5G NR下行载波波形生成-Matlab

此示例显示了如何使用5G NR下行链路载波波形发生器来创建基带分量载波波形。

介绍

此示例显示了如何使用来参数化和生成5G新无线电（NR）下行链路波形nrWaveformGenerator。可以生成以下通道和信号：

PDSCH及其关联的DM-RS和PT-RS
PDCCH及其相关的DM-RS
PBCH及其相关的DM-RS
PSS和SSS
CSI-RS

该示例支持多个SCS特定载波和多个带宽部分（BWP）的参数化和生成。可以在不同的BWP上生成PDSCH和PDCCH信道的多个实例。可以配置CORESET集和搜索空间监视机会，以映射PDCCH。注意，在该示例中，没有将预编码应用于物理信道和信号。

波形和载波配置

基带波形由一个nrDLCarrierConfig对象以及与其通道和信号关联的一组其他对象进行参数设置。本部分在资源块中设置SCS特定的载波带宽，小区ID和子帧中生成的波形的长度。您可以使用NStartGrid和NSizeGrid参数控制SCS载波带宽和保护带。

waveconfig = nrDLCarrierConfig(); % Create an instance of the waveform's parameter object
waveconfig.NCellID = 0; % Cell identity
waveconfig.ChannelBandwidth = 40; % Channel bandwidth (MHz)
waveconfig.FrequencyRange = 'FR1'; % 'FR1' or 'FR2'
waveconfig.NumSubframes = 10; % Number of 1ms subframes in generated waveform (1,2,4,8 slots per 1ms subframe, depending on SCS)
% 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 requirements
scscarriers = {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;

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SS Burst

在此部分中，您可以设置SS突发的参数。SS猝发的命理可以与波形的其他部分不同。通过TS 38.213第4.1节中指定的块模式参数来指定。位图用于指定在5ms的半帧突发中传输哪些块。也可以在此处设置以毫秒为单位的周期和突发功率。也可以设置此处未显示的其他SS突发参数。有关完整列表，请参见的帮助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 burstssburst.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 waveform center

带宽部分

BWP由一组在给定载体上共享命理的连续资源组成。本示例支持通过单元阵列使用多个BWP。数组中的每个条目代表一个BWP。您可以为每个BWP指定子载波间隔（SCS），循环前缀（CP）长度和带宽。该SubcarrierSpacing参数将BWP映射到先前定义的SCS特定载波之一。该NStartBWP参数控制BWP在载体中相对于点A的位置。用BWP命理学表示。不同的BWP可以相互重叠。

% Bandwidth parts configurations
bwp = {nrWavegenBWPConfig(),nrWavegenBWPConfig()};
bwp{1}.BandwidthPartID = 1; % Bandwidth part ID
bwp{1}.SubcarrierSpacing = 15; % BWP subcarrier spacing
bwp{1}.CyclicPrefix = 'Normal'; % BWP cyclic prefix for 15 kHz
bwp{1}.NSizeBWP = 25; % Size of BWP
bwp{1}.NStartBWP = 12; % Position of BWP, relative to point A (i.e. CRB)
bwp{2}.BandwidthPartID = 2; % Bandwidth part ID
bwp{2}.SubcarrierSpacing = 30; % BWP subcarrier spacing
bwp{2}.CyclicPrefix = 'Normal'; % BWP cyclic prefix for 30 kHz
bwp{2}.NSizeBWP = 50; % Size of BWP
bwp{2}.NStartBWP = 51; % Position of BWP, relative to point A (i.e. CRB)

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CORESET和搜索空间配置

本节中的参数指定控制资源集（CORESET）和PDCCH搜索空间配置。CORESET和搜索空间指定了给定命理的控制信道传输的可能位置（时间和频率）。生成器支持多个CORESET和搜索空间。可以指定以下参数：

