CSI-RS在信道中传输的过程

简单介绍CSI-RS信号生成，在信道中传输和接收的过程

1.载波配置

首先需要配置载波相关的参数

系统带宽和子载波间隔

5G NR中，系统带宽和子载波间隔是两个关键参数，共同决定无线资源的分配和使用

• 系统带宽
  5G NR支持广泛的系统带宽，从5 MHz到400 MHz不等。具体的带宽选择依赖于频段和应用场景。5G NR定义了两大频段范围：
  FR1（Frequency Range 1）：450 MHz至6 GHz，通常称为Sub-6 GHz频段。
  FR2（Frequency Range 2）：24.25 GHz至52.6 GHz，通常称为毫米波频段（mmWave）。
• 子载波间隔
  5G NR采用灵活的子载波间隔设计，以适应不同的应用需求和频谱条件。主要的子载波间隔包括：
  5G NR采用灵活的子载波间隔设计，以适应不同的应用需求和频谱条件。主要的子载波间隔包括：
  1.15 kHz：常用于FR1频段，适用于低频段（如600 MHz、700 MHz）的应用。
  2.30 kHz：常用于FR1频段，适用于中频段（如3.5 GHz）的应用。
  3.60 kHz：常用于FR1和FR2频段，适用于高频段（如28 GHz）的应用。
  4.120 kHz：常用于FR2频段，适用于更高频段（如39 GHz）的应用。
  5.240 kHz：在某些特定高频应用中可以使用。
• 系统带宽和子载波间隔的关系
  系统带宽和子载波间隔的组合决定了资源块（Resource Block, RB）的数量。每个资源块包含12个子载波，因此子载波间隔越大，支持的系统带宽内的资源块数量就越少。
• 总结
  1.系统带宽决定了可以使用的频谱范围，从5 MHz到400 MHz不等。
  2.子载波间隔（15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz、240 kHz）提供了灵活性，以满足不同的频谱条件和应用需求。
  3.资源块数量取决于系统带宽和子载波间隔的组合，影响了无线资源的分配效率

子载波间隔和帧结构（TS 38.211-4.3）

帧，子帧，时隙，符号的关系和子载波间隔有关，子载波间隔为$15\ast 2^{\mu }$,则它们之间的关系如下所示。帧和子帧的换算始终是1帧=10子帧（10ms）。即一个子帧为1ms.

$N_{slot}^{subframe}=2^{\mu }$
$N_{slot}^{frame}=2^{\mu }$
时隙号：以子帧为单位，从0开始编号到一个子帧的时隙个数-1

下行链路的资源块数量

系统带宽和子载波间隔的组合决定了资源块（Resource Block, RB）的数量。每个资源块包含12个子载波，因此子载波间隔越大，支持的系统带宽内的资源块数量就越少。下表展示了不同系统带宽和子载波间隔组合下的资源块数量

每个资源块的子载波数量

在5G NR（New Radio）系统中，每个资源块（Resource Block，RB）包含固定数量的子载波。无论子载波间隔（Subcarrier Spacing, SCS）如何，每个资源块总是包含12个子载波。这一设计使得资源分配和管理更加简单和统一。

子载波总数

子载波总数=下行链路的资源块数量*每个资源块的子载波数量

一个时隙每不包括循环前缀的样本数量

一般情况下，一个时隙包含14个OFDM符号

载波偏移

载波偏移（Carrier Frequency Offset, CFO）是指接收信号的载波频率与发射信号的载波频率之间的偏差。

2.CSI-RS基本配置

见：CSI-RS
给出csi-rs传输过程中的基本配置（不包括周期和报告等配置）

3.生成CSI-RS信号和索引

• 生成cinit
  

• cinit转换成二进制

• x1,x2初始化，生成c(n),（大小为N，N可设置为：2*CSI-RS符号数量）。共L个c(n), L为CSI-RS所占的OFDM符号个数。

• QPSK调制c(n)序列得到r(n)（大小为N/2）共l个r（n）

• 生成参考信号，返回参考信号的各种信息
  

4.信号功率设置

给定sinr以及对应的信号功率E和噪声功率N
给生成的参考信号加功率
a(k,l) = sqrt(E)*a(k,l);

