5G网络下行传输模式设置对不同商用终端影响的研究

　　【摘要】 第五代移动通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 本文通过5G网络设置不同的下行传输模式：基于PMI的传输模式、基于SRS的传输模式和基于最佳波束/PMI/SRS自适应的传输模式进行测试，来验证不同下行传输模式对采用1T2R的5G商用终端和采用1T4R的5G商用终端下行能力的影响，最终确认当5G网络下行传输模式设置为基于最佳波束/PMI/SRS自适应模式时，支持1T4R手机终端能够充分发挥优势，有效提升终端数据吞吐能力‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　【关键词】 波束赋形 PMI SRS

　　一、关键技术

　　1.1 空分复用

　　空分复用(Spatial Multiplexing)通常也称为MIMO(Multi-Input-Multi-Output)传输，以反映空分复用中的信道拥有多输入(multiple inputs，对应gNB侧有多根发射天线)多输出(multiple outputs，对应UE侧有多根接收天线)，而更具体的术语是单用户MIMO，即SU-MIMO，以便同MU-MIMO进行区分‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　1.2 天线端口

　　下行多天线技术是NR标准的一项关键技术。 不同的天线的下行信号会使用不同的多天线预编码，通过不同的无线信道到达终端接收机。 天线端口是一个逻辑上的概念，定义为当一个OFDM符号通过一个天线端口传输，它所经历的信道和在该天线端口传输的其他OFDM符号传输经历的信道是相同的。

　　1.3PMI模式和SRS模式原理

　　按照现网默认参数配置，网络侧主要基于PMI反馈的波束赋形即基站发送用于PMI测量的CSI-RS，UE进行下行信道质量的测量，向基站反馈PMI/CQI/RI信息，基站根据UE的反馈选择最优的PMI码本进行波束赋型，基于PMI的BF受终端性能影响较大，存在很大的不确定性。 相比较于PMI的波束赋形，基于SRS的波束赋形又称开环空分复用模式，利用TDD系统的互易性，基站通过由上行SRS估计出的信道H来计算波束赋形的权值，基于SRS BF性能明显好于基于PMI BF，具体原因如下：

　　SRS模式信道空间信息大于PMI模式;

　　PMI模式通过UE反馈的PMI码本进行波束赋形，而码本个数是有限;

　　二、下行传输模式现网对比测

　　2.1 测试环境

　　a .终端版本【HuaWei Mate20X】

　　b.环境配置【测试场景及站点规模】

　　商务区某路段7个NSA站点; 商务区全线24个NSA站点

　　场景：城区1~4级道路，居民区及立交桥，下穿隧道等

　　2.2 相关参数设置及测试用例

　　备注：用例1-3测试是在未清频区域验证，故WBP修改为60M，用例4测试是在清频区域验证，故WBP是100M。

　　2.3 不同下行传输模式对比测试结果

　　a.固定基于PMI的传输模式

　　在基于固定PMI的传输方案配置下，1T2R终端和1T4R终端测试结果差异不大，各项指标基本相当。

　　b.固定基于SRS的传输模式

　　在基于SRS的传输方案配置下，1T2R终端和1T4R终端测试结果差异较大，单位时间下行吞吐量将近25%的提升。

　　c.基于最佳波束/PMI/SRS自适应的传输模式

　　在基于最佳波束/PMI/SRS的BF传输方案配置下，1T2R终端和1T4R终端测试结果差异较大，下行吞吐量将近30%的提升。

　　2.3 结论：

　　a.三种传输模式相比，综合考虑1T2R终端和1T4R终端的结果，自适应模式下的性能表现最优。 测试指标1T4R终端的下行速率提升达29.27%。

　　b.基站通过下行AMC流程来维护信道SINR值，进而可以确定当前用来传输数据的最佳方案(即RI和传输模式)，而终端基于CSI-RS和SRS上报的CQI，SINR等都是系统侧AMC计算的入参。

　　c.在固定PMI模式下，当基站侧收到UE上报的CRI-RI-PMI-CQI后，根据RI在相应的预编码矩阵索引表中查找到对应的PMI，然后使用该预编码矩阵做数据发送。 基站预先存储的预编码矩阵是固定写死的，并不一定适合真实信道条件，存在一定的偏差，是比较粗放式的传输方案。

　　d.在SRS模式下，基站通过上行SRS信道估计获取下行的赋型权值，然后通过相关天线端口进行传输，UE侧利用这些端口上的DMRS进行解调。 基于SRS的BF不仅可以获取空间复用增益，同时也可以通过获取合适的赋型权值来获取赋型增益。

　　但同时该传输模式对上行信道反馈的及时性要求较高，不适用于信道质量衰落较快的场景，例如高铁，航线等高速场景。

　　通信论文投稿刊物：《无线通信技术》(季刊)创刊于1971年，由信息产业部电信科学技术第四研究所主办。本刊是一本有关无线电通信领域的专业性技术刊物，国内外公开发行。本刊坚持理论密切联系实际，以实用化为主的办刊方针，探讨通信理论，提供技术成果，介绍技术标准，交流维护经验。

　　三、结束语

　　针对三种不同下行传输模式对比，综合考虑1T2R终端和1T4R终端的差异，通过多组数据对比研究，最佳波束/PMI/SRS自适应的传输模式下的性能表现最优，无论是比较主流的华为、天机、oppo，或者是大众化的小米，5G手机的性能从网页浏览、游戏等都表现出比较好的效果，能够更好地发挥5G手机的性能优势。

　　经过多次测试数据对比验证，伴随着设备版本的更新，相比较PMI模式而言，5G网络侧下行传输模式设置为最佳波束/PMI/SRS自适应模式，5G商用终端手机平均吞吐量可以提升29%左右，从而将1T4R主流手机的效能发挥到最大化。

　　参考文献：

　　[1] LARSSON E G,EDFORS O,TUFVESSON F,et al.Massive MIMOfor next generation wireless Systems[J].IEEE

　　[2] 5G大规模波束赋形技术综述[J]. 孙韶辉,高秋彬,苏昕,李辉. 无线电通信技术. 2019(06)

　　[3] 5G Massive MIMO的优化思路探讨[J].许国平，王勇 邮电设计技术.2020[01]

　　作者：王彦

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