PMI的理解1 原理简单理解电磁波干涉理解PMI首先需要理解电磁波的干涉现象利用该物理原理可以实现波束赋形NR使用的是双极性阵列天线基站要发射信号需要知道给每一根天线馈电时电压调多大幅度以及时间提前或延后多少相位。相位差最关键如果相邻天线的信号有固定的相位差根据干涉原理电磁波就会在特定方向上增强波瓣其他方向抵消。相位差 波束指向角。天线阵元之间的相位差本质上是同一电磁波到达不同空间位置的时间差造成的。这个相位差是波束赋形和所有 MIMO 预编码的物理基础。相位差影响数据能量在空间分布。解释一下下面这个图像这个图像是解释阵列天线接收信号入射波是平面波入射角 θ是以相对y轴偏移阵元0和1相差d。从阵元1向过阵元0的波前作垂线这条垂线上代表等相位波那么阵元1就多了dsinθ的路径阵元直接也有了固定相位差2π * d * sinθ / λ。通过不同阵元的相位差即可得到入射波的入射角度即波束指向角范围在-90度到90度。在发送端同理如果相邻阵元遵循固定相位差2π * d * sinθ / λ发送信号那么波束在空间中的叠加则按照 θ的角度发送。极化在NR天线面板的每一个物理位置上都贴着两根互相交叉成90°的天线振子一根斜向右上45°一根斜向左上45°。这相当于在同一个位置同时提供了两个完全正交互不干扰的“振动方向通道”。极化影响数据振动的方向好处1容量翻倍物理上两个方向的天线振动方向完全正交支持发送两路天线好处2如果两个方向天线发送相同数据可以调整其中一个方向天线数据的相位改变其合成的数据振动方向使其与接收天线振动方向匹配。幅度type1中没有涉及如果给边缘天线少加点电幅度锥削旁瓣就会降低但主瓣会稍微变宽。2 PMI内容CSI的码本配置就是专门为PMI的上报服务的它的所有参数都是为了定义一套或多套预编码矩阵的码本并指导 UE 如何从中选择最优矩阵以及如何将选中的矩阵索引即 PMI组织成 UCI 比特流。PMI的本质终端手机测量下行参考信号CSI-RS后根据信道情况从协议预定义的“码本Codebook”里挑一个最合适的编号索引上报给基站。这个编号背后藏着一组给所有天线用的“幅度值”和“相位值”。基站拿到这个编号查表查出权重照着给天线馈电波束就精准打向手机了。type1目前公网90%以上都是只使用了type1所以我目前只选择理解type1的内容NR的PMI设计非常巧妙它把物理世界的“角度”和“极化”拆成了两部分用两个索引i1 和 i2来表示。拆解type I第一步空间波束选择i1—— 决定“往哪个大致方向打”i1包含宽带宽带信息代表信道长期统计特性比如手机在基站的北偏东30度。NR协议用过采样DFT离散傅里叶变换向量来生成这些波束。你可以把它想象成在基站周围画了密密麻麻的“刻度线”比如32根天线过采样4倍就有128个固定方向。i1就是告诉基站“请选择第N根刻度线对应的移相器组合。”物理上这个权重只改变相位不改变幅度产生一个窄的、高增益的固定指向波束。i1,1和i1,2分别确定水平和垂直方向天线端口的相位偏移值第二步极化之间的共相位i2—— 决定“两个极化天线怎么配合”基站天线通常有双极化45°和-45°。当主波束方向确定后i2负责调整两个极化端口之间的相位差0°90°180°270°。i2 取值两路相位差合成后的“总振动方向”极化姿态物理效果00°同相线极化方向变为垂直或水平取决于面板定义适合手机天线处于垂直姿态190°圆极化电场矢量在空间中旋转适合手机在快速旋转如手持晃动因为圆极化对旋转不敏感2180°反相线极化方向变为水平与i20时正交适合手机天线处于水平姿态3270°圆极化反方向旋转与i21互补应对不同的反射环境物理意义通过调整两个极化的相位差可以改变合成波束的极化状态或者用来在空间上形成正交的两个波束用于Rank 2即双流传输。第三步i1,3空间复用旋钮——在多层Rank1传输中用于确定“除第一层基础波束之外其余所有层所对应的正交波束在空间网格上的偏移量集合”的索引。仅在Rank 大于1多层传输时使用用于选择与第一层由 i1,1/i1,2 决定正交的第二个波束。如何工作i1,3 的值会映射到一组波束偏移量 (k1, k2) 上。系统会用 (i1,1 k1, i1,2 k2) 来生成第二层的预编码向量。这个偏移保证了两个数据流对应的波束在空间上尽可能正交从而在相同资源上传输两个数据流时彼此间的干扰最小。在Rank 1单层时这个参数不存在。它纯粹是为实现空间复用、提升数据传输速率而服务的。结论对于NR Type I单流Rank 1PMI 相位转向向量i1决定方向角 × 极化相位调整i2决定极化匹配共同决定了物理上看到的“波束指向”。3 答疑解惑i1决定空间和i2决定极化两者有什么区别i1特征相位值随着天线面板上物理位置的移动而均匀递增/递减。数学直觉比如水平方向相邻两根天线的相位差固定为 Δφ。第1根相位是 0°第2根是 Δφ第3根是 2Δφ第4根是 3Δφ……形成一个等差数列。物理结果这个“梯度”的大小Δφ直接决定了波束指向哪个角度。Δφ 大波束偏转角大Δφ 小波束接近法线方向。i1 做的事i1,1 和 i1,2 就是通过DFT向量生成这组沿水平列和垂直行呈线性递增的相位梯度的“斜率值”i2特征这个相位差与天线在面板上的物理位置第几行第几列无关只与“端口属性45°还是-45°”有关。数学直觉面板上所有的 45° 极化天线保持相位 0°而所有的 -45° 极化天线统一额外加上一个固定的相位值 φ比如 90°。无论这根 -45° 天线在面板的左上角还是右下角加的偏置 φ 都是一样的。物理结果这个固定的偏置φ不改变波束指向哪里而是改变电磁波在传播时的“旋转姿态”线极化变圆极化等以匹配信道和接收天线。i2 做的事在整个预编码矩阵中给第二组极化天线-45°统一乘以 e^(j*φ)这就是所谓的“共相位Co-phasing”因子。因为 i1梯度相位通常由大尺度衰落路径损耗、手机位置决定变化很慢宽带、长期而 i2固定偏置受小尺度衰落多径、极化旋转影响大变化很快子带、短期。所以基站让手机分开报i1 少报几次i2 多报几次大大节省了上行反馈的比特开销。暂时不分析type1 Multi-Panel和type2的PMI后续补充。链接: 5G NR CSI Report中关于codebook/PMI的理解.