5G信号产生技术研究

　　作者/林艺辉^1,2，徐兰天^1,2(1.我国电子科技集团公司第四十一研讨所，安徽 蚌埠 233010;2.电子信息测验技能安徽省要点试验室，安徽
蚌埠　233010)

　　摘要：5G
网络具有数据速率超高、延时小、移动性高、能效高、交通密度高级特色，可以满意新一代移动通讯中各类场景的需求。跟着5G规范的推进，大规模的5G网络规划和布置势在必行，5G测验仪器的需求也越来越火急。5G信号发生是5G测验仪器的中心，本文根据“FPGA+DSP”架构，完结5G信号发生，并以5G同步信号为首要目标，研讨信号发生进程。经过剖析成果表明，所提出的计划正确有用。

　　要害词：5G;同步信号;基带信号生成

　　*项目基金：我国电科技能创新基金项目《微波毫米波大带宽大规模MIMO测验技能研讨》

　　0 导言

　　跟着移动通讯技能及人工智能的开展，人们对移动宽带使用需求日益激烈。然而在无人驾驶、才智城市等接连广域掩盖热门/高容量、低功耗大衔接和低时延高牢靠的场景中，传统的4G通讯现已不能满意要求^[1]。

　　3GPP (第三代伙伴关系项目)
是移动通讯体系规范安排，其推出的第5代移动通讯体系(5G)是面向2020年之后的新一代移动通讯体系，具有数据速率超高、延时小、移动性高、能效高、交通密度高级特色，可以满意新一代移动通讯中各类场景的需求。

　　跟着5G规范的推进，大规模的5G网络规划和布置势在必行，5G测验仪器的需求也越来越火急^[2]。5G信号发生技能为5G基站、终端、芯片等测验环节供给验证方法，本文根据“FPGA+DSP”架构，完结5G信号发生，并以5G同步信号为首要目标，研讨信号发生技能。经过RS
FSW剖析成果表明，可以满意协议EVM解调目标要求，所提出的计划正确有用。

　　1 全体规划计划

　　本文根据“FGPA+DSP”架构完结5G基带信号发生，并供给射频通道完结信号发生。体系首要由5G物理层处理模块、Fading模块、全数字IQ宽带多路中频处理模块及宽带射频发射模块组成，如图1所示。

　　5G物理层处理模块是依照规范对码流数据进行加扰、调制、资源映射等;Fading模块供给瑞利、莱斯、高斯等式微模型及ITU等信道模型完结实在信号场景的模仿;大宽带高速率中频处理模块处理Fading模块来的IQ数据流并缓存入DDR3，然后首要进行上变频之后送入DA之后到发射通道;发射通道及本振模块根据频段分为两部分，包含6
GHz以下及毫米波部分，由中频模块送入的模仿IQ数据流经过上混频后到射频输出。一起，体系包含设备体系，整体模块，首要完结不同处理环节信号数据处理、模块之间的操控、时钟办理、驱动、供电、人机交互等功能。

　　2 5G物理层模块规划

　　5G物理层模块是5G信号源的中心部分。5G规范对下行基带信号的信道和信号从头进行了界说。SS / PBCH承载了小区的同步信息及播送信息。SS /
PBCH块时域上由4个OFDM符号组成，频域上有240个资源粒子组成。而且SS /
PBCH块内，包含有相关DMRS、PSS(主同步)，SSS(辅同步)和PBCH。

　　2.1 DMRS模块规划

　　解调参阅信号(DMRS)常常用于终端解调基站信息时的信道估量进程。终端假定用于SS / PBCH块的参阅信号序列如式(1)所示^[3]。

　　其间，c(m)为伪随机序列，且初始值满意式(2)所示。

　　关于特定频带的一个SS/PBCH周期中的SS/PBCH波束的最大数量L_max=4时，nhf是在帧中发送PBCH的半帧的编号，iSSB是的SS /
PBCH索引的两个最低有用位。