5.初始化资源栅格，将CSI-RS资源映射到资源栅格

6.实施OFDM调制

见：OFDM（正交频分复用）
生成时域波形信号

7.发射波形经过信道传输

常见的信道模型

信道模型	描述	应用场景
高斯信道	假设传输过程中只有加性白高斯噪声（AWGN），不考虑多径效应、衰落和其他干扰。	理论分析和系统设计的基础
瑞利信道	适用于没有直视路径（NLOS）的多径环境，信号路径的振幅服从瑞利分布。	城市环境中的信号传输
莱斯信道	适用于存在直视路径（LOS）和多径反射路径的环境，信号振幅服从莱斯分布。	存在强直视路径的环境，如卫星通信
Nakagami信道	更通用的衰落模型，通过调整形状参数模拟不同的衰落条件。	多种无线环境
延迟扩展信道	考虑信号通过不同路径到达接收端的时间延迟差异，导致频率选择性衰落。	室内无线信道，如Wi-Fi
多普勒效应信道	由于发射端或接收端的相对运动导致信号频率发生偏移。	移动环境中的信号传输
时变瑞利信道	瑞利信道随时间的变化，适用于移动环境。	移动通信
对数正态阴影衰落信道	由于障碍物遮挡信号，信号强度呈对数正态分布衰落。	大尺度路径损耗描述
WINNER模型	综合信道模型，适用于多种无线场景（如室内、城市、郊区等）。	综合性能评估
3GPP信道模型	为蜂窝通信系统定义的信道模型，描述多种场景下的多径和阴影衰落特性。	蜂窝网络（如LTE和5G NR）性能评估

一般用高斯信道进行模拟
rxWaveform = txWaveform + noise;
噪声为高斯白噪声，符合正太分布

8.接收端OFDM解调

接收端进行OFDM解调，得到接收端的资源栅格

9.测量

之后便可以利用接收端的资源栅格和发射端生成的CSI-RS信号进行测量

以上是一个比较简单的CSI-RS信号从发射端生成，信道中传输到接收端接收的过程。
利用这一过程可以计算RSRP,RSSI,RSRQ和SINR。
当然，CSI-RS信号可以用在不同的场景中（波束管理，移动性管理，信道状态信息测量，时频跟踪，速率匹配），此时就需要更多配置信息。

matlab代码

%%--------------CSI-RS传输-------------%%%% 载波配置
carrier = nrCarrierConfig;
carrier.NSlot = 1; %选择第二个时隙
carrier.NSizeGrid = 264; %% CSI-RS配置
csirs = nrCSIRSConfig;
% CSI-RS resource             #0       #1       #3
csirs.CSIRSType           = {'nzp',   'nzp',   'nzp'}; %非零功率CSI-RS
csirs.CSIRSPeriod         = {[10 1],  [10 1], [10 1]};%每10个子帧传输一次CSI-RS,1代表没有偏移
csirs.RowNumber           = [1        1         1 ]; % Single port (3000) CSI-RS resources
csirs.Density             = {'three', 'three', 'three'};%一个PRB有三个RE用于CSI-RS
csirs.SymbolLocations     = {4,       6,         10};%定义了在一个时隙中，CSI-RS信号所在的OFDM符号索引。这里分别设置为6和10
csirs.SubcarrierLocations = {0,       1,          2};%设置CSI-RS的子载波位置。0表示CSI-RS从第一个子载波开始放置
csirs.NumRB               = [264,      264       ,264]; % Measurement bandwidth in terms of number of resource blocks%% 生成CSI-RS符号和索引
ind = nrCSIRSIndices(carrier,csirs,'OutputResourceFormat','cell'); %计算CSI-RS信号的资源元素（RE)索引
sym = nrCSIRS(carrier,csirs,'OutputResourceFormat','cell');%生成CSI-RS信号的复数符号%% 信号和功率设置
SINRdB0 = 3; % For CSI-RS #0
SINRdB1 = 10; % For CSI-RS #1
SINRdB2 = 15; % For CSI-RS #2
NocdBm = -94.65;
NocdB = NocdBm - 30;
Noc = 10^(NocdB/10);
%功率缩放
% Power scaling of CSI-RS resource #0
SINR0 = 10^(SINRdB0/10);     % linear Es/Noc
Es0 = SINR0*Noc;
% Power scaling of CSI-RS resource #1
SINR1 = 10^(SINRdB1/10);     % linear Es/Noc
Es1 = SINR1*Noc;
% Power scaling of CSI-RS resource #2
SINR2 = 10^(SINRdB2/10);
Es2 = SINR2*Noc;%% 初始化载波资源栅格，将CSI-RS资源映射到资源栅格中
txGrid = nrResourceGrid(carrier,1);
txGrid(ind{1}) = sqrt(Es0)*sym{1};
txGrid(ind{2}) = sqrt(Es1)*sym{2};
txGrid(ind{3}) = sqrt(Es2)*sym{3};% Plot the carrier grid for two CSI-RS resources
%plotGrid(size(txGrid),ind)%实施OFDM调制
[txWaveform,ofdmInfo] = nrOFDMModulate(carrier,txGrid);%发射波形加高斯信道，OFDM解调
% Generate the noise
rng('default');  % Set RNG state for repeatability
N0 = sqrt(Noc/(2*double(ofdmInfo.Nfft)));
noise = N0*complex(randn(size(txWaveform)),randn(size(txWaveform)));
% Add AWGN to the transmitted waveform
rxWaveform = txWaveform + noise;
rxGrid = nrOFDMDemodulate(carrier,rxWaveform);%% 测量
meas = nrCSIRSMeasurements(carrier,csirs,rxGrid);