引言

CSI壓縮的核心價(jià)值與技術(shù)演進(jìn)概述

在5G-A及未來(lái)6G的MIMO系統(tǒng)中，終端向基站上報(bào)的信道狀態(tài)信息（CSI）是基站實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)波束賦形、自適應(yīng)調(diào)制編碼與資源調(diào)度的核心依據(jù)。隨著天線端口向更多端口擴(kuò)展，傳統(tǒng)CSI反饋開(kāi)銷(xiāo)急劇膨脹，成為制約系統(tǒng)容量與性能的核心瓶頸。

CSI壓縮的核心目標(biāo)是在保證信道重建精度的前提下，最小化上行反饋比特?cái)?shù)，提升頻譜效率、降低傳輸時(shí)延。3GPP歷經(jīng)多代標(biāo)準(zhǔn)迭代，從早期固定碼本、增強(qiáng)碼本逐步走向AI/ML驅(qū)動(dòng)的端到端壓縮，其中Rel.18啟動(dòng)基于AI的CSI壓縮（AI-CSI）可行性研究，Rel.19開(kāi)展深化研究，Rel.20推進(jìn)規(guī)范制定，逐步實(shí)現(xiàn)5G-A CSI壓縮的商用化，同時(shí)為6G CSI壓縮技術(shù)奠定基礎(chǔ)。本文重點(diǎn)聚焦Rel.20 5G-A、6G相關(guān)內(nèi)容及產(chǎn)業(yè)測(cè)試實(shí)踐。

PART 01

5G-A CSI壓縮：Rel.18/19研究基礎(chǔ)與Rel.20規(guī)范進(jìn)展

Rel.18/19：CSI壓縮研究基礎(chǔ)

Rel.18完成了AI-CSI壓縮可行性研究，輸出TR 38.843技術(shù)報(bào)告，確立“UE側(cè)AI編碼器+gNB側(cè)AI解碼器”的雙邊架構(gòu)，基于自編碼器實(shí)現(xiàn)空頻域聯(lián)合壓縮，驗(yàn)證得出AI-CSI可以減少反饋開(kāi)銷(xiāo)，提升吞吐量，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

Rel.19進(jìn)一步深化Rel.18研究成果：優(yōu)化雙邊AI模型復(fù)雜度與實(shí)時(shí)性，探索多場(chǎng)景適配方案，研究AI模型全生命周期管理（LCM）細(xì)節(jié)與跨廠商互操作難點(diǎn)，為Rel.20規(guī)范制定提供核心技術(shù)支撐與實(shí)測(cè)參考。

Rel.20：CSI 壓縮規(guī)范制定進(jìn)展

Rel.20作為5G-A CSI壓縮規(guī)范落地的關(guān)鍵版本，核心任務(wù)是將Rel.18、Rel.19的研究成果轉(zhuǎn)化為可商用的功能規(guī)范，目前相關(guān)的規(guī)范正處于逐步制定過(guò)程中，核心進(jìn)展與重點(diǎn)內(nèi)容如下：

一是核心功能標(biāo)準(zhǔn)化，明確UE側(cè)AI編碼器與gNB側(cè)AI解碼器的功能要求，規(guī)范CSI壓縮、反饋與重建全流程，支持空頻域聯(lián)合壓縮，平衡性能與終端、基站計(jì)算復(fù)雜度，適配MIMO場(chǎng)景，滿足5G-A超高速率、低時(shí)延需求。

二是模型管理與互操作規(guī)范，基于Rel.19研究成果，完善AI模型全生命周期管理（LCM）規(guī)范，明確能力協(xié)商、模型分發(fā)、激活/去激活、性能監(jiān)控等環(huán)節(jié)的信令流程，解決跨廠商模型互操作的核心痛點(diǎn)，確保不同廠商UE與gNB的模型精準(zhǔn)配對(duì)。

三是性能基線與測(cè)試規(guī)范制定，由RAN4主導(dǎo)制定AI-CSI互操作（IOT）測(cè)試用例，明確信道重建精度、反饋時(shí)延、開(kāi)銷(xiāo)等核心指標(biāo)，確立性能基線：相對(duì)傳統(tǒng)碼本方案，吞吐量和反饋開(kāi)銷(xiāo)降低特定比例，為產(chǎn)業(yè)端產(chǎn)品認(rèn)證提供依據(jù)。

