说明
本文演示如何使用nrWaveformGenerator函数为基带组件载波配置和生成5G NR下行矢量波形。示例参考MATLAB官方的5G工具箱用户指南。
概述
本文演示如何使用nrWaveformGenerator函数参数化和生成5G新无线电(NR)下行波形。生成的波形包含这些信道和信号:
l PDSCH,以及与之相关的DM-RS和PT-RS
l PDCCH,以及与之相关的DM-RS
l PBCH,以及与之相关的DM-RS
l PSS和SSS
l SCI-RS
这个例子演示了如何参数化和生成基带分量载波波形,其特征是多个子载波间隔(SCS)载波和部分带宽(BWP)。我们可以在不同的BWP上生成物理下行共享通道(PDSCH)、物理下行控制通道(PDCCH)和信道状态信息参考信号(CSI-RS)的多个实例。可以配置控制资源集集(CORESET)和搜索空间监视机会来映射PDCCH。这个例子没有对物理信道和信号应用预编码。
波形和载波配置
基带波形由nrDLCarrierConfig对象和一组与波形通道和信号相关的附加对象进行参数化。
通过nrDLCarrierConfig对象,可以设置这些下行载波配置参数。
l DL载波配置标签
l SCS资源块中的载波带宽
l 载波单元ID
l 子帧中产生波形的长度
l 加窗
l OFDM调制波形的采样率
l 用于符号相位补偿的载波频率
可以使用nrSCSCarrierConfig对象的NStartGrid和NSizeGrid属性来控制SCS载波带宽和保护带宽。
%% ********************************************************%% 5G NR Dowlink Vetor Waveform Generation%% ********************************************************% Waveform and Carrier Configurationwaveconfig = nrDLCarrierConfig(); % Create an instance of the waveform's parameter objectwaveconfig．Label = 'DL carrier 1'; % Label for this downlink waveform configurationwaveconfig．NCellID = 0; % Cell identitywaveconfig．ChannelBandwidth = 40; % Channel bandwidth (MHz)waveconfig．FrequencyRange = 'FR1'; % 'FR1' or 'FR2'waveconfig．NumSubframes = 10; % Number of 1ms subframes in generated waveform waveconfig．WindowingPercent = 0; % Percentage of windowing relative to FFT lengthwaveconfig．SampleRate = []; % Sample rate of the OFDM modulated waveformwaveconfig．CarrierFrequency = 0; % Carrier frequency in Hz． This property is used for symbol phase% compensation before OFDM modulation, not for upconversion
% Define a set of SCS specific carriers, using the maximum sizes for a% 40 MHz NR channel． See TS 38．101-1 for more information on defined% bandwidths and guardband requirementsscscarriers = {nrSCSCarrierConfig(),nrSCSCarrierConfig()};scscarriers{1}．SubcarrierSpacing = 15;scscarriers{1}．NSizeGrid = 216;scscarriers{1}．NStartGrid = 0;scscarriers{2}．SubcarrierSpacing = 30;scscarriers{2}．NSizeGrid = 106;scscarriers{2}．NStartGrid = 1;
SS Burst
在本节中,可以设置SS (signal synchronization)猝发的参数。SS爆发的数字学可能与波形的其他部分不同。这是通过块模式参数指定的,如TS 38．213节4．1所述。bitmap指定在5ms半帧猝发中要传输的块。您还可以设置以毫秒为单位的周期和猝发的功率。有关可配置SS猝发属性的完整列表,请参见nrWavegenSSBurstConfig。