指定时隙中每个CORESET监视机会的第一个符号的OFDM符号
一个时段内已分配时隙块的持续时间
分配模式的周期性
CORESET持续时间，以符号表示，分别为1、2或3
定义CORESET的已分配物理资源块（PRB）的位图。请注意，CORESET频率分配是在6个PRB的块中定义的，以公共资源块（CRB）编号对齐，即相对于点A。位图中的每个位选择包含它的CRB对齐块中的所有6个PRB。
CCE到REG的映射可以"交错"或"非交错"
基于CORESET持续时间的资源元素组（REG）捆绑包大小（L），为（2,6）或（3,6）
交织器大小为2、3或6
移位索引，范围为0 ... 274的标量值

下图显示了一些CORESET参数的含义。

% CORESET and search space configurations
coresets = {nrCORESETConfig()};
coresets{1}.CORESETID = 1; % CORESET ID
coresets{1}.Duration = 3; % CORESET symbol duration (1,2,3)
coresets{1}.FrequencyResources = [1 1 0 1]; % Bitmap indicating blocks of 6 PRB for CORESET (RRC -- frequencyDomainResources)
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 ID
searchspaces{1}.CORESETID = 1; % CORESET associated with this search space
searchspaces{1}.SearchSpaceType = 'ue'; % Search space type, 'ue' or 'common'
searchspaces{1}.SlotPeriodAndOffset = [5,0]; % Allocated slot period and slot offset of search space pattern
searchspaces{1}.Duration = 2; % Number of slots in the block of slots in pattern period
searchspaces{1}.StartSymbolWithinSlot = 0; % First symbol of each CORESET monitoring opportunity in a slot
searchspaces{1}.NumCandidates = [8 8 4 2 0]; % Number of candidates at each AL (set to 0 if the AL doesn't fit in CORESET)

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PDCCH实例配置

本部分指定波形中PDCCH实例集的参数。结构数组中的每个元素定义一个PDCCH序列实例。可以设置以下参数：

启用/禁用PDCCH序列
指定携带PDCCH的BWP
PDCCH实例功率，以dB为单位
启用/禁用DCI通道编码
在CORESET监视时机序列内分配的搜索空间
携带PDCCH实例的搜索空间（和CORESET）
分配的周期性。如果将其设置为空，则表示没有重复
PDCCH的聚合等级（AL）（控制信道元素（CCE）的数量）
分配的候选者指定用于PDCCH传输的CCE
RNTI
此PDCCH及其相关的DM-RS的加扰NID
DM-RS功率提升
DCI消息有效负载大小
DCI消息数据源。您可以使用一个位数组或以下标准PN序列之一：" PN9-ITU"，" PN9"，" PN11"，" PN15"，" PN23"。生成器的种子可以使用形式的单元格数组指定{'PN9',seed}。如果未指定种子，则生成器将全部初始化。
1. pdcch = {nrWavegenPDCCHConfig()};
2. pdcch{1}.Enable = 1 ; % Enable PDCCH sequence
3. pdcch{1}.Power = 1.1; % Power scaling in dB
4. pdcch{1}.Coding = 1; % Enable DCI coding
5. pdcch{1}.BandwidthPartID = 1; % Bandwidth part
6. pdcch{1}.SearchSpaceID = 1; % Search space
7. pdcch{1}.SlotAllocation = 0; % Slots used with period
8. pdcch{1}.Period = 5; % Period of transmission pattern
9. pdcch{1}.AggregationLevel = 8; % Aggregation level (1,2,4,8,16 CCEs)
10. pdcch{1}.AllocatedCandidate = 1; % PDCCH candidate in search space (1 based)
11. pdcch{1}.RNTI = 0; % RNTI
12. pdcch{1}.DMRSScramblingID = 1; % PDCCH and DM-RS scrambling NID
13. pdcch{1}.DMRSPower = 0; % Additional power boosting in dB
14. pdcch{1}.DataBlockSize = 20; % DCI payload size
15. pdcch{1}.DataSource = 'PN9'; % DCI data source
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PDSCH实例配置

