李南希，朱劍馳，郭婧，尹航，佘小明

NR MIMO增強(qiáng)演進(jìn)及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

李南希，朱劍馳，郭婧，尹航，佘小明

（中國(guó)電信股份有限公司研究院，北京 102209）

大規(guī)模多輸入多輸出（multiple-input multiple-output，MIMO）技術(shù)作為5G的關(guān)鍵使能技術(shù)之一，在5G網(wǎng)絡(luò)的商用部署中發(fā)揮了重要的作用。結(jié)合5G系統(tǒng)的演進(jìn)與實(shí)際部署經(jīng)驗(yàn)，3GPP Release 17在MIMO增強(qiáng)演進(jìn)方面做了一系列標(biāo)準(zhǔn)化工作。聚焦3GPP標(biāo)準(zhǔn)化工作，介紹并分析了MIMO增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展，并重點(diǎn)闡述了多波束增強(qiáng)與多傳輸點(diǎn)傳輸增強(qiáng)。最后對(duì)3GPP Release 18 MIMO增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行了展望。

3GPP；MIMO；多波束增強(qiáng)；多傳輸點(diǎn)傳輸增強(qiáng)

0 引言

第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）從Release 15（Rel-15），即新空口（new radio，NR）的第一個(gè)版本便引入了多輸入多輸出（multiple-input multiple-output，MIMO）技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，旨在使能多天線技術(shù)、高精度信道狀態(tài)信息（channel state information，CSI）獲取、波束管理等新特性[1-4]。隨后，在Rel-16及Rel-17的NR演進(jìn)版本中，對(duì)MIMO的功能及特性做了進(jìn)一步增強(qiáng)，主要聚焦發(fā)射接收點(diǎn)（transmission-reception point，TRP）傳輸增強(qiáng)、波束管理增強(qiáng)等[5-6]?？傮w來說，Rel-15 NR系統(tǒng)引入了一系列支持MIMO技術(shù)的特性以更好地發(fā)揮大規(guī)模天線的優(yōu)勢(shì)，搭建好了基礎(chǔ)框架。Rel-16及Rel-17 MIMO則在其基礎(chǔ)上，結(jié)合5G系統(tǒng)的演進(jìn)與實(shí)際部署經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步分析了多方面的增強(qiáng)需求并完成了相關(guān)增強(qiáng)方案標(biāo)準(zhǔn)化工作。

回顧Rel-17 MIMO的標(biāo)準(zhǔn)化歷程，該項(xiàng)目立項(xiàng)工作于2019年12月完成，從2020年8月的RAN1第102次會(huì)議開始，直到2021年11月的RAN1第107次會(huì)議為止，歷經(jīng)一年半的時(shí)間，已完成核心部分標(biāo)準(zhǔn)化工作，預(yù)計(jì)于2022年6月前完成性能部分的標(biāo)準(zhǔn)化工作。本文聚焦Rel-17 MIMO增強(qiáng)演進(jìn)及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展，著重闡述了多波束增強(qiáng)與多TRP部署增強(qiáng)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，最后展望了Rel-18 MIMO的增強(qiáng)演進(jìn)方向。

1 Rel-17 MIMO增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

3GPP Rel-17 NR MIMO的多波束增強(qiáng)與多TRP增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要包括以下2個(gè)目標(biāo)[7]。

（1）多波束增強(qiáng)目標(biāo)頻段為FR2[8]（frequency range 2，一般指毫米波頻段），但適用時(shí)也可用于FR1（frequency range 1，一般指sub-6 GHz頻段），主要完成以下標(biāo)準(zhǔn)化工作。

小區(qū)內(nèi)/小區(qū)間用戶高速移動(dòng)的場(chǎng)景下，識(shí)別更有效的上、下行波束管理方案，包括上、下行的公共控制與數(shù)據(jù)波束傳輸及接收，用于上、下行波束指示的統(tǒng)一傳輸配置指示（transmission configuration indicator，TCI）框架設(shè)計(jì)，使能動(dòng)態(tài)控制信令以降低時(shí)延等。

針對(duì)配置多天線面板（panel）的用戶設(shè)備（user equipment，UE），識(shí)別上行波束選擇以及上行快速天線面板切換增強(qiáng)方案。

（2）多TRP部署的相關(guān)增強(qiáng)目標(biāo)頻段包括FR1和FR2，主要完成以下標(biāo)準(zhǔn)化工作。

多TRP/多天線面板場(chǎng)景下，提升物理下行控制信道（physical downlink control channel，PDCCH）、物理上行共享信道（physical uplink shared channel，PUSCH）和物理上行控制信道（physical uplink control channel，PUCCH）可靠性與魯棒性的增強(qiáng)方案。

波束管理增強(qiáng)，以使能多天線面板同時(shí)接收多TRP傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

