5G 的波形介紹

棒棒天海
因為LTE的子載波間隔是固定15kHz,5G中所有的參數都是按照LTE的2的冪次方進行擴展,子載波間隔越大,每子幀中的時隙數就越多,在頻率上就越窄。

與LTE一樣,5G也是使用OFDM符號,在時域上屬于正玄波,但不同的是,5G的子載波間隔有很多種,使用參數Numerologies表示,取值如下:

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Supported transmission numerologies

不同的子載波的波形圖如下:

2.jpg

OFDM的符號長度等于子載波間隔的長度,而且在頻域上,其他載波的零落在子載波的峰值上,這樣就能在一個有限的周期內形成正交。

協議定了不同的子載波下,子幀中包含的符號數,每時隙固定14個OFDM符號,但沒子幀下時隙數不同,如下圖:

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Numberof OFDM symbols per slot, slots per frame, and slots per subframe for normalcyclic prefix

因為LTE的子載波間隔是固定15kHz,5G中所有的參數都是按照LTE的2的冪次方進行擴展,子載波間隔越大,每子幀中的時隙數就越多,在頻率上就越窄。

4.png

LTE中的參數如下:

子載波間隔:15kHz

系統(tǒng)帶寬:20Mhz

FFT點數(采樣點數):2048

采樣頻率Fs(Mhz):30.72

采樣間隔Ts(ns)32.55

采樣頻率的計算是在15khz的頻率內,進行了2048次采樣,所以采樣頻率為15*1000 Hz * 2048=30.72Mhz。

根據4G的基線參數,可以推導出5G的相關參數,如下:

5.png

這里120KHZ和240KHZ使用的小區(qū)帶寬是200MHZ,而不是400MHZ,主要是因為終端必選的系統(tǒng)帶寬是200MHZ。

與LTE類似,OFDM符號波形的弊端是多普勒敏感,在350km/h的速度下,多普勒頻偏最大可能達到1k左右,為了對抗多普勒效應,需要子載波間隔是多普勒的至少30倍,所以,現網一般不使用15khz的子載波間隔。而在60khz的子載波間隔下,覆蓋半徑可能不足,這主要是需要CP長度大于時延擴展,CP的長度是1.17us,大半徑小區(qū)下的時延擴展可能會大于1us,而30khz的子載波間隔,性能適中,能對抗多普勒,CP(2.34us)足以覆蓋絕大多數場景下的時延擴展。

目前最頭痛的問題是高鐵場景。

高鐵場景的組網一般采用多RRU共小區(qū)的模式,如下:

6.png

在這種高鐵組網的場景下,最大時延可能達到us級別,500km/h的多普勒可能達到1.2khz,這樣的話,子載波間隔30khz就不行了。

協議規(guī)定60khz的子載波間隔有擴展CP,擴展CP的長度是128Ts=4.2us(關于CP的介紹,我寫過另一篇文章,感興趣的可以去翻一翻)。但擴展CP的開銷在20%左右,普通CP的開銷只有7%,不到萬不得已,一般不會使用擴展CP。

其實CP的設計,最初是為了對抗OFDM符號的多徑效應,因為多徑會導致符號間的干擾。

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如上圖所示,第二個符號的時延有5us,那么第二次收到的最后一個符號就會干擾第一次收到的第一個符號,這就是符號間干擾的來源。為了消除符號間干擾,就引入了CP。

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將每個時隙的最后兩個符號放到前面去(增加冗余了),在接收的時候,直接簡單的去除循環(huán)前綴。

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