本节指定波形中的PDSCH实例集。单元阵列中的每个元素nrWavegenPDSCHConfig定义一个PDSCH序列实例。本示例定义了两个PDSCH序列实例。

一般参数

为每个PDSCH序列实例设置以下参数：

启用或禁用此PDSCH序列
指定携带PDSCH的BWP。PDSCH将使用为此BWP指定的SCS
功率缩放单位：dB
启用或禁用DL-SCH传输信道编码
传输块数据源。您可以使用一个位数组或以下标准PN序列之一：" PN9-ITU"，" PN9"，" PN11"，" PN15"，" PN23"。生成器的种子可以使用形式的单元格数组指定{'PN9', seed}。如果未指定种子，则生成器将全部初始化。
用于计算传输块大小的目标码率
开销参数
符号调制
层数
冗余版本（RV）序列
启用或禁用虚拟到物理资源块映射的交错。如果未指定此参数，则考虑直接的，非交错的映射
交错图的捆绑包大小，由较高层参数vrb-ToPRB-Interleaver指定。如果未指定此参数，则捆绑包大小设置为2

pdsch = {nrWavegenPDSCHConfig()};
pdsch{1}.Enable = 1; % Enable PDSCH sequence
pdsch{1}.BandwidthPartID = 1; % Bandwidth part of PDSCH transmission
pdsch{1}.Power = 0; % Power scaling in dB
pdsch{1}.Coding = 1; % Enable DL-SCH transport channel coding
pdsch{1}.DataSource = 'PN9'; % Channel data source
pdsch{1}.TargetCodeRate = 0.4785; % Code rate used to calculate transport block sizes
pdsch{1}.XOverhead = 0; % Rate matching overhead
pdsch{1}.Modulation = 'QPSK'; % 'QPSK', '16QAM', '64QAM', '256QAM'
pdsch{1}.NumLayers = 2; % Number of PDSCH layers
pdsch{1}.RVSequence = [0,2,3,1]; % RV sequence to be applied cyclically across the PDSCH allocation sequence
pdsch{1}.VRBToPRBInterleaving = 0; % Disable interleaved resource mapping
pdsch{1}.VRBBundleSize = 2; % vrb-ToPRB-Interleaver parameter

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分配

下图表示PDSCH分配中使用的一些参数。

您可以设置以下参数来控制PDSCH分配。请注意，这些参数是相对于BWP的。指定的PDSCH分配将避开用于SS突发的位置。

分配给每个PDSCH实例的时隙中的符号帧中用于PDSCH序列的时隙时隙分配周期。如果为空，则表示没有重复分配的PRB相对于BWPRNTI。此值用于将PDSCH链接到PDCCH的实例用于加扰PDSCH位的NID

pdsch{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 part

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CORESETs and sets of PRB can be specified for rate matching around, if required

The PDSCH can be rate matched around one or more CORESETs
The PDSCH can be rate matched around other resource allocations

pdsch{1}.ReservedCORESET = 1; % Rate matching pattern, defined by CORESET IDs

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PDSCH DM-RS Configuration

Set the DM-RS parameters

% 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 dB
pdsch{1}.DMRS.DMRSPortSet = [] ; % DM-RS antenna ports used ([] gives port numbers 0:NumLayers-1)
pdsch{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),2(double symbol))
pdsch{1}.DMRS.DMRSAdditionalPosition = 0; % Additional DM-RS symbol positions (max range 0...3)
pdsch{1}.DMRS.DMRSConfigurationType = 2; % DM-RS configuration type (1,2)
pdsch{1}.DMRS.NumCDMGroupsWithoutData = 1; % CDM groups without data (max range 1...3)
pdsch{1}.DMRS.NIDNSCID = 1; % Scrambling identity (0...65535)
pdsch{1}.DMRS.NSCID = 0; % Scrambling initialization (0,1)

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PDSCH PT-RS Configuration

Set the PT-RS parameters

% 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 dB
pdsch{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
% When PT-RS is enabled, the DM-RS ports must be in range 0 to 3 for DM-RS
% configuration type 1 and in range 0 to 5 for DM-RS configuration type 2.
% Nominally the antenna port of PT-RS is the lowest DM-RS port number.