單頻點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)高鐵（high speed train-single frequency network，HST-SFN）部署場(chǎng)景增強(qiáng)，包括識(shí)別解調(diào)參考信號(hào)（demodulation reference signal，DMRS）的準(zhǔn)共址（quasi co-location，QCL）假設(shè)解決方案及頻率偏移與補(bǔ)償方案等。

本節(jié)主要針對(duì)上述增強(qiáng)進(jìn)行詳細(xì)的闡述及分析，以便讀者可以更深入地了解標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展。

1.1 多波束增強(qiáng)

通過使能波束成形技術(shù)，NR網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能及傳輸性能獲得了有效的提升，尤其對(duì)于FR2頻段，性能提升更加顯著。為了能高效地執(zhí)行與波束相關(guān)的處理，NR標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了一整套波束管理流程[9]，包括初始波束對(duì)的建立、波束測(cè)量/上報(bào)/指示和波束失敗恢復(fù)。簡(jiǎn)單來說，波束管理主要圍繞收發(fā)波束對(duì)的建立與波束信息指示定義了一系列機(jī)制以及相關(guān)資源配置信息，以便UE能夠選擇合適的空間濾波器參數(shù)，執(zhí)行相關(guān)的波束發(fā)送及接收。在波束管理流程中，波束指示主要通過TCI與QCL實(shí)現(xiàn)，一個(gè)TCI狀態(tài)可以包括最多兩個(gè)下行參考信號(hào)以及相應(yīng)的QCL類型[10]，具體格式如式（1）所示。

TCI狀態(tài)：<下行參考信號(hào)1| QCL類型1，

下行參考信號(hào)2| QCL類型2> （1）

其中，QCL關(guān)系用于指示兩個(gè)天線端口的具體準(zhǔn)共址情況，共有如下4種類型。

QCL-Type A：{多普勒頻移，多普勒擴(kuò)展，平均時(shí)延，時(shí)延擴(kuò)展}。

QCL-Type B：{多普勒頻移，多普勒擴(kuò)展}。

QCL-Type C：{多普勒頻移，平均時(shí)延}。

QCL-Type D：{空間接收參數(shù)}。

QCL-Type A、QCL-Type B和QCL-Type C用于指示當(dāng)前傳輸歷經(jīng)的信道與相應(yīng)參考信號(hào)所歷經(jīng)信道的大尺度參數(shù)的一致性假設(shè)，以QCL-Type A為例，它表示兩個(gè)天線端口傳輸?shù)姆?hào)所歷經(jīng)信道具有相同的多普勒頻移、多普勒擴(kuò)展、平均時(shí)延和時(shí)延擴(kuò)展。QCL-Type D用于波束管理，如果當(dāng)前傳輸與某一參考信號(hào)具備QCL-Type D的準(zhǔn)共址關(guān)系，則UE可使用與接收該參考信號(hào)的相同空間濾波參數(shù)來接收當(dāng)前傳輸，即采用相同的接收波束。

基于上述基礎(chǔ)框架，Rel-17 MIMO在多波束增強(qiáng)方面主要開展了如下標(biāo)準(zhǔn)化工作。

（1）用于波束指示的統(tǒng)一TCI框架

NR Rel-15/Rel-16版本協(xié)議中，默認(rèn)存在上行和下行波束對(duì)應(yīng)性，因此可以使用一個(gè)公共的源參考信號(hào)用于上行和下行的波束指示。但是在某些特定情況下，可以選擇不遵循波束對(duì)應(yīng)性，此時(shí)則需要分別指示上行和下行的波束信息[11]。針對(duì)該情況，Rel-17支持如下兩種上、下行波束指示方法。

上、下行聯(lián)合TCI：一個(gè)聯(lián)合TCI狀態(tài)內(nèi)分別包含用于上、下行波束指示的源參考信號(hào)。

上、下行單獨(dú)TCI：上、下行波束指示采用各自的TCI狀態(tài)，每個(gè)TCI狀態(tài)內(nèi)只包含一個(gè)用于指示上行或下行波束信息的源參考信號(hào)。

上述波束指示遵循統(tǒng)一的TCI框架[12]，首先，由無線資源控制（radio resource control，RRC）信令為UE配置一個(gè)至多包含128個(gè)TCI狀態(tài)的列表，用于確定下行傳輸?shù)腝CL信息以及上行傳輸?shù)目臻g濾波器（用于確定上行發(fā)送波束）；然后，由媒體接入控制?控制單元（media access control-control element，MAC-CE）激活至多8個(gè)TCI狀態(tài)或8個(gè)TCI狀態(tài)對(duì)，其中每個(gè)TCI狀態(tài)對(duì)包含一個(gè)下行信道或信號(hào)的TCI狀態(tài)以及一個(gè)上行信道或信號(hào)的TCI狀態(tài)；最后，由下行控制信息（downlink control information，DCI）的TCI字段選擇其中一個(gè)TCI狀態(tài)/狀態(tài)對(duì)用于相關(guān)傳輸?shù)腝CL指示?？梢钥闯?，Rel-17整體的TCI指示沿用了Rel-15/Rel-16的流程，新增了上行傳輸?shù)目臻g相關(guān)信息指示，其中可用于上行QCL-Type D指示的源參考信號(hào)包括信道狀態(tài)信息參考信號(hào)（channel state informationreference signal，CSI-RS）、探測(cè)參考信號(hào)（sounding reference signal，SRS）和同步信號(hào)塊（synchronization signal block，SSB）。此外，Rel-17定義了波束指示的生效時(shí)間，當(dāng)UE成功解碼用于波束指示的DCI后，如果所指示的波束與原先的波束不同，則新波束生效于波束指示確認(rèn)后間隔至少個(gè)符號(hào)的第一個(gè)時(shí)隙，其中，的值由基站基于UE能力配置，Rel-17波束生效時(shí)間示意圖如圖1所示。

