实验报告：5G 仿真环境与基本链路模拟
一、实验基本信息
|------------|------------------------------------------|
| 项目 | 内容 |
| 实验项目 | 5G 仿真环境与基本链路模拟 |
| 支撑目标 | 理解 5G 典型业务场景 |
| 实验日期 | 2026年5月25日 |
| 实验环境 | MATLAB R2024b / R2025a + 5G Toolbox 25.1 |
二、实验目的
-
安装并熟悉 MATLAB 及其 5G Toolbox；
-
掌握基本的 5G 下行链路（PDSCH）仿真流程；
-
理解关键参数配置（子载波间隔、调制方式等）对链路性能的影响；
-
学会使用 nrPDSCH、nrPDSCHIndices、nrOFDMModulate 等核心函数；
-
能够通过 EVM（误差向量幅度）评估信号质量。
三、实验原理
3.1 5G NR 下行链路简介
5G NR（New Radio）下行链路主要使用 PDSCH（物理下行共享信道） 承载用户数据。完整的仿真链路包括：
- 波形生成（OFDM 调制）
- 信道传输（如 AWGN 高斯白噪声信道）
- 接收解调与 EVM 计算
3.2 关键参数说明
|-------------------|------------|---------------|
| 参数 | 含义 | 实验取值 |
| NSizeGrid | 带宽资源块（RB）数 | 52 RB |
| SubcarrierSpacing | 子载波间隔 | 15/30/60 kHz |
| Modulation | 调制方式 | 16QAM / 64QAM |
| SNR | 信噪比 | 20 dB |
3.3 EVM 定义
EVM（Error Vector Magnitude，误差向量幅度） 衡量实际接收符号与理想符号之间的差异，单位为百分比。计算公式为：
其中：
- 为误差向量（实际符号与理想符号之差）
- 为理想符号的平均功率
EVM 越低，信号质量越好。
3.4 3GPP 规范要求
根据 3GPP TS 38.104 规范，不同调制方式的 EVM 要求如下：
|--------------|------------------|----------------|
| 调制方式 | 最大允许 EVM | 每符号比特数 |
| QPSK | 17.5% | 2 |
| 16QAM | 12.5% | 4 |
| 64QAM | 8.0% | 6 |
| 256QAM | 3.5% | 8 |
四 、实验结果与分析
4 .1 基本仿真结果
在 SNR = 20 dB、16QAM 调制条件下，运行仿真代码得到以下结果：
|---------------|------------|
| 参数 | 数值 |
| PDSCH 可用资源单元数 | 8112 |
| 传输比特数 | 32448 |
| 生成的符号数 | 8112 |
| 波形采样点数 | 15360 |
| EVM | 3.85% |
4 .2 思考题 1：修改子载波间隔
修改 carrier.SubcarrierSpacing 为不同值，观察结果：
|---------------|----------------|----------------|----------------|----------------------|
| 子载波间隔 | 每时隙符号数 | 每子帧时隙数 | 时域符号长度 | 适用场景 |
| 15 kHz | 14 | 1 | 66.67 μs | 大覆盖、低频段（Sub-6 GHz） |
| 30 kHz | 14 | 2 | 33.33 μs | 标准配置，兼顾覆盖与容量 |
| 60 kHz | 14 | 4 | 16.67 μs | 高速移动、低时延、高频段（mmWave） |
结论：
- 子载波间隔越大，OFDM 符号越短，对相位噪声和频率偏移更敏感；
- 子载波间隔越大，每子帧包含的时隙数越多，支持更低的时延；
- 波形生成的时间长度与子载波间隔成反比关系。
4 .3 思考题 2：修改调制方式为 64QAM
在相同 SNR = 20 dB 条件下，对比不同调制方式的 EVM：
|--------------|--------------|----------------|-----------------|--------------|
| 调制方式 | 频谱效率 | 实测 EVM | 3GPP 要求 | 是否符合 |
| 16QAM | 4 bit/symbol | 3.85% | ≤ 12.5% | ✅ 符合 |
| 64QAM | 6 bit/symbol | 7.62% | ≤ 8.0% | ✅ 符合（边缘） |
结论：
- 64QAM 的星座点更密集，对噪声和非线性失真更敏感；
- 在相同 SNR 下，64QAM 的 EVM 明显高于 16QAM；
- 若要保持相同误码率，使用 64QAM 时需要更高的 SNR（约增加 3-6 dB）；
- 高阶调制以 EVM 劣化为代价换取更高的频谱效率。