5G-A CSI壓縮的示意圖如下所示(R1-2506778)，其中利用AI對(duì)CSI原始信息進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)行信道編碼和調(diào)制。

PART 02

6G CSI壓縮進(jìn)展

6G的AI CSI標(biāo)準(zhǔn)化課題中, JSCC與JSCM是6G CSI壓縮的熱門(mén)候選技術(shù)，試圖進(jìn)一步突破5G-A CSI壓縮的技術(shù)局限。JSCC和JSCM在對(duì)CSI原始信息進(jìn)行壓縮的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮將信道編碼和調(diào)制聯(lián)合優(yōu)化。JSCC與JSCM的核心區(qū)別在于“調(diào)制環(huán)節(jié)是否與信源、信道編碼聯(lián)合執(zhí)行”，具體定義、原理及區(qū)別如下：

JSCC：Joint Source Channel Coding

（信源與信道聯(lián)合編碼）

JSCC即信源與信道聯(lián)合編碼，核心特征是將信源處理（Sourcing）與信道編碼（Coding）兩個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)合優(yōu)化、一體化設(shè)計(jì)，而調(diào)制（Modulation）環(huán)節(jié)單獨(dú)執(zhí)行，不參與聯(lián)合優(yōu)化，是6G CSI壓縮的過(guò)渡性編碼架構(gòu)，承接5G-A AI-CSI的技術(shù)思路。其實(shí)現(xiàn)原理如下 (R1-2506778)：

JSCM：Joint Source Channel Coding and Modulation（信源、信道編碼與調(diào)制聯(lián)合優(yōu)化）

JSCM對(duì)CSI信源、信道編碼與調(diào)制聯(lián)合優(yōu)化，是JSCC的升級(jí)形態(tài)，徹底打破傳統(tǒng)分離架構(gòu)的局限，通過(guò)端到端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將CSI原始信源直接映射為可傳輸?shù)男诺婪?hào)，無(wú)需單獨(dú)執(zhí)行調(diào)制環(huán)節(jié)——即信源處理、信道抗噪、信號(hào)調(diào)制三個(gè)過(guò)程同步優(yōu)化、協(xié)同工作，跳過(guò)傳統(tǒng)碼本設(shè)計(jì)與分離編碼/調(diào)制環(huán)節(jié)，大幅提升編碼效率與傳輸魯棒性。

其原理示意圖如下所示 （R1-2506778）：

除了雙邊模型可以實(shí)現(xiàn)JSCM外，R1-2600763 提到單邊模型也可以實(shí)現(xiàn)JSCM?；驹砣缦?，在UE端對(duì)CSI信息乘以一個(gè)線性的映射矩陣，直接生成調(diào)制好的符號(hào), 在基站側(cè)進(jìn)行AI的處理。基于單邊模型的JSCM優(yōu)勢(shì)是可以減少UE廠家和設(shè)備廠家的互操作問(wèn)題以及UE的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

PART 03

羅德與施瓦茨

5G-A AI-CSI測(cè)試方案

隨著AI-CSI規(guī)范的逐步推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)端商用落地準(zhǔn)備工作同步開(kāi)展，跨廠商互操作驗(yàn)證與測(cè)試方案完善成為關(guān)鍵。羅德與施瓦茨（Rohde & Schwarz，簡(jiǎn)稱R&S）作為全球領(lǐng)先的測(cè)試測(cè)量解決方案提供商，與高通于2025年2月就完成了業(yè)界首次跨廠商雙邊AI-CSI互操作驗(yàn)證（如下圖所示），目前更多的功能在持續(xù)推進(jìn)中。此方案可以為Rel.20規(guī)范落地與產(chǎn)業(yè)商用提供了關(guān)鍵實(shí)測(cè)支撐，相關(guān)細(xì)節(jié)可參考R&S官方報(bào)道(參考附錄鏈接)。

