5G无线接入物理层：上行资源分配、MIMO方案与功率控制解析

# 5G 无线接入物理层：上行资源分配、MIMO 方案与功率控制解析 ## 1. 上行资源分配类型 在 5G 通信系统中，上行资源分配类型主要有 Type 0 和 Type 1。当用户设备（UE）接收到下行控制信息（DCI）格式 0_0 调度时，采用上行资源分配 Type 1。资源分配的资源块（RB）索引确定方式与调度 DCI 中是否配置带宽部分指示字段有关： - **未配置带宽部分指示字段**：上行 Type 0 和 Type 1 资源分配的 RB 索引在 UE 的活动带宽部分内确定。 - **配置带宽部分指示字段**：RB 索引在 DCI 中带宽部分指示字段值所指示的 UE 带宽部分内确定。 检测到物理下行控制信道（PDCCH）后，UE 先确定上行带宽部分，再进行该带宽部分内的资源分配，RB 编号从确定的上行带宽部分中最低的 RB 开始。 ## 2. 上行 MIMO 方案 ### 2.1 多天线预编码支持情况 新空口（NR）支持在物理上行共享信道（PUSCH）传输中使用最多四层的多天线预编码。但当启用基于离散傅里叶变换（DFT）的上行变换预编码时，仅支持单层（秩为 1）传输。 ### 2.2 传输模式 UE 可配置为基于码本或非基于码本的模式进行 PUSCH 传输，模式选择取决于 UE 根据下行测量对上行信道条件的估计程度。 - **基于码本的预编码**：网络通过上行调度授权选择传输秩和相应的预编码矩阵并通知 UE。UE 将预编码矩阵应用于调度的 PUSCH 传输，并将指示的层数映射到天线端口。为选择合适的秩和预编码矩阵，基站（gNB）需要估计设备天线端口与相应网络接收天线之间的信道。通常，配置为基于码本的 PUSCH 传输的 UE 会被配置为传输至少一个多端口探测参考信号（SRS）。网络根据对配置的 SRS 的测量来估计信道并确定合适的秩和预编码矩阵。 - **非基于码本的预编码**：基于 UE 的测量和向网络的预编码器指示。UE 根据对配置的信道状态信息参考信号（CSI - RS）资源的下行测量选择合适的上行多层预编码器。该预编码依赖于信道互易性，假设 UE 可以基于下行测量获得准确的上行信道知识。网络可以修改 UE 选择的预编码器。 ### 2.3 天线端口相位相干性 NR 规范允许 UE 在天线端口间相位相干性方面具有不同的能力，包括完全相干、部分相干和无相干： - **完全相干**：设备可以控制用于上行传输的任何天线端口之间的相对相位。 - **部分相干**：设备能够实现成对相干，即可以控制天线端口对之间的相对相位，但不能保证实现相干。 - **无相干**：不能保证设备天线端口对之间的相位相干性。 ### 2.4 码本子集限制 码本子集限制概念有助于避免在不期望的（空间）方向上进行信道状态信息（CSI）报告。对于 RI 限制，由于可能的 RI 值数量较少，可以使用位图进行一对一对应。而对于 PMI 限制，由于可能的 PMI 值数量较多，引入了离散傅里叶变换（DFT）波束限制，若至少一个波束被相应的 DFT 波束限制位图限制，则认为 PMI 受限。 NR Type - I 单面板码本结构与 LTE FD - MIMO 码本类似，对于 gNB 天线端口少于 16 的情况，所有秩的 PMI 的波束形成向量由 2D DFT 波束表示。多面板码本通过每个面板的基于 DFT 的波束形成以及极化和面板的同相来构建。 ### 2.5 传输模式配置 PUSCH 传输支持基于码本和非基于码本的传输模式，具体配置取决于无线资源控制（RRC）参数 txConfig： - 当 pusch - Config 中的 txConfig 设置为 “codebook” 时，UE 配置为基于码本的传输。 - 当 txConfig 设置为 “nonCodebook” 时，UE 配置为非基于码本的传输。 - 若未提供 txConfig 参数，PUSCH 传输将基于单个天线端口，由 DCI 格式 0_0 触发。 |传输模式|txConfig 参数设置| | ---- | ---- | |基于码本|“codebook”| |非基于码本|“nonCodebook”| |单天线端口|未提供 txConfig| 以下是基于码本和非基于码本的上行传输流程 mermaid 图： ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px; classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px; A([开始]):::startend --> B{传输模式}:::decision B -->|基于码本| C(UE 发送多个 SRS):::process C --> D(gNB 指示所需波束方向、秩和预编码):::process D --> E(UE 按指示传输):::process B -->|非基于码本| F(UE 根据 CSI - RS 测量选择预编码器):::process F --> G(网络可修改预编码器):::pr ```