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5GNR中最重要的射频技术变革就是3D-MIMO大规模阵列天线技术的应用，以至于相当一部分NR物理层架构设计内容都是围绕该技术进行适配更新，本小节对比LTE将5G系统中的3D-MIMO天线技术进行介绍。
由于5G在系统设计时已经取消了小区级参考信号，因此天线端口信号传输都基于UE专属参考信号（DMRS）进行信道评估。为了使“层”到天线端口传输数据的映射更加统一和简化，NR标准在下行共享信道实现中索性彻底取消了LTE中基于小区级参考信号的预编码矩阵方案，取而代之使用的是类似LTE中通过3D-MIMO天线技术实现的赋形预编码方案进行SU/MU-MIMO，同时随之简化掉的是复杂的传输模式类型TM1～TM10。当然，传输分集模式也没有进行定义，基站侧用波束赋形进行了替代。对于空分复用，NR下行共享传输信道最多可实现双码字-8层映射，UE通过解码PDCCH DCI格式1_1获取传输码字信息，以及相应的天线端口信息，对于DMRS配置类型1的最大双码字-8层传输天线端口映射为{1000～1007}，对于DMRS配置类型2的最大双码字-8层传输天线端口映射为{1000，1001，1002，1003，1006，1007，1008，1009}。采取这样的设计思路主要有两方面的优势，首先，UE接收侧不再进行复杂的预编码处理，复杂度得以简化。另外，随着取消传输模式类型定义，指示传输模式类型改变的高层信令也相应简化，减少了网络与终端侧信令负荷开销。
对于下行信道非码本传输方式（注：这里的“非码本”指发射机不采用预编码矩阵，但数字阵列天线会在各个发射通道进行权值编码，只不过这样的权值编码对于终端不可感知），基站侧需要评估信道的条件以便实现更好的赋形效果，一般会采取两种主要的实现方式：一种方式是利用上下行信道的互易性，基于UE的SRS（Sounding Reference Sig⁃nal）上报评估信道相关性从而实现多波束赋形，UE可以支持SRS基于不同天线端口的轮发或并发，SRI（SRS Resource Indicator）是SRS资源配置的标识，可以用来明确轮发或并发方式传输的SRS资源；另外一种方式是UE根据CSI-RS来评估信道下行信道条件来形成预编码矩阵索引（PMI）反馈，基站参考PM实现多波束赋形。
与LTE在R10以后引入CSI-RS的理念一致，NR中的CSI-RS配置同样是一个决定大规模阵列天线SU/MU-MIMO多流传输效果的重要参数。目前协议版本中，LTE与NR最大可配置CSI-RS天线端口数均为32，该数值与3D-MIMO天线设备通道赋形权值能力紧密相关。NR中CSI-RS参考信号的配置方式有三种，可以被配置为周期传输类型，也可以通过高层信令半静态的配置为非周期或者半持续传输类型。尽管在NR中CSI-RS参考信号本身被赋予了更丰富的内涵，例如UE可以通过CSI-RS进行时频域位置精确锁定，以及基于波束切换的移动性测量，但结合3D-MIMO天线技术，基于CSI-RS对应的PDSCH参考资源的测量进行信道质量上报（CQI）以及闭环预编码矩阵索引（PMI）以供基站进行赋形预编码矩阵选择，这一过程仍然是其最典型的应用价值所在。除此之外，与之相关的CSI上报信息还包含CRI上报、LI（Layer Indicator）上报以及SSBRI（SSB Resource Indicator）上报。由于CSI-RS可以进行多个资源配置，UE通过CRI明确了与CSI上报相关的测量资源。LI表征PMI所对应预编码矩阵的某一列，而该列恰好是具有最好传输信道条件下码字所对应最强的层映射。如果在连接态UE需要针对物理层信道RSRP测量上报，可以将CSI上报配置为基于CRI-RSRP或者SSB-INDEX-RSRP，如果采取后者就需要结合SSBRI明确测量的SSB端口，这种设计其实赋予UE更多的灵活性，在连接态下既可以通过测量CSI-RS评估信道覆盖情况，也可以通过SSB波束来进行评估，这些信息反馈给基站，基站根据特定的算法可以综合进行优化调整。
