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。

1. waveconfig = nrDLCarrierConfig();  % Create an instance of the waveform’s parameter object
2. waveconfig.NCellID = 0;            % Cell identity
3. waveconfig.ChannelBandwidth = 40;  % Channel bandwidth (MHz)
4. waveconfig.FrequencyRange = ‘FR1’; % ‘FR1’ or ‘FR2’
5. waveconfig.NumSubframes = 10;      % Number of 1ms subframes in generated waveform (1,2,4,8 slots per 1ms subframe, depending on SCS)
7. % Define a set of SCS specific carriers, using the maximum sizes for a
8. % 40 MHz NR channel. See TS 38.101-1 for more information on defined
9. % bandwidths and guardband requirements
11. scscarriers = {nrSCSCarrierConfig(),nrSCSCarrierConfig()};
12. scscarriers{1}.SubcarrierSpacing = 15;
13. scscarriers{1}.NSizeGrid = 216;
14. scscarriers{1}.NStartGrid = 0;
16. scscarriers{2}.SubcarrierSpacing = 30;
17. scscarriers{2}.NSizeGrid = 106;
18. 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。

1. % Bandwidth parts configurations
2. bwp = {nrWavegenBWPConfig(),nrWavegenBWPConfig()};
3. bwp{1}.BandwidthPartID = 1;        % Bandwidth part ID
4. bwp{1}.SubcarrierSpacing = 15;     % BWP subcarrier spacing
5. bwp{1}.CyclicPrefix = ‘Normal’;    % BWP cyclic prefix for 15 kHz
6. bwp{1}.NSizeBWP = 25;              % Size of BWP
7. bwp{1}.NStartBWP = 12;             % Position of BWP, relative to point A (i.e. CRB)
9. bwp{2}.BandwidthPartID = 2;        % Bandwidth part ID
10. bwp{2}.SubcarrierSpacing = 30;     % BWP subcarrier spacing
11. bwp{2}.CyclicPrefix = ‘Normal’;    % BWP cyclic prefix for 30 kHz
12. bwp{2}.NSizeBWP = 50;              % Size of BWP
13. 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。

1. % CORESET and search space configurations
2. coresets = {nrCORESETConfig()};
3. coresets{1}.CORESETID = 1;                      % CORESET ID
4. coresets{1}.Duration = 3;                       % CORESET symbol duration (1,2,3)
5. coresets{1}.FrequencyResources = [1 1 0 1];     % Bitmap indicating blocks of 6 PRB for CORESET (RRC – frequencyDomainResources)
6. coresets{1}.CCEREGMapping = ‘noninterleaved’;   % Mapping: ‘interleaved’ or ‘noninterleaved’
7. coresets{1}.REGBundleSize = 3;                  % L (2,6) or (3,6)
8. coresets{1}.InterleaverSize = 2;                % R (2,3,6)
9. coresets{1}.ShiftIndex = waveconfig.NCellID;    % Set to NCellID
11. searchspaces = {nrSearchSpaceConfig()};
12. searchspaces{1}.SearchSpaceID = 1;              % Search space ID
13. searchspaces{1}.CORESETID = 1;                  % CORESET associated with this search space
14. searchspaces{1}.SearchSpaceType = ‘ue’;         % Search space type, ‘ue’ or ‘common’
15. searchspaces{1}.SlotPeriodAndOffset = [5,0];    % Allocated slot period and slot offset of search space pattern
16. searchspaces{1}.Duration = 2;                   % Number of slots in the block of slots in pattern period
17. searchspaces{1}.StartSymbolWithinSlot = 0;      % First symbol of each CORESET monitoring opportunity in a slot
18. 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

1. pdsch = {nrWavegenPDSCHConfig()};
2. pdsch{1}.Enable = 1;                    % Enable PDSCH sequence
3. pdsch{1}.BandwidthPartID = 1;           % Bandwidth part of PDSCH transmission
4. pdsch{1}.Power  = 0;                    % Power scaling in dB
5. pdsch{1}.Coding = 1;                    % Enable DL-SCH transport channel coding
6. pdsch{1}.DataSource = ‘PN9’;            % Channel data source
7. pdsch{1}.TargetCodeRate = 0.4785;       % Code rate used to calculate transport block sizes
8. pdsch{1}.XOverhead = 0;                 % Rate matching overhead
9. pdsch{1}.Modulation = ‘QPSK’;           % ‘QPSK’, ’16QAM’, ’64QAM’, ‘256QAM’
10. pdsch{1}.NumLayers = 2;                 % Number of PDSCH layers
11. pdsch{1}.RVSequence = [0,2,3,1];        % RV sequence to be applied cyclically across the PDSCH allocation sequence
12. pdsch{1}.VRBToPRBInterleaving = 0;      % Disable interleaved resource mapping
13. 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