（2）針對(duì)小區(qū)間移動(dòng)性及小區(qū)間多TRP的多波束測(cè)量上報(bào)增強(qiáng)

Rel-17在針對(duì)小區(qū)間移動(dòng)性的多波束測(cè)量上報(bào)增強(qiáng)方面，主要考慮如下用例假設(shè)[13]：在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，同時(shí)考慮非獨(dú)立（non-standalone，NSA）組網(wǎng)與獨(dú)立（standalone，SA）組網(wǎng)架構(gòu)，其中NSA考慮EN-DC（EUTRA-NR dual connection，4G為主節(jié)點(diǎn)，5G為輔節(jié)點(diǎn)）；在載波聚合（carrier aggregation，CA）方面，主要考慮帶內(nèi)CA；在切換方面，僅考慮無線接入技術(shù)內(nèi)部（intra-radio access technology，intra-RAT）切換，即同系統(tǒng)間切換，不考慮無線接入技術(shù)間切換；在同頻場(chǎng)景方面，考慮非服務(wù)小區(qū)的SSB與服務(wù)小區(qū)的SSB有相同的中心頻率與子載波間隔，以及非服務(wù)小區(qū)的SSB相關(guān)聯(lián)的物理小區(qū)標(biāo)識(shí)（physical cell identity，PCI）與服務(wù)小區(qū)的PCI不同兩種情況。

Rel-17多波束測(cè)量上報(bào)增強(qiáng)主要基于上述用例假設(shè)，實(shí)現(xiàn)非服務(wù)小區(qū)信息與TCI及測(cè)量上報(bào)信息的結(jié)合，以便于非服務(wù)小區(qū)參考信號(hào)的測(cè)量上報(bào)以及通過服務(wù)小區(qū)的RRC為非服務(wù)小區(qū)配置SSB信息。具體來說，UE可以在一次CSI報(bào)告中上報(bào)至多個(gè)與非服務(wù)小區(qū)相關(guān)聯(lián)波束的測(cè)量結(jié)果，其中的最大值與UE能力相關(guān)，目前至少支持=4，且當(dāng)>4時(shí)，與一個(gè)非服務(wù)小區(qū)關(guān)聯(lián)的最大波束數(shù)目為4。對(duì)于上述每個(gè)波束，UE上報(bào)的測(cè)量結(jié)果包括：測(cè)量參考信號(hào)的指示；與測(cè)量參考信號(hào)指示相關(guān)聯(lián)的波束度量，即波束的層一參考信號(hào)接收功率（layer-1 reference signal received power，L1-RSRP）。

（3）上行天線面板選擇增強(qiáng)

對(duì)于具備多天線面板的UE，每個(gè)天線面板包含一組能夠產(chǎn)生一個(gè)模擬波束的射頻鏈路，并且每個(gè)天線面板可以具備相同或不同的天線端口數(shù)、波束數(shù)和等效全向輻射功率（equivalent isotropically radiated power，EIRP），不同的UE天線面板不具備波束對(duì)應(yīng)性關(guān)系。使能上行天線面板選擇有助于提升UE傳輸性能、上行干擾管理等。

為了方便討論，Rel-17引入了天線面板激活以及天線面板選擇兩個(gè)概念，其中天線面板激活指激活部分或全部天線面板用于下行和上行波束測(cè)量；天線面板選擇指從激活的天線面板中選擇一個(gè)用于上行傳輸。目前，Rel-17僅支持UE發(fā)起的上行天線面板激活與選擇，當(dāng)UE由于移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等因素出現(xiàn)當(dāng)前天線面板的傳輸性能下降時(shí)，可以發(fā)起天線面板激活/選擇，以便選擇更合適的天線面板進(jìn)行傳輸。

1.2 支持多TRP部署的相關(guān)增強(qiáng)