% SS burst configurationssburst = nrWavegenSSBurstConfig();ssburst．Enable = 1; % Enable SS Burstssburst．Power = 0; % Power scaling in dBssburst．BlockPattern = 'Case B'; % Case B (30kHz) subcarrier spacingssburst．TransmittedBlocks = [1 1 1 1]; % Bitmap indicating blocks transmitted in a 5ms half-frame ssburst．Period = 20; % SS burst set periodicity in ms (5, 10, 20, 40, 80, 160)ssburst．NCRBSSB = []; % Frequency offset of SS burst (CRB), use [] for the wavefo
部分带宽(BWP)
BWP由在给定的载波上共享参数集的一组连续资源组成。可以使用单元格数组定义多个BWP。nrWavegenBWPConfig对象的单元格数组中的每个元素都定义了一个BWP。对于每个BWP,可以指定SCS、循环前缀(CP)长度和带宽。SubcarrierSpacing属性将BWP映射到前面定义的某个SCS特定载波。NStartBWP属性控制BWP在载波中的位置,相对于点A。这是根据BWP参数集用公共资源块(CRB)表示的。不同的BWP可以相互重叠。
% Bandwidth parts configurationsbwp = {nrWavegenBWPConfig(),nrWavegenBWPConfig()};bwp{1}．BandwidthPartID = 1; % Bandwidth part IDbwp{1}．Label = 'BWP @ 15 kHz'; % Label for this BWPbwp{1}．SubcarrierSpacing = 15; % BWP subcarrier spacingbwp{1}．CyclicPrefix = 'Normal'; % BWP cyclic prefix for 15 kHzbwp{1}．NSizeBWP = 25; % Size of BWP in PRBsbwp{1}．NStartBWP = 12; % Position of BWP, relative to point A (i．e． CRB)bwp{2}．BandwidthPartID = 2; % Bandwidth part IDbwp{2}．Label = 'BWP @ 30 kHz'; % Label for this BWPbwp{2}．SubcarrierSpacing = 30; % BWP subcarrier spacingbwp{2}．CyclicPrefix = 'Normal'; % BWP cyclic prefix for 30 kHzbwp{2}．NSizeBWP = 50; % Size of BWP in PRBsbwp{2}．NStartBWP = 51; % Position of BWP, relative to point A (i．e． CRB)
CORESET和搜索空间配置
本节指定CORESET和PDCCH搜索空间配置。CORESET和搜索空间为给定的参数集指定了控制信道传输的可能位置(在时间和频率上)。
nrCORESETConfig对象的单元格数组中的每个元素定义了一个CORESET, nrSearchSpaceConfig对象的单元格数组中的每个元素定义了一个搜索空间。
为每个CORESET和搜索空间设置这些参数:
l 指定slot中每个CORESET监视机会的第一个符号的OFDM符号
l 块在一个周期内已分配slot的持续时间
l 分配模式的周期性
l 符号中CORESET持续时间,可以是1、2或3
l 定义CORESET中已分配的物理资源块(PRB)的bitmap。CORESET频率分配定义在6个PRB块中,相对于点A,按CRB编号对齐。bitmap中的每个bit选择包含它的CRB对齐块中的所有6个PRB
l CCE-to-REG映射,可“交织”或“非交织”
l 基于CORESET持续时间的资源元素组(REG) bundle大小(L),可以是(2,6)或(3,6)
l 交织器大小, 2,3,或6
l 移位索引,范围为0…274
下图显示了一些CORESET参数的含义。
% CORESET and search space configurationscoresets = {nrCORESETConfig()};coresets{1}．CORESETID = 1; % CORESET IDcoresets{1}．Duration = 3; % CORESET symbol duration (1,2,3)coresets{1}．FrequencyResources = [1 1 0 1]; % Bitmap indicating blocks of 6 PRB for CORESET coresets{1}．CCEREGMapping = 'noninterleaved'; % Mapping: 'interleaved' or 'noninterleaved'coresets{1}．REGBundleSize = 3; % L (2,6) or (3,6)coresets{1}．InterleaverSize = 2; % R (2,3,6)coresets{1}．ShiftIndex = waveconfig．NCellID; % Set to NCellID