　　关于L_max=8或许L_max=64时，nhf等于0，且iSSB是的SS / PBCH索引的三个个最低有用位。

　　关于DMRS，要求依照先频域k和后时域l的次序映射到资源元素(k,l)，其间k为以为初始，并距离4个资源粒子的频率索引，l为{1，3}的时刻索引。

　　2.2 PBCH模块规划

　　PBCH信道首要承载着播送信息，包含体系帧号、半帧索引等信息。PBCH信道的处理进程如图2所示，包含传输块处理、第2次加扰、调制、资源映射等进程^[4]。

　　其间传输块处理流程如图3所示。

　　(1)信息块生成及交错

　　根据小区参数生成MIB，并进行有用位扩大，构成完好的信息块。扩大生成与时刻相关的PBCH有用载荷位共8位，详细表明位，其间：分别是SFN(体系帧号)的第四，第三，第二和第一个有用位，半无线帧位; 分别是SS / PBCH块索引的第3，第2和第1个LSB。

　　构成完好信息块后，进行交错处理，输出比特流。

　　(2)信道编码

　　关于PBCH信道，采纳的编码方法为Polar编码。Polar编码使用极化现象构建的编码可以到达对称容量^[6-7]。详细完结如式(3)所示。

　　其间，u为输入比特矩阵，Gn为生成矩阵，d为输出矩阵。

　　在PBCH信道处理进程中，输入比特矩阵u根据原始输入比特和CRC校验比特特生成，生成矩阵Gn为矩阵G2的n 次克罗内克积^[4]，其间：

　　2.3 基带信号生成规划

　　3GPP规范规范界说了在天线端口的时刻接连基带信号，如式(4)所示^[3]：

　　式子完结复杂度高，直接影响算法的实时功能，因而本文在式子基础上提出一种根据因子改换的FFT算法完结基带信号生成。推演进程如下：

　　因为OFDM符号中CP是根据符号内容进行填充的，可以先不考虑CP，则式(4)可以转变成如下：

　　令t=nTc，则

　　其间Tc=1/(△fmax*Nf)，且△fmax=480*10³，N_f=4096。则

　　令N=(480*103*4096)/ △f，则式(5)可转换成如下。

　　因而，经过改换，基带信号生成进程可以改换如式(6)所示。即经过频域数据进行IFFT改变，在乘以旋转因子完结基带信号生成。经过IFFT运算可以有用下降基带信号生成核算复杂度，进步功率。

　　2.4 试验成果及剖析

　　经过本单位自主研制的5G毫米波信号源发送频点为2.3 GHz的5G信号，经过RS FSW进行解析，解析成果如图4所示。其间PSS、SSS、 PBCH
DMRS及PBCH的EVM目标分别为0.589%、0.576%、0.740%及0.190%，契合3GPP的规则，阐明本文的5G信号源规划计划正确有用。

　　3 定论

　　5G信号源是5G技能研讨的中心内容，相关技能的研讨可以有用推进要害中心器材、基站功能测验。本文根据3GPP规范，根据“FPGA+DSP”架构，完结5G信号发生，并以5G同步信号为首要目标，研讨信号发生技能，包含5G基带模块各信号的发生、编码技能、资源映射，并提出了一种根据因子改换的FFT算法完结5G基带信号生成，有用下降了基带生成完结复杂度。经过RS
FSW剖析成果表明，可以满意协议EVM解调目标要求，所提出的计划正确有用。

　　参阅文献

　　[1]蔡志猛.5G移动通讯开展趋势及若干要害技能[J].数字技能与使用, 2015(2):41-41.

　　[2]李婷. 根据4G通讯技能来看待5G的未来[J] 信息通讯,2018(4):255-256.

　　[3]3GPP TS 38.211 (V15.0.0). 3rd Generation Partnership Project;Technical
Specification Group Radio Access Network;NR;Physical channels and
modulation[S].3GPP Organizational Partners.2017-12.

　　[4]3GPP TS 38.212 (V15.0.0). 3rd Generation Partnership Project;Technical
Specification Group Radio Access Network;NR;Multiplexing and channel
coding[S].3GPP Organizational Partners.2017-12.

　　[5]3GPP TS 38.213 (V15.0.0). 3rd Generation Partnership Project;Technical
Specification Group Radio Access Network;NR;Physical layer procedures for
control[S].3GPP Organizational Partners.2017-12.

　　[6]王继伟,王学东,李斌,等.极化码在BEC信道下性质研讨[J].通讯技能,2012,45(09):33-35.

　　[7]樊婷婷. Polar码的若干要害技能研讨[D].北京交通大学, 2017.