多TRP傳輸是提升系統(tǒng)魯棒性的一種有效方法，一方面，多TRP為UE提供了多條通信鏈路，可以通過重復(fù)傳輸額外獲得信道分集，也可以解決由遮擋導(dǎo)致的單路徑中斷問題；另一方面，多TRP可以解決某些信道的擁塞問題，比如對(duì)于小區(qū)邊緣UE，通常需要采用較高的PDCCH聚合等級(jí)以保證PDCCH的傳輸性能，然而單TRP在某些情況下可能難以為UE分配足夠的傳輸資源，此時(shí)通過協(xié)調(diào)多TRP的資源，為PDCCH擁塞問題提供了一種有效的解決方案[14]。Rel-16主要支持物理下行共享信道（physical downlink shared channel，PDSCH）的多TRP重復(fù)傳輸方案，包括基于空分、頻分及時(shí)分的PDSCH重復(fù)傳輸。Rel-17借鑒Rel-16的設(shè)計(jì)思路，將基于多TRP的重復(fù)傳輸增強(qiáng)擴(kuò)展到更多的信道上，包括PDCCH、PUCCH和PUSCH。在波束管理方面，Rel-15/Rel-16的波束管理流程主要考慮單TRP場(chǎng)景，Rel-17針對(duì)多TRP傳輸場(chǎng)景，將波束及資源配置與TRP關(guān)聯(lián)，從而使能多TRP的測(cè)量上報(bào)及波束管理流程。此外，Rel-17還針對(duì)高鐵場(chǎng)景進(jìn)行了相應(yīng)增強(qiáng)，支持頻域預(yù)補(bǔ)償以對(duì)抗高速移動(dòng)帶來的多普勒頻偏。

（1）基于多TRP的PDCCH、PUCCH和PUSCH增強(qiáng)

在多TRP的PDCCH可靠性增強(qiáng)方面，Rel-17引入了使能承載兩個(gè)TCI狀態(tài)的PDCCH傳輸，分別用于指示兩個(gè)TRP相關(guān)傳輸?shù)腝CL參考。對(duì)于單頻點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（single frequency network，SFN），通過將給定搜索空間集中的一個(gè)候選PDCCH與相應(yīng)控制資源集（control resource set，CORESET）中兩個(gè)TCI狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)承載兩個(gè)TCI狀態(tài)的PDCCH傳輸。對(duì)于非單頻點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，Rel-17主要研究了以下3種方案。

無重復(fù)傳輸方案：每個(gè)TRP傳輸部分編碼/速率匹配后的PDCCH。該方案可以獲得更高的編碼增益，但是如果UE與某一TRP間的鏈路中斷（如FR2頻段的遮擋），將導(dǎo)致PDCCH難以被正確解碼。

重復(fù)傳輸方案：每個(gè)TRP分別重復(fù)傳輸編碼/速率匹配后的PDCCH，其中每次重復(fù)傳輸具有相同數(shù)量的控制信道元素（control channel element，CCE）和編碼比特，并對(duì)應(yīng)相同的DCI有效載荷。該方案具有更好的魯棒性，但是編碼增益較低。

多次傳輸機(jī)會(huì)方案：即采用多次獨(dú)立的DCI調(diào)度、相同的PDSCH接收或PUSCH傳輸，其中多次DCI傳輸可位于相同時(shí)隙或不同時(shí)隙。以4次PDCCH重復(fù)傳輸調(diào)度4次PDSCH接收為例，分別記作PDCCH1～4與PDSCH1～4，則PDCCH1調(diào)度PDSCH1～4的接收，PDCCH2調(diào)度PDSCH2～4的接收，以此類推。該方案中，由于PDCCH的DCI載荷不同，難以對(duì)PDCCH進(jìn)行軟合并[15]，但是由于PDCCH可以位于相同的時(shí)隙內(nèi)傳輸，因此具有更低的時(shí)延。

最終，基于各公司仿真分析和討論，選擇上述重復(fù)傳輸方案作為非單頻點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的多TRP場(chǎng)景下PDCCH傳輸方案，該方案在傳輸性能和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的影響兩方面可以達(dá)到更好的平衡[16-17]。

在多TRP的PUSCH可靠性增強(qiáng)方面，Rel-17支持基于單DCI的多TRP PUSCH重復(fù)傳輸方案，整體方案基于Rel-16的PUSCH重復(fù)傳輸。另外，為支持多TRP PUSCH重復(fù)傳輸，至多需要支持兩個(gè)波束，因此，需要定義PUSCH重復(fù)傳輸與波束的映射方式。PUSCH重復(fù)傳輸與波束映射方式示意圖如圖2所示，Rel-17主要研究了以下3種映射模式。

循環(huán)映射模式：即第1個(gè)、第2個(gè)波束分別應(yīng)用到第1個(gè)和第2個(gè)PUSCH重復(fù)傳輸上，以此類推，完成剩余PUSCH重復(fù)傳輸與波束的映射。

順序映射模式：即第1個(gè)波束應(yīng)用到第1個(gè)和第2個(gè)PUSCH重復(fù)傳輸，第1個(gè)波束應(yīng)用到第3和第4個(gè)PUSCH重復(fù)傳輸，以此類推。

