CRS均勻地灑在LTE整個(gè)載波帶寬中，不管有沒(méi)有業(yè)務(wù)都要占用資源持續(xù)發(fā)射信號(hào)，就像是高速路中間沒(méi)有井蓋的井一樣，所有車輛必須要繞著走，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和擁堵，還對(duì)鄰區(qū)產(chǎn)生了持續(xù)的干擾。

從上圖可以看出，2端口（可支持2x2 MIMO）的CRS看起來(lái)還不算太多，4端口（可支持4x4 MIMO）的CRS對(duì)資源的占用就比較密集了。這些寶貴的資源本可以用來(lái)傳數(shù)據(jù)的，卻用來(lái)傳了價(jià)值較低的CRS，如果后續(xù)要支持8端口，那高速路還不被井占成了篩子？

因此，在LTE的R10版本引入了CSI-RS。CSI-RS的全稱是Channel State Information - Reference Signal，這個(gè)名字起得相當(dāng)直白，此參考信號(hào)就是用來(lái)獲取信道狀態(tài)信息的。

和CRS不同，CSI-RS只在給手機(jī)分配的帶寬上有效，而不必在整個(gè)帶寬上持續(xù)發(fā)送，因此即使支持8端口傳輸，也不會(huì)引起系統(tǒng)開(kāi)銷的大幅增加。網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過(guò)信令通知手機(jī)CSI-RS相關(guān)信息，如果沒(méi)有通知，則手機(jī)就認(rèn)為CSI-RS不存在。

2. CSI-RS的基本結(jié)構(gòu)和時(shí)頻域特性

在5G標(biāo)準(zhǔn)中，“極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)”是其核心理念，像LTE的CRS這種占用固定資源的“常開(kāi)（Always On）”信號(hào)理所當(dāng)然地被摒棄，而把CSI-RS則被增強(qiáng)和擴(kuò)展，用于5G的下行信道探測(cè)。

從上圖可以看出，5G跟4G相比，沒(méi)了多余的常開(kāi)信號(hào)，控制信道占用的資源也更少，看起來(lái)更加的清爽，頻譜利用率更高。相比之下，4G密密麻麻的CRS真是讓人窒息。

5G的CSI-RS最多可以支持32個(gè)不同的天線端口，其中每一個(gè)天線端口都是一個(gè)需要探測(cè)的信道。標(biāo)準(zhǔn)允許多個(gè)天線端口的CSI-RS復(fù)用在一組資源單元（RE）上。復(fù)用的方式一般包括：

碼域復(fù)用：不同天線端口的CSI-RS實(shí)際上使用了完全相同的一組資源單元（RE），基站和手機(jī)通過(guò)正交的碼字來(lái)復(fù)用和提取這些CSI-RS信號(hào)。

頻域復(fù)用：不同天線端口的CSI-RS實(shí)際上使用了一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)部不同的子載波。

時(shí)域復(fù)用：不同天線端口的CSI-RS實(shí)際上使用了一個(gè)時(shí)隙內(nèi)部不同的OFDM符號(hào)。

不同的復(fù)用方式可以聯(lián)合使用。上圖描述的是一種可能的32端口的CSI-RS結(jié)構(gòu)，其中使用了8次的碼分復(fù)用，然后再使用了4次的頻分復(fù)用。

并且，頻分復(fù)用時(shí)子載波可以不連續(xù)，時(shí)分復(fù)用時(shí)OFDM符號(hào)也可以不連續(xù)。

通常來(lái)說(shuō)，多少個(gè)端口的CSI-RS復(fù)用在一個(gè)RB或者時(shí)隙內(nèi)，就會(huì)占用多少個(gè)資源單元（RE）。

在配置的CSI-RS帶寬內(nèi)，可以為每個(gè)資源塊（RB）都配置CSI-RS，這種模式成為CSI-RS密度為1；也可以每?jī)蓚€(gè)資源塊（RB）配置一個(gè)CSI-RS，這種模式稱為CSI-RS密度為1/2。

時(shí)域上，CSI-RS可以配置為周期性發(fā)送，半持續(xù)發(fā)送或者非周期性發(fā)送。

對(duì)于周期性發(fā)送，CSI-RS每隔最少4個(gè)時(shí)隙就會(huì)重復(fù)一次，最大640個(gè)時(shí)隙重復(fù)一次。

對(duì)于半持續(xù)性發(fā)送，CSI-RS也會(huì)配置一個(gè)發(fā)送周期，但具體是否真正發(fā)送取決于MAC控制信源的顯式激活，一旦激活就會(huì)持續(xù)周期性發(fā)送，知道收到顯式的去激活命令為止。

對(duì)于非周期性發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)不會(huì)配置發(fā)送周期，而是通過(guò)信令來(lái)顯式通知每一次的CSI-RS發(fā)送。如果為一個(gè)手機(jī)調(diào)度的PSDCH里面包含了為其他手機(jī)配置的CSI-RS資源單元，這個(gè)手機(jī)需要跳過(guò)這些CSI-RS資源單元。

但手機(jī)并不知道它需要跳過(guò)哪些資源單元，所以協(xié)議設(shè)計(jì)了“零功率CSI-RS”，把需要手機(jī)跳過(guò)的資源單元都標(biāo)記為零功率CSI-RS，手機(jī)將認(rèn)為這些資源單元是無(wú)效的，直接跳過(guò)不進(jìn)行任何處理。

CSI-RS可以測(cè)量哪些數(shù)據(jù)？一般包括三項(xiàng)：信道質(zhì)量指示（CQI：Channel Quality Indicator），秩指示（RI：Rank Indicator）和預(yù)編碼指示（PMI：Precoder Matrix Indicator）。這三項(xiàng)合起來(lái)稱為信道狀態(tài)信息（CSI：Channel State Information），也就是CSI-RS存在的意義。