核心測(cè)試平臺(tái)：R&S CMX500綜測(cè)儀

本次聯(lián)合驗(yàn)證的核心測(cè)試平臺(tái)為R&S CMX500 綜測(cè)儀，定位為“gNB側(cè)AI解碼器+完整空口仿真”，是支撐5G-A AI-CSI測(cè)試的核心硬件，關(guān)鍵能力適配Rel.20規(guī)范方向：

一是ONNX開(kāi)放模型集成能力，可直接導(dǎo)入AI解碼器等第三方模型，適配跨廠商模型互操作要求；

二是實(shí)時(shí)AI推理能力，與物理層處理同步，保證AI解碼時(shí)延真實(shí)性，符合5G-A低時(shí)延要求；

三是完整NR空口棧支持，兼容5G/5G-A CSI相關(guān)功能，可模擬CSI-RS配置、上行反饋、調(diào)度閉環(huán)等真實(shí)空口場(chǎng)景，為Rel.20規(guī)范測(cè)試提供場(chǎng)景支撐；

四是可精準(zhǔn)測(cè)試吞吐量、BLER等核心指標(biāo)，為Rel.20性能基線驗(yàn)證提供量化依據(jù)。更多信息可以參考下圖。

聯(lián)合驗(yàn)證架構(gòu)、流程與核心成果

驗(yàn)證架構(gòu)采用“終端-測(cè)試平臺(tái)”閉環(huán)模式，終端側(cè)采用高通5G Modem-RF參考設(shè)計(jì)，運(yùn)行自研AI編碼器；網(wǎng)絡(luò)側(cè)由CMX500模擬gNB，運(yùn)行R&S AI解碼器，模擬真實(shí)信道環(huán)境（UMa、UMi、高速移動(dòng)場(chǎng)景），完成端到端AI-CSI驗(yàn)證。

驗(yàn)證流程：CMX500發(fā)送CSI-RS信號(hào)→高通終端測(cè)量信道并通過(guò)AI編碼器壓縮→上行反饋低維碼字→CMX500 AI解碼器重建信道→基站執(zhí)行MIMO預(yù)編碼與下行傳輸→采集并統(tǒng)計(jì)核心性能指標(biāo)。

關(guān)鍵成果：一是實(shí)現(xiàn)跨廠商AI-CSI互操作，為Rel.20互操作規(guī)范提供實(shí)測(cè)參考；二是驗(yàn)證性能增益，相對(duì)Rel.15傳統(tǒng)碼本方案，吞吐量提升51%；三是為Rel.20規(guī)范制定提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，推動(dòng)規(guī)范貼合產(chǎn)業(yè)需求；四是形成可復(fù)用的驗(yàn)證方案，加速芯片、終端、基站廠商的研發(fā)進(jìn)程，同時(shí)為后續(xù)6G CSI壓縮方案的早期測(cè)試驗(yàn)證奠定平臺(tái)基礎(chǔ)。

總結(jié)與展望

目前3GPP Rel.20正推進(jìn)5G-A CSI壓縮的規(guī)范制定，將AI-CSI壓縮從研究轉(zhuǎn)化為商用，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化模型管理、互操作機(jī)制與性能基線，支撐5G-A大規(guī)模MIMO性能突破。在目前的6G標(biāo)準(zhǔn)化階段， 所提出的JSCC和JSCM實(shí)現(xiàn)了CSI壓縮的跨維度聯(lián)合優(yōu)化，成為下一代的候選技術(shù)。羅德與施瓦茨CMX500測(cè)試平臺(tái)與高通的聯(lián)合驗(yàn)證，為Rel.20規(guī)范落地與產(chǎn)業(yè)商用提供了關(guān)鍵支撐，完善了5G-A AI-CSI測(cè)試生態(tài)，同時(shí)為6G CSI壓縮的早期測(cè)試奠定基礎(chǔ)。

羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)涵蓋測(cè)試測(cè)量、技術(shù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，致力于打造一個(gè)更加安全、互聯(lián)的世界。成立 90 多年來(lái)，羅德與施瓦茨作為全球科技集團(tuán)，通過(guò)發(fā)展尖端技術(shù)，不斷突破技術(shù)界限。公司領(lǐng)先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力。羅德與施瓦茨總部位于德國(guó)慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨(dú)立、長(zhǎng)期、可持續(xù)地開(kāi)展業(yè)務(wù)。