對(duì)半映射模式：即第1個(gè)波束應(yīng)用到前一半PUSCH重復(fù)傳輸，第2個(gè)波束應(yīng)用到后一半PUSCH重復(fù)傳輸。

圖2 PUSCH重復(fù)傳輸與波束映射方式示意圖

Rel-17最終采納了循環(huán)映射與順序映射模式，并且當(dāng)PUSCH重復(fù)傳輸次數(shù)大于2時(shí)，循環(huán)映射對(duì)UE來說是可選項(xiàng)。除波束映射外，為使能多TRP的PUSCH重復(fù)傳輸，還需要支持通過DCI格式0_1/0_2指示兩個(gè)探測(cè)參考信號(hào)資源指示（SRS resource indicator，SRI）和兩個(gè)傳輸預(yù)編碼矩陣指示（transmitted precoding matrix indicator，TPMI），并且SRS資源集的最大數(shù)量需要增加至兩個(gè)，以為UE向兩個(gè)TRP的上行傳輸分別配置相關(guān)資源及傳輸信息。對(duì)于基于碼本（codebook based）的PUSCH重復(fù)傳輸方案，DCI格式0_1/0_2中包含兩個(gè)SRI字段與兩個(gè)TPMI字段，其中兩個(gè)SRI字段分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)SRS資源組，每個(gè)SRI字段指示一個(gè)TRP的SRI信息，并沿用Rel-15/Rel-16框架；兩個(gè)TMPI字段中，第1個(gè)TMPI字段沿用Rel-15/Rel-16的TPMI設(shè)計(jì)，第2個(gè)TPMI字段只包含TPMI索引，兩個(gè)TPMI采用相同的傳輸層數(shù)，由第1個(gè)TMPI字段指示。對(duì)于非碼本（non-codebook based）PUSCH，DCI格式0_1/0_2中包含兩個(gè)SRI字段，與基于碼本的SRI字段類似，但是僅第1個(gè)SRI字段沿用Rel-15/Rel-16框架，第2個(gè)SRI字段指示的SRS資源索引基于第1個(gè)SRI字段指示的傳輸層數(shù)確定。

在多TRP的PUCCH可靠性增強(qiáng)方面，Rel-17支持時(shí)分多PUCCH傳輸，且每個(gè)PUCCH傳輸可采用不同的發(fā)送波束。對(duì)于多PUCCH傳輸，Rel-17研究了如下3種方案。

多TRP時(shí)隙間重復(fù)傳輸：一個(gè)PUCCH資源攜帶上行控制信息（uplink control information，UCI），另一個(gè)或更多的PUCCH資源或者相同的PUCCH資源在另一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙攜帶UCI的重復(fù)傳輸。

多TRP時(shí)隙內(nèi)跳波束（beam hopping）傳輸：UCI在一個(gè)PUCCH資源內(nèi)傳輸，其中不同的符號(hào)集合使用不同的波束進(jìn)行傳輸。

多TRP時(shí)隙內(nèi)重復(fù)傳輸：一個(gè)PUCCH資源攜帶UCI，另一個(gè)或更多的PUCCH資源或者相同的PUCCH資源在另一個(gè)或多個(gè)子時(shí)隙攜帶UCI的重復(fù)傳輸。

目前協(xié)議支持了時(shí)隙間重復(fù)傳輸以及時(shí)隙內(nèi)重復(fù)傳輸，且均支持所有PUCCH格式。對(duì)于多TRP時(shí)隙間重復(fù)傳輸，可配置上行波束的循環(huán)映射或者順序映射，并且當(dāng)重復(fù)傳輸次數(shù)大于2時(shí)，循環(huán)映射對(duì)UE來說是可選的；對(duì)于多TRP時(shí)隙內(nèi)重復(fù)傳輸，攜帶UCI的相同PUCCH資源在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)重復(fù)傳輸兩次。

（2）基于多TRP的波束管理增強(qiáng)

Rel-15/Rel-16支持非組波束上報(bào)（non-group-based beam reporting）和組波束上報(bào)（group-based beam reporting）兩種上報(bào)模式。對(duì)于非組波束上報(bào)，UE對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置的多個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并上報(bào)一個(gè)或多個(gè)測(cè)量結(jié)果（包括波束指示信息及對(duì)應(yīng)的L1-RSRP信息）；對(duì)于組波束上報(bào)，需要UE具備同時(shí)接收多個(gè)下行波束傳輸?shù)哪芰?，UE在一次報(bào)告中基于不同的組分別上報(bào)一個(gè)或多個(gè)測(cè)量結(jié)果。Rel-17沿用Rel-15/Rel-16的上述波束上報(bào)模式，對(duì)多TRP間波束配對(duì)的測(cè)量上報(bào)進(jìn)行增強(qiáng)，以使能多天線面板UE同時(shí)接收來自多TRP的下行傳輸；另外，針對(duì)TRP的波束失敗恢復(fù)（beam failure recovery，BFR）進(jìn)行增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)BFR流程的優(yōu)化，以盡可能早地檢測(cè)到一個(gè)或多個(gè)TRP的波束失敗事件并采取相應(yīng)波束恢復(fù)策略。