searchspaces = {nrSearchSpaceConfig()};searchspaces{1}．SearchSpaceID = 1; % Search space IDsearchspaces{1}．CORESETID = 1; % CORESET associated with this search spacesearchspaces{1}．SearchSpaceType = 'ue'; % Search space type, 'ue' or 'common'searchspaces{1}．SlotPeriodAndOffset = [5,0]; % Allocated slot period and slot offset of search searchspaces{1}．Duration = 2; % Number of slots in the block of slots in pattern searchspaces{1}．StartSymbolWithinSlot = 0; % First symbol of each CORESET monitoring opportunitysearchspaces{1}．NumCandidates = [8 8 4 2 0]; % Number of candidates at each AL
PDCCH实例配置
本节通过使用单元格数组指定波形中的PDCCH实例集。
nrWavegenPDCCHConfig对象的cell数组中的每个元素都定义了一个PDCCH实例序列。
为每个PDCCH序列设置这些参数:
l 启用或禁用这个PDCCH序列
l 为这个PDCCH序列指定一个标签
l 指定携带PDCCH的BWP。PDCCH使用为本BWP指定的SCS
l 功率缩放Db
l 启用或禁用下行控制信息(DCI)信道编码
l 在CORESET监视场合序列中分配的搜索空间
l 携带PDCCH实例的搜索空间(和CORESET)
l slot分配的周期。空周期表示没有重复
l PDCCH的聚合级别(AL)(控制通道单元数)
l 指定用于传输PDCCH的CCE的已分配候选项
l RNTI
l 对这个PDCCH及其相关DM-RS的NID进行置乱
l DM-RS功率放大dB
l DCI消息有效负载大小
l DCI消息数据源。您可以使用位数组或这些标准PN序列中的一个:'PN9- itu ', 'PN9', 'PN11', 'PN15', 'PN23'。生成器的种子可以使用格式为{'PN9', seed}的单元格数组指定。如果没有指定种子,则用所有种子初始化生成器
% PDCCH Instances Configurationpdcch = {nrWavegenPDCCHConfig()};pdcch{1}．Enable = 1 ; % Enable PDCCH sequencepdcch{1}．Label = 'PDCCH @ 15 kHz'; % Label for this PDCCH sequencepdcch{1}．BandwidthPartID = 1; % Bandwidth part of PDCCH transmissionpdcch{1}．Power = 1．1; % Power scaling in dBpdcch{1}．Coding = 1; % Enable DCI codingpdcch{1}．SearchSpaceID = 1; % Search spacepdcch{1}．SlotAllocation = 0; % Allocated slots indices for PDCCH sequencepdcch{1}．Period = 5; % Allocation period in slotspdcch{1}．AggregationLevel = 8; % Aggregation level (1,2,4,8,16 CCEs)pdcch{1}．AllocatedCandidate = 1; % PDCCH candidate in search space (1 based)pdcch{1}．RNTI = 0; % RNTIpdcch{1}．DMRSScramblingID = 1; % PDCCH and DM-RS scrambling NIDpdcch{1}．DMRSPower = 0; % Additional DM-RS power boosting in dBpdcch{1}．DataBlockSize = 20; % DCI payload sizepdcch{1}．DataSource = 'PN9'; % DCI data source
PDSCH实例配置
本节通过使用单元格数组指定波形中的PDSCH实例集。
nrWavegenPDSCHConfig对象的cell数组中的每个元素都定义了一个PDSCH实例序列。本例定义了两个PDSCH序列。
常规参数
为每个PDSCH序列设置这些参数:
l 启用或禁用此PDSCH序列
l 为这个PDSCH序列指定一个标签
l 指定携带PDSCH的BWP。PDSCH使用为本BWP指定的SCS
l 功率缩放dB
l 启用或禁用DL-SCH传输信道编码
l 传输块数据源。您可以使用位数组或这些标准PN序列中的一个:'PN9- itu ', 'PN9', 'PN11', 'PN15', 'PN23'。生成器的种子可以使用格式为{'PN9', seed}的单元格数组指定。如果没有指定种子,则用所有种子初始化生成器
