Введение

В 5G НОМЕР, PDSCH - физический канал передачи информации из космоса, который несет пользовательские данные. DM-RS и PT-RS являются опорными сигналами, связанными с PDSCH. Эти сигналы генерируются в пределах распределения PDSCH, как определено в TS 38.211 Разделы 7.4.1.1 и 7.4.1.2 [1]. DM-RS используется для оценки канала как часть когерентной демодуляции PDSCH. Для компенсации общей фазовой ошибки (CPE) 3GPP 5G NR ввел PT-RS. Фазовый шум, производимый в гетеродинах, приводит к значительному ухудшению на частотах mmWave. Он создает CPE и интерференцию между несущими (ICI). CPE приводит к идентичному повороту принятого символа в каждой поднесущей. ICI приводит к потере ортогональности между поднесущими. PT-RS используется главным образом для оценки и минимизации влияния CPE на производительность системы.

5G Toolbox™ предоставляет функции для моделирования физического (PHY) уровня с различными уровнями детализации. Уровни детализации варьируются от функций уровня канала PHY, которые выполняют обработку транспортного и физического каналов, до функций этапа обработки отдельных каналов, выполняющих кодирование с циклическим избыточным кодом (CRC), сегментацию кодовых блоков, кодирование канала с низкой плотностью контроля по четности (LDPC) и т.д. Панель инструментов предлагает функции опорных сигналов, связанные с PDSCH в качестве функций nrPDSCHDMRS, nrPDSCHDMRSIndices, nrPDSCHPTRS, и nrPDSCHPTRSIndices.

PDSCH

PDSCH - это физический канал, который переносит пользовательские данные. Ресурсы, выделенные для PDSCH, находятся в пределах части полосы пропускания (BWP) несущей, как определено в TS 38.214 Раздел 5.1.2 [2]. Ресурсы во временной области для передачи PDSCH планируются посредством управляющей информации нисходящей линии связи (DCI) в поле Назначение ресурсов временной области. Это поле указывает ${\mathit{}}_{\mathrm{K0\; смещения\; слота,}}$начальный символ S, длину L распределения и тип отображения PDSCH. Допустимые комбинации S и L показаны в таблице 1. Для типа отображения A значение S равно 3, только если позиция типа A DM-RS установлена в 3.

Ресурсы в частотной области для передачи PDSCH планируются DCI в поле Назначение ресурсов частотной области. Это поле указывает, является ли распределение ресурсов блоков ресурсов (RB) непрерывным или несмежным, на основе типа выделения. Выделенные RB находятся в пределах BWP.

5G Toolbox™ обеспечивает nrCarrierConfig и nrPDSCHConfig объекты для установки параметров, связанных с PDSCH в BWP.

% Setup the carrier with 15 kHz subcarrier spacing and 10 MHz bandwidth 
carrier = nrCarrierConfig;
carrier.SubcarrierSpacing = 15;
carrier.CyclicPrefix = 'normal';
carrier.NSizeGrid = 52;
carrier.NStartGrid = 0;

% Configure the physical downlink shared channel parameters
pdsch = nrPDSCHConfig;
pdsch.NSizeBWP = [];   % Empty implies that the value is equal to NSizeGrid
pdsch.NStartBWP = [];  % Empty implies that the value is equal to NStartGrid
pdsch.PRBSet = 0:51;   % Allocate the complete carrier
pdsch.SymbolAllocation = [0 14]; % Symbol allocation [S L]
pdsch.MappingType = 'A'; % PDSCH mapping type ('A' or 'B')

DM-RS

DM-RS используется для оценки радиоканала. Сигнал присутствует только в RB, назначенных для PDSCH. Структура DM-RS предназначена для поддержки различных сценариев развертывания и сценариев использования. Фронтально загруженная конструкция поддерживает передачи с низкой задержкой, двенадцать ортогональных антенных портов для передач MIMO и до четырех экземпляров передачи опорного сигнала в слоте для поддержки высокоскоростных сценариев. Нагруженные спереди опорные сигналы указывают, что сигнал возникает на ранней стадии передачи. DM-RS присутствует в каждом RB, выделенном для PDSCH.

Параметры, управляющие ресурсами временной области

Параметрами, которые управляют местоположениями символов OFDM DM-RS, являются:

Распределение символов PDSCH указывает местоположения символов OFDM, используемые передачей PDSCH в слоте. Местоположения символов DM-RS находятся в пределах распределения символов PDSCH. Позиции символов OFDM DM-RS зависят от типа отображения. Тип отображения PDSCH - «слот» (тип A) или «не слот» (тип B). Положения любых дополнительных символов DM-RS определяются набором таблиц, как указано в TS 38.211 раздел 7.4.1.1.2 [1]. Для целей индексирования таблиц спецификация определяет термин ${\mathit{}}_{\mathit{ld}}$, указывающий длительность символов OFDM, подлежащих учету, в зависимости от типа отображения.