對(duì)于多TRP測(cè)量上報(bào)增強(qiáng)，Rel-17支持一個(gè)單獨(dú)CSI上報(bào)中包含個(gè)波束對(duì)/波束組（的最大值可以為{1,2,3,4}，具體決于UE能力），其中每波束對(duì)/波束組包含（=）個(gè)波束，且UE可以同時(shí)接收同一波束對(duì)/波束組內(nèi)的不同波束。網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過將不同的TRP與同一波束組內(nèi)的不同波束相關(guān)聯(lián)，從而使能UE同時(shí)接收多個(gè)TRP發(fā)送的不同波束。UE同時(shí)接收多個(gè)TRP發(fā)送的不同波束示意圖如圖3所示，波束1和波束2由TRP1傳輸，波束3和波束4由TRP2傳輸，且波束2與波束3屬于同一波束組，則UE可以同時(shí)接收波束2與波束3。

圖3 UE同時(shí)接收多個(gè)TRP發(fā)送的不同波束示意圖

對(duì)于針對(duì)TRP的BFR增強(qiáng)，Rel-17支持為每個(gè)TRP分別配置波束失敗檢測(cè)參考信號(hào)（beam failure detection-reference signal，BFD-RS）集合以及新波束指示參考信號(hào)（new beam indication-reference signal，NBI-RS）集合，從而使能了針對(duì)TRP的波束失敗檢測(cè)。針對(duì)TRP的波束恢復(fù)示意圖如圖4所示，當(dāng)TRP2發(fā)生波束失敗時(shí)，UE可以針對(duì)該TRP執(zhí)行單獨(dú)的BFR流程，而無須等到所有波束鏈路全部失敗時(shí)才啟動(dòng)BFR，有效地提升了傳輸魯棒性。

圖4 針對(duì)TRP的波束恢復(fù)示意圖

圖5 HST場(chǎng)景示意圖[19]

（3）基于多TRP的HST-SFN部署增強(qiáng)

HST是NR部署的一個(gè)重要場(chǎng)景，其關(guān)鍵特性在于保障UE的一致性體驗(yàn)以及高移動(dòng)速度（500 km/h[18]）下的通信可靠性。HST-SFN是高鐵場(chǎng)景中的一種重要部署方式，HST場(chǎng)景示意圖如圖5所示[19]，其特點(diǎn)在于多個(gè)射頻拉遠(yuǎn)頭（remote radio head，RRH）通過光纖連接到一個(gè)基帶處理單元（baseband unit，BBU）并共享相同的PCI，以盡可能減少切換頻次，從而改善用戶體驗(yàn)[20]。

HST-SFN場(chǎng)景下，高移動(dòng)性帶來了非常大的多普勒偏移，以500 km/h為例，3.5 GHz頻段的多普勒頻偏高達(dá)1.6 kHz[21]。為提升HST-SFN場(chǎng)景下的性能，需要研究頻率預(yù)補(bǔ)償方案并進(jìn)行頻率校準(zhǔn)。Rel-17在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作中，基于如下頻率偏移預(yù)補(bǔ)償方案開展研究討論[22-23]。

步驟1 TRP傳輸無預(yù)補(bǔ)償?shù)母檯⒖夹盘?hào)（tracking reference signal，TRS）。

步驟2 UE基于接收到的TRS確定相應(yīng)的載波頻率，并在該載波頻率上傳輸SRS/PUSCH。

步驟3 TRP基于步驟2接收到的SRS/ PUSCH確定預(yù)補(bǔ)償?shù)念l率偏移。

基于上述步驟，頻率偏移預(yù)補(bǔ)償方案示意圖如圖6所示，TRP1與TRP2連接至同一BBU且它們之間具有理想回程。首先，TRP1與TRP2分別向UE傳輸TRS1與TRS2，中心頻點(diǎn)為c，則UE檢測(cè)到的TRS頻點(diǎn)分別為c+1與c+2，其中，1、2分別表示兩個(gè)TRS的頻率偏移。隨后，UE基于接收到的TRS確定SRS的載波頻率為c’，并向兩個(gè)TRP發(fā)送SRS。此時(shí)，TRP1接收到的SRS頻點(diǎn)為c’?1，TRP2接收到的SRS頻點(diǎn)為c’+2，假設(shè)以TRP1作為頻率預(yù)補(bǔ)償?shù)腻^點(diǎn)，則通過將上述兩頻點(diǎn)相減便可以得到TRP2的預(yù)補(bǔ)償值為Δ=1?2。最后，TRP2將TRS2的頻點(diǎn)調(diào)整為c+Δ，則兩個(gè)TRP到UE的TRS的頻率便實(shí)現(xiàn)了對(duì)齊，進(jìn)而可以完成頻率預(yù)校準(zhǔn)。

