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微波高频

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微波高频5G技术专栏:5G NR信号的解调剖析
2020-12-07
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现代的频谱仪已经不仅是天真的勘测频谱,借助于DSP技术,现代频谱仪同时具有向量信号的解调与剖析功能,因为这个严明意义上应当称为频域与信号剖析仪,可以同时对信号施行频域,时域和调制域的剖析。对于5G NR(New Radio)信号,调制域是剖析信号的关紧手眼,经过信号的解调剖析,可以判断信号的准确与否以及信号品质的好坏。

图1、现代频谱与信号剖析仪结构

图1、现代频谱与信号剖析仪结构

在3GPP的TS 38.141和TS 38.521协议中,对于基站和手机的调制域指标都有明确的规定。在这两个协议中,调制域的指标有EVM(Error Vector Magnitude),频率误差(Frequency error),频谱没有凹凸度(spectrum flatness),这几个指标都是经过对信号的解调剖析能力获得,特别是频率误差和频谱没有凹凸度,很容易引动曲解,众多人以为这两个指标是经过勘测信号的频谱施行频域勘测取得,向量信号的频谱本身就是不公平的,没可能经过频谱获得信号的核心频点和没有凹凸度指标。其实频域误差是在信号解调过程中经过解调参照信号DMRS(Demodulation Reference Signal)还是循环前缀(Cyclic Prefix, CP)取得,而频谱没有凹凸都是解调过程中经过平衡系数(Equalizer coefficient)取得。

DMRS的关紧的效用就是相干解调(Coherence Demodulation),解调软件经过DMRS信号施行信号的同步,频率误差估计,信道估计。对于5G NR的信号的解调,待测信号的参变量设置十分关紧,频谱仪解调软件正是经过设置的参变量生成本地DMRS信号,因此完成信号检验测定和解调。这些个参变量会影响解DMRS信号序列生成和时频域散布,因为这个这些个信号参变量设置的准确与否直接表决理解调软件能否生成与待测信号相般配的DMRS序列,只有准确获得DMRS序列,能力准确完成信号解调,因此获得准确的EVM指标,频率误差和频谱没有凹凸度指标。

与4G信号不一样,5GNR信号为了支持eMBB(Enhance Mobile Broadband,加强型移动宽带),uRLLC(Ultra Reliable & Low Latency Communication,低时延高靠得住通信)和mMTC(Massive Machine Type Communication,海量物联网通信)三大场景,5G NR信号可以灵活多变,但也造成信号结构要复杂得多,信号解调剖析时参变量设置也要复杂得多,对于常常运用频谱仪对5G NR信号施行解调剖析的开发测试担任职务的人也提出了更高的要求,需求对5G NR信号有足够的了解。

本文主要收拾了5G NR 信号解调剖析中关键参变量的设置,涵盖这些个参变量在3GPP物理层协议中的定义,为何这些个参变量会影响解调,这些个参变量设置不符合理会显露出来啥子异常最后结果等,因此帮忙仪表运用者了解3GPP协议,准确地对5G信号施行剖析,当测试显露出来问题时,能迅速定位信号解调剖析中的问题。

总结概括起来,影响5G NR信号解调的主要参变量有以下参变量。

1、Cell ID 5G NR信号

PUSCH DMRS序列在Transform precoding on和off时刻运用的序列不同,不过该序列都有可能与Cell ID相关。以Transform precoding disabled时为例,在TS 38.2116.4.1.1章节定义其序列生成如下所述:

TS 38.2116.4.1.1章节定义其序列生成

那里面c(i)的起初值如下所述:

c(i)的起初值

在没有higher-layer参变量指使的事情状况下,那里面Cell ID。一般在非信令测试条件下,都满意Cell ID。因为这个Cell ID Cell ID设置错误会影响本地DMRS序列的生成,因此影响仪表信号的解调。当Cell ID设置错误的时刻,信号解调有可能会显露出来“Sync Not Found”的没有办法解调的提醒。

2、BW(Bandwidth)和RB(Resource Block)参变量

BW和RB的开始位置及RB个数会影响DMRS的频域散布,同时依照38.211协议,DMRS序列的生成也与RB的个数相关,因为这个这两个参变量设置不符合理有可能会造成仪表显露出来“Sync Not Found”的没有办法解调的提醒。