1. 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

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

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PDSCH DM-RS Configuration

Set the DM-RS parameters

1. % Antenna port and DM-RS configuration (TS 38.211 section 7.4.1.1)
2. pdsch{1}.MappingType = ‘A’;                % PDSCH mapping type (‘A'(slot-wise),’B'(non slot-wise))
3. pdsch{1}.DMRSPower = 0;                    % Additional power boosting in dB
5. pdsch{1}.DMRS.DMRSPortSet = [] ;           % DM-RS antenna ports used ([] gives port numbers 0:NumLayers-1)
6. pdsch{1}.DMRS.DMRSTypeAPosition = 2;       % Mapping type A only. First DM-RS symbol position (2,3)
7. pdsch{1}.DMRS.DMRSLength = 1;              % Number of front-loaded DM-RS symbols (1(single symbol),2(double symbol))
8. pdsch{1}.DMRS.DMRSAdditionalPosition = 0;  % Additional DM-RS symbol positions (max range 0…3)
9. pdsch{1}.DMRS.DMRSConfigurationType = 2;   % DM-RS configuration type (1,2)
10. pdsch{1}.DMRS.NumCDMGroupsWithoutData = 1; % CDM groups without data (max range 1…3)
11. pdsch{1}.DMRS.NIDNSCID = 1;                % Scrambling identity (0…65535)
12. pdsch{1}.DMRS.NSCID = 0;                   % Scrambling initialization (0,1)

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PDSCH PT-RS Configuration

Set the PT-RS parameters

1. % PT-RS configuration (TS 38.211 section 7.4.1.2)
2. pdsch{1}.EnablePTRS = 0;             % Enable or disable the PT-RS (1 or 0)
3. pdsch{1}.PTRSPower = 0;              % Additional PT-RS power boosting in dB
5. pdsch{1}.PTRS.TimeDensity = 1;       % Time density (L_PT-RS) of PT-RS (1,2,4)
6. pdsch{1}.PTRS.FrequencyDensity = 2;  % Frequency density (K_PT-RS) of PT-RS (2,4)
7. pdsch{1}.PTRS.REOffset = ’00’;       % PT-RS resource element offset (’00’,’01’,’10’,’11’)
8. pdsch{1}.PTRS.PTRSPortSet = 0;       % PT-RS antenna ports must be a subset of DM-RS ports
10. % When PT-RS is enabled, the DM-RS ports must be in range 0 to 3 for DM-RS
11. % configuration type 1 and in range 0 to 5 for DM-RS configuration type 2.
12. % 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.

1. pdsch{2} = pdsch{1};
2. pdsch{2}.Enable = 1;
3. pdsch{2}.BandwidthPartID = 2;          % PDSCH mapped to 2nd BWP
4. pdsch{2}.SymbolAllocation = [0,12];
5. pdsch{2}.SlotAllocation = [2:4,6:20];
6. 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。

1. csirs = {nrWavegenCSIRSConfig()};

2. csirs{1}.Enable = 0;
3. csirs{1}.BandwidthPartID = 1;
4. csirs{1}.Power = 3;    % in dB

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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）

1. csirs{1}.CSIRSType = {‘nzp’,’zp’};
2. csirs{1}.RowNumber = [3 5];
3. csirs{1}.Density = {‘one’,’one’};
4. csirs{1}.SubcarrierLocations = {6,4};
5. csirs{1}.NumRB = 25;
6. csirs{1}.RBOffset = 12;
7. csirs{1}.SymbolLocations = {13,9};
8. csirs{1}.CSIRSPeriod = {[5 0],[5 0]};
9. csirs{1}.NID = 5;

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Specifying Multiple CSI-RS Instances

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

1. csirs{2} = nrWavegenCSIRSConfig();
2. csirs{2}.Enable = 0;
3. csirs{2}.BandwidthPartID = 2;
4. csirs{2}.Power = 3; % in dB
5. csirs{2}.CSIRSType = {‘nzp’,’nzp’};
6. csirs{2}.RowNumber = [1 1];
7. csirs{2}.Density = {‘three’,’three’};
8. csirs{2}.SubcarrierLocations = {0,0};
9. csirs{2}.NumRB = 50;
10. csirs{2}.RBOffset = 50;
11. csirs{2}.SymbolLocations = {6,10};
12. csirs{2}.CSIRSPeriod = {[10,1],[10,1]};
13. 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。

1. waveconfig.SSBurst = ssburst;
2. waveconfig.SCSCarriers = scscarriers;
3. waveconfig.BandwidthParts = bwp;
4. waveconfig.CORESET = coresets;
5. waveconfig.SearchSpaces = searchspaces;
6. waveconfig.PDCCH = pdcch;
7. waveconfig.PDSCH = pdsch;
8. waveconfig.CSIRS = csirs;
10. [waveform,info] = nrWaveformGenerator(waveconfig);
12. % Plot the magnitude of the baseband waveform for the set of antenna ports defined
13. figure;
14. plot(abs(waveform));
15. title(‘Magnitude of 5G Downlink Baseband Waveform’);
16. xlabel(‘Sample Index’);
17. ylabel(‘Magnitude’);
19. % Plot spectogram of waveform for first antenna port
20. samplerate = info.ResourceGrids(1).Info.SampleRate;
21. nfft = info.ResourceGrids(1).Info.Nfft;
22. figure;
23. spectrogram(waveform(:,1),ones(nfft,1),0,nfft,’centered’,samplerate,’yaxis’,’MinThreshold’,-130);
24. 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。