圖6 頻率偏移預(yù)補(bǔ)償方案示意圖

2 Rel-18 MIMO增強(qiáng)展望

傳統(tǒng)無線通信業(yè)務(wù)的容量需求以下行為主，如刷視頻、下載等，因此，5G系統(tǒng)在前期指標(biāo)設(shè)定上對(duì)下行容量、速率提出了遠(yuǎn)高于上行的指標(biāo)要求。但是隨著人們娛樂、工作、生活方式的改變，逐漸出現(xiàn)了以上行速率為主要訴求的新型業(yè)務(wù)，如高清視頻直播、安全監(jiān)控、機(jī)器視覺以及擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)等[24-25]。為解決這些以上行為中心的業(yè)務(wù)需求，推動(dòng)無線通信系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，2021年12月的3GPP RAN第94次全會(huì)上，通過了Rel-18 MIMO演進(jìn)增強(qiáng)項(xiàng)目立項(xiàng)[26]，著重聚焦上行MIMO增強(qiáng)及下行MIMO的持續(xù)演進(jìn)。

在上行容量增強(qiáng)方面，Rel-18 MIMO主要聚焦3個(gè)方面工作，包括研究擴(kuò)展正交DMRS端口數(shù)目的方案，以使能更多數(shù)據(jù)流的上、下行傳輸；針對(duì)特定UE類型，如客戶終端設(shè)備（customer premise equipment，CPE）、固定無線接入設(shè)備、車載及工業(yè)設(shè)備，研究使能4流或更多流數(shù)的上行傳輸增強(qiáng)；針對(duì)上述特定UE類型，研究多天線面板同時(shí)進(jìn)行上行傳輸?shù)脑鰪?qiáng)方案。

在MIMO的持續(xù)演進(jìn)方面，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作主要包括：CSI上報(bào)增強(qiáng)，主要針對(duì)FR1中/高速場(chǎng)景下的UE，利用時(shí)域相關(guān)或多普勒域信息輔助下行預(yù)編碼；相干聯(lián)合傳輸場(chǎng)景下CSI獲取增強(qiáng)；基于Rel-17上、下行統(tǒng)一TCI框架下進(jìn)一步擴(kuò)展，以支持多TRP場(chǎng)景的TCI狀態(tài)指示。

根據(jù)目前的時(shí)間計(jì)劃安排，Rel-18 MIMO的標(biāo)準(zhǔn)化工作預(yù)計(jì)于2023年12月完成核心部分的標(biāo)準(zhǔn)化工作，2024年6月完成性能部分的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

3 結(jié)束語

伴隨著無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，大規(guī)模MIMO技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作也在持續(xù)演進(jìn)。從Rel-15到Rel-17，MIMO在CSI設(shè)計(jì)/上報(bào)、多TRP傳輸、波束管理等方面完成了一系列增強(qiáng)工作，在提升無線系統(tǒng)的傳輸性能、可靠性及魯棒性方面發(fā)揮了重要作用。面向Rel-18，MIMO在持續(xù)演進(jìn)的同時(shí)，更加關(guān)注新型業(yè)務(wù)對(duì)上行容量的需求，致力于為5G多樣化的業(yè)務(wù)發(fā)展打造好堅(jiān)實(shí)的無線通信技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] 童輝. 5G新空口設(shè)計(jì):如何從LTE拓展與創(chuàng)新[J]. 電信科學(xué), 2019, 35(7): 17-26.

Tong H. 5G new radio design: why/how to extend/innovate from LTE[J]. Telecommunications Science, 2019, 35(7): 17-26.

[2] 劉曉峰, 孫韶輝, 杜忠達(dá), 等. 5G無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[M]. 北京：人民郵電出版社, 2019.

Liu X F, Sun S H, Du Z D, et al. 5G wireless system design and international standard[M]. Beijing: Posts & Telecom Press, 2019.

[3] 林泓池, 孫文彬, 郭繼沖, 等. 5G先進(jìn)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 電信科學(xué), 2018, 34 (8): 34-45.

Lin H C, Sun W B, Guo J C, et al. Research progress of 5G advanced technologies[J]. Telecommunications Science, 2018, 34(8): 34-45.

[4] 王慶揚(yáng), 謝沛榮, 熊尚坤, 等. 5G關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)綜述[J]. 電信科學(xué), 2017, 33 (11): 112-122.

Wang Q Y, Xie P R, Xiong S K, et al. Key technology and standardization progress for 5G[J]. Telecommunications Science, 2017, 33(11): 112-122.

[5] 3GPP. Revised WID: enhancements on MIMO for NR: TSG RAN #82. RP-182863[S]. 2018.

[6] 3GPP. New WID: further enhancements on MIMO for NR: TSG #RAN 86. RP-193133[S]. 2019.