图2、仪表同步败绩不正确提醒

图2、仪表同步败绩不正确提醒

3、TransformPrecoding

与LTE信号不一样,5G NR的上行信号同时支持CP-OFDM和SC-FDMA,是经过TransformPrecoding on和off参变量施行设置的。依据TS38.211协议6.4.1.2章节,在TransformPrecoding on和off下,DMRS序列生成公式是不一样的,因为这个TransformPrecoding参变量设置不符合适也会引动信号同步败绩,显露出来“Sync Not Found”的没有办法解调的提醒。

4、mapping type和dmrs-TypeA-Position

Mapping Type表决了第1个DMRS符号的位置l0。

1)对于mapping type A,DMRS符号的开始位置l0决定于于dmrs-TypeA-Position。dmrs-TypeA-Position的取值为pos2(表达第1个DMRS符号是符号2)还是pos3(表达DMRS符号是符号2)。

2)对于mapping type B,l0=0,表达第1个DMRS符号是符号0。

如图3所示,可以直观地看见在不一样的mapping type下DMRS存在的地方的符号位置是不一样的。

图3、在不一样mapping type下DMRS信号的频域散布

图3、在不一样mapping type下DMRS信号的频域散布

当mapping type和dmrs-TypeA-Position设置与真实信号不完全一样时,因为解调软件预先期待的DMRS符号时域位置与真实信号不完全一样,因此没有办法搜索到准确的帧头,会显露出来“Sync Not Found”的没有办法解调的提醒。图4显露了待测信号的mapping type是Type A,不过在解调时却设置成了mapping type B,因此造成信号解调败绩。

图4、mapping type参变量设置不符合适造成信号解调败绩

图4、mapping type参变量设置不符合适造成信号解调败绩

5、DMRS Configuration Type

DMRS config表决了DMRS在频域的疏密程度,在38.211 6.4.1.1.3章节中就象下所述定义,从这个公式可以看出,对于DMRS configuration为Type 1时,在频域每隔1个子载波散布着1个DMRS载波,每个RB具备6个DMRS子载波,而当DMRS configuration为Type 2时,每隔2个子载波散布着1个DMRS载波,每个RB具备4个DMRS子载波。图5显露了不一样DMRS configuration DMRS RE在频域的散布。

DMRS Configuration Type

DMRS Configuration Type

图5、不一样DMRS configuration时DMRS子载波的频域散布

因为DMRS configuration type表决了DMRS载波的频域散布,因为这个当DMRS configuration type参变量设置不符合理时,因为解调软件预先期待的DMRS信号与待测信号的真实DMRS不完全一样,会显露出来信号同步败绩,如图6所示,显露出来“Sync Not Found”的没有办法解调的提醒。

DMRS Configuration Type

图6、DMRS configuration type设置不正确造成信号同步败绩

6、DM-RS duration

表1、TS 38.211 Table 6.4.1.1.3-5: PUSCH DM-RS time index l'.

表1、TS 38.211 Table 6.4.1.1.3-5: PUSCH DM-RS time index l'

TS 38.211 Table 6.4.1.1.3-5定义了DM-RS duration ,DM-RS duration表决了时域蝉联DMRS符号的个数,如图7所示。因为这个,当信号的DM-RS duration设置与真实信号不完全一样时,也会造成信号同步败绩,显露出来“Sync Not Found”的没有办法解调的提醒。

图7、不一样DM-RS duration时DMRS信号的时域散布

图7、不一样DM-RS duration时DMRS信号的时域散布

7、dmrs-AdditionalPosition

在协议TS38.211 中,Table 6.4.1.1.3-3和Table 6.4.1.1.3-4定义了不一样dmrs-AdditionalPosition下DMRS信号的时域符号位置。将不一样dmrs-AdditionalPosition下DMRS的时域符号散布直观地显露出来如图8所示,由此可见,dmrs-AdditionalPosition会影响DMRS信号的时域散布,因为这个,当信号的dmrs-AdditionalPosition设置与真实信号不完全一样时,有可能造成信号同步败绩,显露出来“Sync Not Found”的没有办法解调的提醒,还是如图9所示,同步成功,不过星座图是乱的,由于解调软件将一点数值RE(Resource element)误判为DMRS还是将DMRS误判为数值RE。

表2、PUSCH DM-RS positions within a slot for single-symbol DM-RS and intra-slot frequency hopping disabled.

