從4G以來，載波的帶寬大幅增加，從3G的5M增加到了20M，到了5G，單載波帶寬增加到了100M（Sub6G）或者400M（毫米波）。

在這么大的帶寬上，無線傳輸環境瞬息萬變，不同頻率的衰減和受干擾情況也不同，對這些信息不了解，數據的發送就相當于碰運氣，沒有預判沒有性能保證。那么，在怎么讓手機和基站隨時掌握上下行的無線信道信息呢？

基站和手機都在大家都知道的一些固定的位置發送一些固定的信號，然后雙方收到之后再進行測量，就知道了空間傳輸影響對這些信號產生了什么變化，從而估計信道狀況。

本期的主題是下行的信道探測，大體流程就是基站發送參考信號（又叫導頻信號），由手機進行測量之后，再發回基站。這樣基站就可以根據信道質量來決定數據該怎么發了。

1. 為什么5G要使用CSI-RS？

在LTE的第一個版本（R8）協議中，下行信道情況是完全通過手機對小區參考信號（Cell Reference Signal，CRS）的測量得到的。

CRS均勻地灑在LTE整個載波帶寬中，不管有沒有業務都要占用資源持續發射信號，就像是高速路中間沒有井蓋的井一樣，所有車輛必須要繞著走，造成了嚴重的資源浪費和擁堵，還對鄰區產生了持續的干擾。

從上圖可以看出，2端口（可支持2x2 MIMO）的CRS看起來還不算太多，4端口（可支持4x4 MIMO）的CRS對資源的占用就比較密集了。這些寶貴的資源本可以用來傳數據的，卻用來傳了價值較低的CRS，如果后續要支持8端口，那高速路還不被井占成了篩子？

因此，在LTE的R10版本引入了CSI-RS。CSI-RS的全稱是Channel State Information - Reference Signal，這個名字起得相當直白，此參考信號就是用來獲取信道狀態信息的。

和CRS不同，CSI-RS只在給手機分配的帶寬上有效，而不必在整個帶寬上持續發送，因此即使支持8端口傳輸，也不會引起系統開銷的大幅增加。網絡會通過信令通知手機CSI-RS相關信息，如果沒有通知，則手機就認為CSI-RS不存在。

2. CSI-RS的基本結構和時頻域特性

在5G標準中，“極簡設計”是其核心理念，像LTE的CRS這種占用固定資源的“常開（Always On）”信號理所當然地被摒棄，而把CSI-RS則被增強和擴展，用于5G的下行信道探測。

從上圖可以看出，5G跟4G相比，沒了多余的常開信號，控制信道占用的資源也更少，看起來更加的清爽，頻譜利用率更高。相比之下，4G密密麻麻的CRS真是讓人窒息。

5G的CSI-RS最多可以支持32個不同的天線端口，其中每一個天線端口都是一個需要探測的信道。標準允許多個天線端口的CSI-RS復用在一組資源單元（RE）上。復用的方式一般包括：

碼域復用：不同天線端口的CSI-RS實際上使用了完全相同的一組資源單元（RE），基站和手機通過正交的碼字來復用和提取這些CSI-RS信號。

頻域復用：不同天線端口的CSI-RS實際上使用了一個OFDM符號內部不同的子載波。

時域復用：不同天線端口的CSI-RS實際上使用了一個時隙內部不同的OFDM符號。

不同的復用方式可以聯合使用。上圖描述的是一種可能的32端口的CSI-RS結構，其中使用了8次的碼分復用，然后再使用了4次的頻分復用。

并且，頻分復用時子載波可以不連續，時分復用時OFDM符號也可以不連續。

通常來說，多少個端口的CSI-RS復用在一個RB或者時隙內，就會占用多少個資源單元（RE）。

在配置的CSI-RS帶寬內，可以為每個資源塊（RB）都配置CSI-RS，這種模式成為CSI-RS密度為1；也可以每兩個資源塊（RB）配置一個CSI-RS，這種模式稱為CSI-RS密度為1/2。

時域上，CSI-RS可以配置為周期性發送，半持續發送或者非周期性發送。

對于周期性發送，CSI-RS每隔最少4個時隙就會重復一次，最大640個時隙重復一次。

對于半持續性發送，CSI-RS也會配置一個發送周期，但具體是否真正發送取決于MAC控制信源的顯式激活，一旦激活就會持續周期性發送，知道收到顯式的去激活命令為止。

對于非周期性發送，網絡不會配置發送周期，而是通過信令來顯式通知每一次的CSI-RS發送。如果為一個手機調度的PSDCH里面包含了為其他手機配置的CSI-RS資源單元，這個手機需要跳過這些CSI-RS資源單元。

但手機并不知道它需要跳過哪些資源單元，所以協議設計了“零功率CSI-RS”，把需要手機跳過的資源單元都標記為零功率CSI-RS，手機將認為這些資源單元是無效的，直接跳過不進行任何處理。

CSI-RS可以測量哪些數據？一般包括三項：信道質量指示（CQI：Channel Quality Indicator），秩指示（RI：Rank Indicator）和預編碼指示（PMI：Precoder Matrix Indicator）。這三項合起來稱為信道狀態信息（CSI：Channel State Information），也就是CSI-RS存在的意義。