5G波束训练中的QCL准共址技术

5G波束训练之QCL技术
QCL(Quasi Co-Location)–准共址的概念：（上行无此概念）
Two antenna ports are said to be quasi co-located if the large-scale properties of the channel over which a symbol on one antenna port is conveyed can be inferred from the channel over which a symbol on the other antenna port is conveyed.
意思是发送符号的目标信号与参考信号的Antenna Port（两个端口）特性比较相似接近
Antenna Port：同一端口上，一个符号经历的信道状态可以从另一个符号经历的信道状态推断出来。

QCL：不同端口上，其中一个端口的符号经历的信道的大尺度属性，可以从另一个端口上的符号的大尺度属性推断出来。

比如两个不同的信号从两个挨得很近的天线上发射，由于衰落，他们经历的信道状态可能不一样，但是两个信道的大尺度参数可能相同，这种情况，两个信号虽然对应不同的antenna port，但是他们却是quasi co-colated的
追本溯源，QCL的诞生来源于CoMP 协同多点传输技术、Multi-TRP/Panel的出现，涉及多个站点或者天线面板朝向不同的多个扇区。

例如当UE接收不同站点发出的信号时，各个接入点在空间上的差异会导致信道参数的差别。

因此，NR系统引入新的QCL参数，配置不同参考信号之间的信道特性关系，可用于表征波束对信道特性的影响。

5G NR通过大规模阵列天线不仅在业务信道，同时在广播、控制信道都可以实现窄波束赋型，同时为了提升系统资源效率，取消了小区级公共参考信号，取而代之，以SSB或者CSI-RS波束测量作为UE的测量电平参考，这就需要一套天线端口传输的近似信道条件假设，辅助UE进行信道传输的测量与估计。

5G NR通过传递TCI（Transmission Configuration Indicator）通知UE关于信道条件假设，这一整套机制不仅适用于PDSCH信道解调，同时也适用于PDCCH信道解调。

5G NR通过高层信令可以预先配置一系列信道条件关联关系，每一种关联关系以一个TCI状态进行标识，而一个TCI状态可以通过TCI-StateId来进行索引，关于PDSCH信道这样的TCI状态最多可以配置128组，而PDCCH信道的TCI状态最多可以配置64组。

每个TCI状态信息包含了配置PDSCH/PDCCH中DMRS天线端口和其他1或2个下行参考信号（DL RS）近似定位关系的参数，这里所谓的下行参考信号可以配置为CSI-RS，也可以是SSB。

由于5G NR没有了类似LTE中CRS 宽波束小区参考信号作为信道评估的参考依据，因此需要在信道评估中指明具体需要参考哪些窄波束的CSI-RS或者SSB配置，UE借助TCI状态配置信息动态评估PDCCH/PDSCH信道传输条件，这就是TCI机制的作用。

每个TCI状态都可以配
置DMRS天线端口与下行参考信号（CSI-RS/SSB）之间的近似定位关系参数，所谓的近似定位关系本质就是一种信道状态假设，英文为quasi co-location，简称QCL。

目前协议规定至多可以配置2个下行参考信号（DL RS），如果高层信令配置了2个下行参考信号，那么这两个参考信号的QCL类型不应该配置一样，其中QCL可以配置为如下类型之一（3GPP-TS 38.214）：
QCL-TypeA：该类型意味着DMRS天线端口与参考信号之间的信号传输条件（或近似定位关系）具有相同的多普勒频移，多普勒扩展，平均时延以及多径时延扩展。

QCL-TypeB：该类型意味着DMRS天线端口与参考信号之间的信号传输条件具有相同的多普勒频移，多普勒扩展。

QCL-TypeC：该类型意味着DMRS天线端口与参考信号之间的信号传输条件具有相同的多普勒频移和平均时延。

QCL-TypeD：该类型意味着空间接收机参数一致，该类型是网络侧对于终端接收天线的一种信道条件约束。

QCL参数指示通过RRC高层配置，由MAC控制消息MAC CE激活并使这些配置得以生效，在DCI中指示；协议规定每个UE最大同时可激活TCI个数为8。

而实际上网络侧可以通过高层参数为每个UE灵活配置M个TCI状态配置，M取值取决于UE的每BWP能够实际支持的最大活跃TCI配置能力，由高层参数maxNumberActiveTCI-PerBWP决定，可选取值分别为{1，2，4，8}。

在独立组网模式下的UE在小区初始接入阶段，解码小区级公共CORESET 0#时无法采取激活高层信令配置TCI状态这一流程机制，因此UE可以默认CORESET 0#与其相关的SSB块在天线平均增益、QCL-TypeA, 和 QCL-TypeD等信道属性保持一致。

通过高层信令配置TCI状态这一机制可以适用于与UE相关的其他CORESET（例如CORESET 1~11），对于非独立组网模式下也可以用来配置CORESET 0#，此种情况下，当MAC CE激活TCI状态后，UE可以按照TCI指示假定下行参考信号的近似定位关系，否则可假定与非竞争随机接入相关的SSB块作为近似定位关系。