l 用于计算传输块大小的目标码率
l 开销参数
l 符号调制
l 层数
l 冗余版本RV序列
l 启用/禁用交织虚拟资源块映射与物理资源块映射
l 交织映射的束大小,由更高层参数vrb-ToPRBInterleaver指定
% PDSCH Instances Configurationpdsch = {nrWavegenPDSCHConfig()};pdsch{1}．Enable = 1; % Enable PDSCH sequencepdsch{1}．Label = 'PDSCH @ 15 kHz'; % Label for this PDSCH sequencepdsch{1}．BandwidthPartID = 1; % Bandwidth part of PDSCH transmissionpdsch{1}．Power = 0; % Power scaling in dBpdsch{1}．Coding = 1; % Enable the DL-SCH transport channel codingpdsch{1}．DataSource = 'PN9'; % Channel data sourcepdsch{1}．TargetCodeRate = 0．4785; % Code rate used to calculate transport block sizespdsch{1}．XOverhead = 0; % Rate matching overheadpdsch{1}．Modulation = 'QPSK'; % 'QPSK', '16QAM', '64QAM', '256QAM'pdsch{1}．NumLayers = 2; % Number of PDSCH layerspdsch{1}．RVSequence = [0,2,3,1]; % RV sequence to be applied cyclically across the PDSCH allocation pdsch{1}．VRBToPRBInterleaving = 0; % Disable interleaved resource mappingpdsch{1}．VRBBundleSize = 2; % vrb-ToPRB-Interleaver parameter
分配
这个图表示了在PDSCH分配中使用的一些参数
可以设置以下参数来控制PDSCH分配。这些参数是相对于BWP的。指定的PDSCH分配将避免用于SS突发的位置。
l 分配给每个PDSCH实例的slot中的符号
l 用于PDSCH序列的帧中的slot
l slot分配的周期。空周期表示没有重复
l 相对于BWP分配的PRB
l RNTI。此值用于将PDSCH链接到PDCCH的一个实例
l 加扰PDSCH bit的NID
如果需要,可以指定CORESET和PRB的集合来进行速率匹配。
l PDSCH可以围绕一个或多个CORESET进行速率匹配
l PDSCH可以与其他资源分配进行速率匹配
% Allocationpdsch{1}．SymbolAllocation = [2,9]; % First symbol and lengthpdsch{1}．SlotAllocation = 0:9; % Allocated slot indices for PDSCH sequencepdsch{1}．Period = 15; % Allocation period in slotspdsch{1}．PRBSet = [0:5, 10:20]; % PRB allocationpdsch{1}．RNTI = 0; % RNTIpdsch{1}．NID = 1; % Scrambling for data partpdsch{1}．ReservedCORESET = 1; % Rate matching pattern, defined by CORESET IDspdsch{1}．ReservedPRB{1}．PRBSet = []; % Rate matching pattern, defined by set of PRB (RRC 'bitmaps')pdsc {1}．ReservedPRB{1}．SymbolSet = [];pdsch{1}．ReservedPRB{1}．Period = [];
PDSCH DM-RS配置
设置DM-RS参数。
% PDSCH DM-RS Configuration% Antenna port and DM-RS configuration (TS 38．211 section 7．4．1．1)pdsch{1}．MappingType = 'A'; % PDSCH mapping type ('A'(slot-wise),'B'(non slot-wise))pdsch{1}．DMRSPower = 0; % Additional power boosting in dBpdsch {1}．DMRS．DMRSConfigurationType = 2; % DM-RS configuration type (1,2)pdsch{1}．DMRS．NumCDMGroupsWithoutData = 1; % Number of DM-RS CDM groups without data． The value canpdsch {1}．