表2、PUSCH DM-RS positions within a slot for single-symbol DM-RS and intra-slot frequency hopping disabled

表3、PUSCH DM-RS positions within a slot for double-symbol DM-RS and intra-slot frequency hopping disabled.

表3、PUSCH DM-RS positions within a slot for double-symbol DM-RS and intra-slot frequency hopping disabled.

图8、不一样dmrs-AdditionalPosition时DMRS信号的时域散布

图8、不一样dmrs-AdditionalPosition时DMRS信号的时域散布

图9、dmrs-AdditionalPosition设置不符合适造成信号解调败绩

图9、dmrs-AdditionalPosition设置不符合适造成信号解调败绩

8、Number of DMRS CDM groups without data

图10、不一样Number of DMRS CDM groups without data参变量下DMRS符号DMRS与数值复用

图10、不一样Number of DMRS CDM groups without data参变量下DMRS符号DMRS与数值复用

Number of DMRS CDM groups without data 参变量表决DMRS与Data是否在同一symbol内复用, 如图10所示的DMRS符号(symbol#2)内,红骰子载波代表DMRS,剩下的子载波位置既可以配备布置成送出蓝色的Data,也可以配备布置成不送出不论什么数值的保存子载波,当Number of DMRS CDM groups without data为1的时刻,剩下RE被配备布置成数值RE,当Number of DMRS CDM groups without data为2的时刻,剩下RE不发不论什么数值。

因为这个在施行信号解调的时刻,Number of DMRS CDM groups without data设置不符合适会造成星座图上显露出来零点的星座点,如图11所示,解调端误觉得在那一些保存子载波的位置也是正常送出了调制数值的,但实际检验测定到的都是功率为0的星座点,造成在这些个RE上的EVM值颀长。此时需求准确设置Number of DMRS CDM groups without data,这么软件就不会去打算解调那一些不送出不论什么数值的保存子载波,要得零点得以消弭,如图12所示。

图11、Number of DMRS CDM groups without data参变量设置错误造成星座图显露出来零点

图11、Number of DMRS CDM groups without data参变量设置错误造成星座图显露出来零点

图12、Number of DMRS CDM groups without data参变量设置准确时的解调最后结果

图12、Number of DMRS CDM groups without data参变量设置准确时的解调最后结果

9、Symbol Phase compensation

Symbol Phase compensation

与4G不一样,5G NR支持多种可变的载波带宽以及载波内BWP的分配,因为这个收发两端的核心频点不完全一样是一个十分典型的场景,如不施行合宜的相位偿还会显露出来收缴机没有办法准确解调信号的事情状况。在TS 38.211 5.4章节Modulation and upconversion中定义了5G NR逐符号施行相位偿还Symbol Phase compensation,况且是偿还到特别指定的某个发射频点(f0),这个偿还需求在基带信号中完成,用于解决发射端的核心频点与收缴端的核心频点不完全一样而带来的相位旋转问题。

因为这个,在信号施行解调的时刻相位偿还也要设置成与待测信号完全一样,否则星座图有可能会不整齐,显露出来有规律的旋转,EVM也很差,如图13所示,它并不是绝对随机性没秩序的星座图,而是闪现出有某种规律的图样。当相位偿还设置准确的时刻,星座图就还原正常。

图13、Symbol Phase compensation参变量设置错误时的解调最后结果

图13、Symbol Phase compensation参变量设置错误时的解调最后结果

10、小结

5G NR信号的参变量比较复杂,解调剖析需求准确设相信号参变量,假如参变量设置不符合适有可能会造成解调败绩还是EVM很差,测试者可以依据具表现出来象判断有可能是哪一些端由造成解调败绩,迅速定位问题,各参变量设置不符合适造成的解调异常问题总结概括如表4所示。

 各参变量设置不符合适造成的解调异常问题总结

 

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