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Specifying Multiple PDSCH Instances

A second PDSCH sequence instance is specified next using the second BWP.

pdsch{2} = pdsch{1};
pdsch{2}.Enable = 1;
pdsch{2}.BandwidthPartID = 2; % PDSCH mapped to 2nd BWP
pdsch{2}.SymbolAllocation = [0,12];
pdsch{2}.SlotAllocation = [2:4,6:20];
pdsch{2}.PRBSet = [25:30, 35:38]; % PRB allocation, relative to BWP

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CSI-RS

本部分在波形中配置通道状态信息参考信号（CSI-RS）。单元阵列中的每个元素代表一组与BWP相关的CSI-RS资源。

一般参数

为一组CSI-RS资源设置以下参数：

启用或禁用这组CSI-RS资源
指定承载此CSI-RS资源集的BWP。CSI-RS资源配置将使用为此BWP指定的SCS
以dB为单位指定功率比例。提供标量可定义单个CSI-RS资源或所有已配置的CSI-RS资源的功率缩放。提供向量可为每个CSI-RS资源定义一个单独的功率电平。

<pre style="box-sizing: border-box; overflow: auto; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, "Courier New", monospace; line-height: 1.42; color: rgb(64, 64, 64); word-break: normal; overflow-wrap: normal; background: transparent; border: none; border-radius: 0px;">csirs = {nrWavegenCSIRSConfig()};
csirs{1}.Enable = 0;
csirs{1}.BandwidthPartID = 1;
csirs{1}.Power = 3; % in dB</pre>

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CSI-RS配置

您可以为一个或多个零功耗（ZP）或非零功耗（NZP）CSI-RS资源配置配置以下参数。

CSI-RS资源的类型（" nzp"，" zp"）
行号对应于TS 38.211表7.4.1.5.3-1（1 ... 18）中定义的CSI-RS资源
CSI-RS资源的频率密度（"一个"，"三个"，" dot5even"，" dot5odd"）
资源块（RB）中的CSI-RS资源的子载波位置
分配给CSI-RS资源的RB数（1 ... 275）
相对于载波资源网格的CSI-RS资源分配的起始RB索引（0 ... 274）
时隙内CSI-RS资源的OFDM符号位置
CSI-RS资源的时隙的周期和偏移量（基于0）。此参数可以是向量或向量的单元格数组。在后一种情况下，每个小区对应一个单独的CSI-RS资源。在向量的情况下，所有CSI-RS资源都使用相同的时隙集
加扰身份与用于伪随机序列生成的CSI-RS资源相对应（0 ... 1023）

csirs{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;

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Specifying Multiple CSI-RS Instances

A set of CSI-RS resources associated with the second BWP.

csirs{2} = nrWavegenCSIRSConfig();
csirs{2}.Enable = 0;
csirs{2}.BandwidthPartID = 2;
csirs{2}.Power = 3; % in dB
csirs{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;

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波形产生

此部分将所有通道和信号参数分配给主载波配置对象nrDLCarrierConfig，然后生成并绘制波形。

waveconfig.SSBurst = ssburst;
waveconfig.SCSCarriers = scscarriers;
waveconfig.BandwidthParts = bwp;
waveconfig.CORESET = coresets;
waveconfig.SearchSpaces = searchspaces;
waveconfig.PDCCH = pdcch;
waveconfig.PDSCH = pdsch;
waveconfig.CSIRS = csirs;
[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');
% 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');

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波形发生器功能返回时域波形以及info包含基础资源元素网格以及该波形中所有PDSCH和PDCCH实例使用的资源的细分的结构。

该ResourceGrids字段是结构数组，其中包含以下字段：

每个BWP对应的资源网格
包含每个BWP中的信道和信号的总带宽的资源网格
具有对应于每个BWP的信息的信息结构。第一个BWP的此信息结构的内容如下所示。

请注意，生成的资源网格是3D矩阵，其中不同的平面代表天线端口。对于不同的物理通道和信号，最低端口映射到网格的第一平面。