DMRS．DMRSPortSet = []; % DM-RS antenna ports used ([] gives port numbers 0:NumLayers-1pdsch {1}．DMRS．DMRSTypeAPosition = 2; % Mapping type A only． First DM-RS symbol position (2,3)pdsch{1}．DMRS．DMRSLength = 1; % Number of front-loaded DM-RS symbols (1(single symbol),pdsch{1}．DMRS．DMRSAdditionalPosition = 0; % Additional DM-RS symbol positions (max range 0．．．3)pdsch{1}．DMRS．NIDNSCID = 1; % Scrambling identity (0．．．65535)pdsch {1}．DMRS．NSCID = 0; % Scrambling initialization (0,1)
PDSCH PT-RS 配置
设置PT-RS参数。
当PT-RS使能时,DM-RS配置类型1的DM-RS端口范围为0 ～ 3,DM-RS配置类型2的DM-RS端口范围为0 ～ 5。PT-RS的天线端口名义上是最小的DM-RS端口。
% PDSCH PT-RS Configuration% PT-RS configuration (TS 38．211 section 7．4．1．2)pdsch{1}．EnablePTRS = 0; % Enable or disable the PT-RS (1 or 0)pdsch{1}．PTRSPower = 0; % Additional PT-RS power boosting in dBpdsch{1}．PTRS．TimeDensity = 1; % Time density (L_PT-RS) of PT-RS (1,2,4)pdsch{1}．PTRS．FrequencyDensity = 2; % Frequency density (K_PT-RS) of PT-RS (2,4)pdsch{1}．PTRS．REOffset = '00'; % PT-RS resource element offset ('00','01','10','11')pdsch{1}．PTRS．PTRSPortSet = 0; % PT-RS antenna ports must be a subset of DM-RS ports指定多个PDSCH实例
为第二个BWP指定第二个PDSCH序列。
% Specifying Multiple PDSCH Instancespdsch{2} = pdsch{1};pdsch{2}．Enable = 1;pdsch{2}．Label = 'PDSCH @ 30 kHz';pdsch{2}．BandwidthPartID = 2; % PDSCH mapped to 2nd BWPpdsch{2}．SymbolAllocation = [0,12];pdsch{2}．SlotAllocation = [2:4,6:20];pdsch{2}．PRBSet = [25:30, 35:38]; % PRB allocation, relative to BWP
CSI-RS 实例配置
本节介绍了波形中CSI-RS的配置。nrWavegenCSIRSConfig对象的单元格数组中的每个元素定义了一组与BWP相关联的CSI-RS资源。这个示例定义了两组被禁用的CSI-RS资源。
% CSI-RS Instances Configurationcsirs = {nrWavegenCSIRSConfig()};csirs{1}．Enable = 0;csirs{1}．Label = 'CSI-RS @ 15 kHz';csirs{1}．BandwidthPartID = 1;csirs{1}．Power = 3; % Power scaling in dB
常规参数
为一组CSI-RS资源设置这些参数:
l 启用或禁用此CSI-RS资源集
l 为这组CSI-RS资源指定一个标签
l 指定携带这组CSI-RS资源的BWP。CSI-RS资源配置使用为这个BWP指定的SCS
l 指定以dB为单位的功率缩放。提供标量定义单个CSI-RS资源或所有配置的CSI-RS资源的功率缩放。提供向量为每个CSI-RS资源定义一个单独的功率级别。
CSI-RS配置
可以为一个或多个零功率(ZP)或非零功率(NZP) CSI-RS资源配置配置这些参数。
l CSI-RS资源类型('nzp','zp')
l CSI-RS资源行数,如TS38．211 表7．4．1．5．3-1(1…18)定义
l CSI-RS资源的频率密度。它可以是' 1 ',' 3 ','dot5even'或'dot5odd'
l 资源块(RB)内的CSI-RS资源的子载波位置
l 分配给CSI-RS资源的RB数量(1…275)
l 起始相对于载波资源网格的SCI-RS资源分配的RB索引(0…274)
l Slot内CSI-RS资源的OFDM符号位置
l CSI-RS资源slot的周期和偏移量(基于0)。该参数可以是向量或向量单元格数组。在后一种情况下,每个单元格对应一个单独的CSI-RS资源。对于向量,所有CSI-RS资源使用相同的slot集。