除此之外，这一整套与TCI定义相关的物理层流程机制也同样适用于PDSCH 高层参数配置。

5G NR中关于TCI状态相关物理层流程机制最重要的两个关键步骤就如同上述：首先需要高层信令预先配置，之后通过MAC CE消息实现相应的TCI状态参数激活，但在这两个步骤中如果存在异常，例如高层没有配置TCI状态相关参数或者在已经配置TCI一系列状态参数后或者没有收到MAC CE的相关激活指示，UE可以假定PDCCH信道中DMRS天线端口与随机初始接入所关联的SSB存在近似定位关系，或者在切换同步重配过程中，高层配置了一系列TCI状态参数，但没有收到MAC CE的任何一个相关激活指示，UE可以假定PDCCH信道中DMRS天线端口与同步重配流程中的随机接入所关联的SSB或者CSI-RS存在近似定位关系。

除了对于下行控制信道PDCCH进行信道假定，TCI状态所涉及的近似定位关系机制同样可以应用于PDSCH信道，为了提升状态激活的实时性，除了可以通过MAC CE进行对应的TCI状态激活，还可以通过将MAC CE激活指令中携带最大8个TCI状态与DCI格式1-1中的参数字段Transmission Configuration Indication实现匹配，这样就可以通过DCI格式1-1
动态指示PDSCH的信道假设即TCI状态的转换。

这一流程机制可以通过高层参数
tci-PresentInDCI通知UE启用，尽管这一机制对于单载波调度时不一定是必选，但其对于跨载波调度(cross-carrier scheduling)则是必选。

值得一提的是，类似于PDCCH解码过程中可能遇到的一系列特殊情况，例如高层配置了TCI状态，而在接收MAC CE激活指令之前，UE可以假定PDSCH的DMRS天线端口与初始随机接入过程相关的SSB在QCL-TypeA和
QCL-TypeD信道属性上存在近似定位关系；如果高层参数配置启用tci-PresentInDCI，UE 只假定在DCI格式1-1传输TCI参数字段，如果tci-PresentInDCI没有配置在调度相应PDSCH的CORESET中，或者PDSCH由DCI格式1-0调度并且接收到DCI与对应PDSCH的时间间隔大于或等于UE能力门限timeDurationForQCL（该能力门限以OFDM符号数进行取值，针对子载波间隔60kHz，取值为7、14、28，针对子载波间隔120kHz，取值为14、28），UE 则假设PDSCH与PDCCH的信道传输条件（TCI状态或QCL）保持一致，另外如果无论
tci-PresentInDCI启用与否，当接收PDCCH与对应PDSCH的时间间隔小于UE能力配置timeDurationForQCL，UE可以假定PDSCH的DMRS天线端口与相应搜索空间中索引号最低的CORESET所包含的PDCCH的QCL一致；如果UE被配置与跨载波调度相关的CORESET，UE期望启用tci-PresentInDci，同时如果其中一个或者多个服务小区的TCI状态包含QCL-TypeD 近似定位关系，UE期望接收PDCCH与PDSCH之间的时间间隔大于等于timeDurationForQCL，此外，如果没有一个服务小区的TCI状态包含QCL-TypeD，不管PDCCH与PDSCH接收时间间隔如何，UE都可以按照DCI中指示获取QCL假设。

除此之外，5G NR中针对不同类型CSI-RS的信道条件进行了相关假设，例如对于非周期TRS 资源（trs-Info配置为true的非周期CSI-RS参考信号资源）需要将其与一个周期TRS资源（trs-Info配置为true的周期CSI-RS参考信号资源）在近似定位关系中配置为
QCL-TypeA，如果可行的话，也可为同一个TRS资源同时配置QCL-TypeD。

总结：QCL可用于在UE侧支持PDSCH和PDCCH的接收。

在这两种情况下，gNB可以指出特定的SS/PBCH块与PDSCH和PDCCH使用的天线端口是QCL；gNB也可以指示特定CSI参考信号与PDSCH或PDCCH传输使用的天线端口是QCL。

gNB通过RRC信令、MAC CE信令和PDCCH DCI来指示UE关于哪个SS/PBCH 或CSI RS与PDSCH或PDCCH的QCL。

•PDSCH QCL的步骤
步骤1 gNB发送RRC信令为PDSCH QCL配置传输配置指示器(TCI)
步骤2 发送MAC CE 激活TCI状态。

MAC CE可用于激活多达8个TCI状态步骤3 发送DCI指示PDSCH资源分配
步骤4 UE使用TCI状态提供的QCL信息对PDSCH进行解码
•PDCCH QCL的步骤
步骤1 gNB发送RRC信令为PDCCH QCL配置传输配置指示器(TCI)
步骤2 发送MAC CE激活TCI状态。

MAC CE可以用来激活某个特定CORSET 的TCI状态
步骤3 UE使用TCI状态提供的QCL信息对PDCCH进行解码。