5G NR在PMI基于码本反馈方面的设计相较LTE复杂很多，一共分为Type I和Type II两大类型，每种类型又包含了两类子型。这两大类型主要的区别在于码本精度不同，同时伴随的PMI反馈开销也不同。Type I分为单天线阵列板码本和多天线阵列板码本，单天线阵列板码本类似于LTE单基站下UE上报的PMI（注：本质上是提供给基站作为下行预编码矩阵选择的参考），适用于下行单用户MIMO传输和下行多用户MIMO传输，基于UE反馈PMI的下行传输可以认为是闭环MIMO传输方式，此时UE不需要知道基站侧的预编码矩阵。多天线阵列板码本使用场景类似于LTE传输模式TM10中多小区联合ComP技术，可以实现多AAU联合传输，多天线阵列板码本使用时需假设面板之间传输信号相位恒定，目前协议定义在CSI-RS端口为8、16、32下，可配对多天线阵列板个数为2或4。Type II在Type I基础上进一步提升了反馈码本的精度，当然反馈开销也较大，目前协议规定基于该种PMI反馈类型下，信道的秩（RI）不超过2。Type II通过终端选择测量CSI-RS窄波束上报，并结合幅度以及相位反馈信息辅助基站逼近理想赋形权值性能，值得注意的是，通过高层参数定义的Type I码本子集限制规定了特定码本子集是否可选，而Type II码本子集限制则规定了特定码本相关上报幅值的上限。Type II子类型2上报基于极化方向的端口权值码本，基站可以结合特定CSI-RS赋形预编码矩阵进一步提升空间波束赋形精度。
5G NR上行共享信道可以选择基于码本和非码本两种传输方式，这两种传输方式都通过UE解码PDCCH DCI格式0_0/0_1或者半静态配置方式进行资源调度。基站通过高层参数 txConfig 配置决定UE是否使用码本传输方式，如果该参数没有配置，上行共享信道传输模式采取单天线端口模式，此时UE不期望传输资源由PDCCH DCI格式0_1进行调度，但是可以由DCI格式0_0进行调度。上行共享信道码本传输与非码本传输的本质区别在于基站侧是否下发码本指示（TPMI）以辅助终端进行预编码矩阵选择，对于这两种传输模式，可选择的预编码矩阵集合是一样的。对于码本传输方式，有别于LTE终端需要根据基站指示TPMI（Transmitted Precoding Matrix Indicator，宽带预编码矩阵指示），信道秩的个数进行码本传输选择，而5G终端可以基于DCI动态调度或者高层参数半静态调度下发的SRI、TPMI和传输信道秩RI自主决定预编码码本，这种方式赋予了终端一定的灵活性。基站在码本选择时需参考SRS信号，下发TPMI时需与对应的SRI进行关联。非码本传输模式中主要有两个实现步骤：首先，UE可以通过测量与SRS关联配置的一个NZP-CSI-RS资源来计算SRS的预编码赋形，这是一个粗放式的上行赋形阶段；其次，UE根据网络侧下发的DCI所包含的SRI指示判断上行波束接收方向，从而决定PUSCH的预编码，实现精细化赋形。值得一提的是，非码本传输模式下对于UE只能配置一个SRS资源集合，一个资源集合最多配置4个SRS资源，每个SRS资源只能配置一个SRS端口，UE使用这个资源集合下一个或者多个SRS资源进行传输，同一符号内可以同时传输的SRS资源取决于UE的能力。非码本传输模式相比码本传输模式节省了码本指示信息开销。上行传输的非码本传输方式是5G独特的一种传输方式，主要针对未来具备多天线能力的UE用来实现上行波束赋形，这与下行非码本传输方式的应用目标是一致的。
与LTE早期版本不同的是，5G NR除了在下行共享业务信道中使用了3D-MIMO的窄波束赋形技术，目前下行控制信道以及物理信号也可以通过特定算法实现窄波束赋形，这样不仅能够提升控制信道的信息解码成功率，还能通过与业务信道预编码矩阵相结合更加提升业务信道的空分复用效果。虽然控制信道赋形技术在3GPP中并没有明确体现，但主流设备厂商均已具备类似的算法和能力，不得不说这也是5G大规模阵列天线应用的一项实践创新。