l 加扰标识对应于用于生成伪随机序列的CSI-RS资源(0…1023)
% CSI-RS Instances Configurationcsirs = {nrWavegenCSIRSConfig()};csirs{1}．Enable = 0;csirs{1}．Label = 'CSI-RS @ 15 kHz';csirs{1}．BandwidthPartID = 1;csirs{1}．Power = 3; % Power scaling in dB
% CSI-RS Configurationcsirs{1}．CSIRSType = {'nzp','zp'};csirs{1}．RowNumber = [3 5];csirs{1}．Density = {'one','one'};csirs{1}．SubcarrierLocations = {6,4};csirs{1}．NumRB = 25;csirs{1}．RBOffset = 12;csirs{1}．SymbolLocations = {13,9};csirs{1}．CSIRSPeriod = {[5 0],[5 0]};csirs{1}．NID = 5;
指定多个CSI-RS实例
为第二个BWP指定第二组CSI-RS资源。
% Specifying Multiple CSI-RS Instancescsirs{2} = nrWavegenCSIRSConfig();csirs{2}．Enable = 0;csirs{2}．Label = 'CSI-RS @ 30 kHz';csirs{2}．BandwidthPartID = 2;csirs{2}．Power = 3; % Power scaling in dBcsirs{2}．CSIRSType = {'nzp','nzp'};csirs{2}．RowNumber = [1 1];csirs{2}．Density = {'three','three'};csirs{2}．SubcarrierLocations = {0,0};csirs{2}．NumRB = 50;csirs{2}．RBOffset = 50;csirs{2}．SymbolLocations = {6,10};csirs{2}．CSIRSPeriod = {[10,1],[10,1]};csirs{2}．NID = 0;
波形生成
本节将所有信道和信号参数分配到主载波配置对象nrDLCarrierConfig中,然后生成波形并绘制波形图。
% Waveform Generationwaveconfig．SSBurst = ssburst;waveconfig．SCSCarriers = scscarriers;waveconfig．BandwidthParts = bwp;waveconfig．CORESET = coresets;waveconfig．SearchSpaces = searchspaces;waveconfig．PDCCH = pdcch;waveconfig．PDSCH = pdsch;waveconfig．CSIRS = csirs;% Generate complex baseband waveform[waveform,info] = nrWaveformGenerator(waveconfig);% Plot the magnitude of the baseband waveform for the set of antenna ports defined．figure;plot(abs(waveform));title('Magnitude of 5G Downlink Baseband Waveform');xlabel('Sample Index');ylabel('Magnitude');
绘制第一天线端口的波形谱图。
% Plot spectogram of waveform for first antenna port．samplerate = info．ResourceGrids(1)．Info．SampleRate;nfft = info．ResourceGrids(1)．Info．Nfft;figure;spectrogram(waveform(:,1),ones(nfft,1),0,nfft,'centered',samplerate,'yaxis','MinThreshold',-130);title('Spectrogram of 5G Downlink Baseband Waveform');
disp('Modulation information associated with BWP 1:')disp(info．ResourceGrids(1)．Info)
波形生成器函数返回时域波形和结构信息,其中包含底层资源元素网格和波形中所有PDSCH和PDCCH实例使用的资源细分。
ResourceGrids字段是结构数组,它包含这些字段:
l 对应于每个BWP的资源网格
l 包含每个BWP中的信道和信号的总带宽的资源网格
l 一种信息结构,其信息与每个BWP相对应。第一个BWP的信息结构的内容如下所示。
关于使用nrWaveformGenerator函数生成5G NR下行矢量波形的介绍,就到这里。更多关于NR 下行信道和参考信号等详细内容说明,请参考3GPP TS38系列技术规范。