[7] 3GPP. Revised WID: further enhancements on MIMO for NR: TSG #RAN 92. RP-211586[S]. 2021.

[8] 3GPP. User equipment (UE) radio transmission and reception (Release 17): TS 38.101-1. V 17.4.0[S]. 2021.

[9] 沈嘉, 杜忠達(dá), 張治, 等. 5G技術(shù)核心與增強(qiáng):從R15到R16[M]. 北京：清華大學(xué)出版社, 2021.

Shen J, Du Z D, Zhang Z, et al. 5G NR and enhancements from R15 to R16[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2021.

[10] 3GPP. Physical layer procedures for data (Release 17): TS 38.214. V 17.0.0[S]. 2021.

[11] 3GPP. Multi-beam enhancements: TSG RAN1 #104-e. R1-2101186[S]. 2021.

[12] 3GPP. Change request: Introduction of further enhancements on MIMO for NR: TSG RAN1 #107-e. R1-2112949[S]. 2021.

[13] 3GPP. Moderator summary#2 for multi-beam enhancement: TSG RAN1 #103-e. R1-2009499[S]. 2020.

[14] 3GPP. Enhancements on multi-TRP for reliability and robustness in Rel-17: TSG RAN1 #102-e. R1-2006391[S]. 2020.

[15] 3GPP. Multi-TRP enhancements for PDCCH, PUCCH and PUSCH: TSG RAN1 #103-e. R1-2007764[R]. 2020.

[16] 3GPP. Enhancements on multi-TRP for PDCCH, PUCCH and PUSCH: TSG RAN1 #103-e. R1-2008149[S]. 2020.

[17] 3GPP. On PDCCH, PUCCH and PUSCH enhancements with multiple TRPs: TSG RAN1 #103-e. R1-2009223[S]. 2020.

[18] ITU-R Report M.2083. IMT vision-framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond[R]. 2015.

[19] 3GPP. Study on scenarios and requirements for next generation access technologies (Release 16): TR 38.913. V 16.0.0[S]. 2020.

[20] 3GPP. Enhancements on HST-SFN: TSG RAN1 #102-e. R1-2006132[S]. 2020.

[21] 3GPP. Enhancements on HST-SFN deployment: TSG RAN1 #102-e. R1-2006204[S]. 2020.

[22] 3GPP. Enhancements on HST-SFN: TSG RAN1 #105-e. R1-2105294[S]. 2021.

[23] 3GPP. Enhancements on HST multi-TRP deployment in Rel-17: TSG RAN1 #106-e. R1-2106467[S]. 2021.

[24] YASTREBOVA A, KIRICHEK R, KOUCHERYAVY Y, et al. Future networks 2030: architecture & requirements[C]//Proceedings of 2018 10th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT). Piscataway: IEEE Press, 2018: 1-8.

[25] SAAD W, BENNIS M, CHEN M Z. A vision of 6G wireless systems: applications, trends, technologies, and open research problems[J]. IEEE Network, 2020, 34(3): 134-142.

[26] 3GPP. New WID: MIMO evolution for downlink and uplink: TSG RAN #94. RP-213598[S]. 2021.

Evolution and standardization progress for NR MIMO enhancement

LI Nanxi, ZHU Jianchi, GUO Jing, YIN Hang, SHE Xiaoming

Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Beijing 102209, China

As one of the key technologies of 5G , massive multiple-input multiple-output (MIMO) has played an important role in the commercial deployment of 5G networks. Based on the deployment experience of 5G systems, 3GPP Release 17 has done a series of standardization work on MIMO evolution enhancement. Focusing on 3GPP standardization work, the standardization progress of related MIMO enhancement schemes, especially for multi-beam enhancement and multi-TRP enhancement, was introduced and analyzed. In the end, potential future work of 3GPP Release 18 MIMO enhancement was summarized.

3GPP, MIMO, multi-beam enhancement, multi-TRP enhancement

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022038

2022?01?26；

2022?03?04

李南希（1990? ），男，博士，中國(guó)電信股份有限公司研究院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榇笠?guī)模天線系統(tǒng)、5G物理層技術(shù)等。

朱劍馳（1981? ），男，中國(guó)電信股份有限公司研究院高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事無線通信技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作，主要研究方向?yàn)?G標(biāo)準(zhǔn)化、物理層技術(shù)等。

郭婧（1992? ），女，中國(guó)電信股份有限公司研究院工程師，主要研究方向?yàn)闊o線通信、物理層技術(shù)、大規(guī)模天線等。

尹航（1994? ），男，中國(guó)電信股份有限公司研究院工程師，主要研究方向?yàn)?G物理層技術(shù)、定位技術(shù)等。

佘小明（1977? ），男，博士，中國(guó)電信股份有限公司研究院教授級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事無線通信技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作，發(fā)表文章50余篇，擁有授權(quán)專利120余項(xiàng)，主要研究方向?yàn)?G/6G無線技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化。