Для типа А отображения местоположения символов OFDM DM-RS определяются относительно первого символа OFDM временного интервала (символ # 0). Местоположение первого символа OFDM DM-RS ${\mathit{(}}_{\mathrm{}}$l0) обеспечивается положением А типа DM-RS, которое равно либо 2, либо 3. Для любого дополнительного DM-RS длительность символов OFDM ${\mathit{(}}_{\mathit{}}$ld) является количеством символов OFDM между первым символом OFDM временного интервала (символ # 0) и последним символом OFDM выделенных ресурсов PDSCH. Следует отметить, ${\mathit{что}}_{\mathit{}}$ld может отличаться от количества OFDM-символов, выделенных для PDSCH, когда первый OFDM-символ PDSCH отличается от символа # 0.

Для типа В отображения местоположения символов OFDM DM-RS определяются относительно первого символа OFDM выделенных ресурсов PDSCH. Местоположение первого символа OFDM DM-RS (${\mathit{}}_{\mathrm{l0}}$) всегда равно 0, что означает, что первое местоположение символа OFDM DM-RS является первым местоположением символа OFDM выделенных ресурсов PDSCH. Для любого дополнительного DM-RS длительность символов OFDM (${\mathit{}}_{\mathit{ld}}$) является длительностью выделенных ресурсов PDSCH.

Фиг.1 иллюстрирует местоположения символов DM-RS в зависимости от типа отображения для RB в пределах слота, имеющего один символ DM-RS. На чертеже показана конфигурация с PDSCH, занимающим символы OFDM от 1 до 10 (на основе 0) с ${\mathit{}}_{\mathit{ld}}$, равным 11 для типа отображения А, и от 3 до 9 (на основе 0) с ${\mathit{}}_{\mathit{ld}}$, равным 7 для типа отображения В соответственно.

Максимальное количество символов OFDM DM-RS, используемых UE, конфигурируется сигнализацией RRC (dmrs-AdditityPosition и maxLength). Параметр maxLength RRC задает длину символа DM-RS, одного символа DM-RS или двойного символа DM-RS. Для DM-RS с двойным символом фактический выбор сигнализируется в сообщении 1_1 формата DCI. Фиг.2 иллюстрирует односимвольные и двухсимвольные местоположения DM-RS.

Параметр более высокого уровня dmrs-AdditityPosition определяет максимальное количество передаваемых дополнительных одно- или двухсимвольных DM-RS. Количество дополнительных позиций находится в диапазоне от 0 до 3 и зависит от типа отображения, длины DM-RS и распределения символов PDSCH. Местоположения символов DM-RS приведены в таблицах TS 38.211 7.4.1.1.2-3 и 7.4.1.1.2-4. Фиг.3 иллюстрирует дополнительные позиции DM-RS в комбинации с односимвольными и двухсимвольными DM-RS.

% Set the parameters that control the time resources of DM-RS
pdsch.DMRS.DMRSTypeAPosition = 2;      % 2 or 3
pdsch.DMRS.DMRSLength = 1;             % 1 or 2
pdsch.DMRS.DMRSAdditionalPosition = 1; % 0...3

Параметры, управляющие ресурсами частотной области

Параметрами, которые управляют местоположениями поднесущих DM-RS, являются:

Тип конфигурации указывает плотность частоты DM-RS и сигнализируется сообщением RRC dmrs-Type. Тип конфигурации 1 определяет шесть поднесущих на блок физических ресурсов (PRB) на антенный порт, содержащий альтернативные поднесущие. Тип конфигурации 2 определяет четыре поднесущих на PRB на антенный порт, состоящий из двух групп из двух последовательных поднесущих. Фиг.4 показывает местоположения поднесущих DM-RS на основе типа конфигурации.

Различные дельта-сдвиги применяются к используемым наборам поднесущих в зависимости от ассоциированного антенного порта или группы мультиплексирования с кодовым разделением каналов (CDM). Для типа конфигурации 1 существуют две возможные группы/смещения CDM через восемь возможных антенных портов (p = 0... 7). Фиг.5 иллюстрирует различные сдвиги, связанные с местоположениями поднесущих DM-RS с типом конфигурации DM-RS, установленным в 1. Обратите внимание, что элементы ресурсов (RE), соответствующие местоположениям поднесущих DM-RS более низкой группы CDM (т.е. антенный порт 0), блокируются для передачи данных в антенных портах более высокой группы CDM (т.е. антенный порт 2).

Для типа конфигурации 2 существует три возможных группы/сдвига CDM по двенадцати антенным портам (p = 0... 11). Фиг.6 иллюстрирует различные сдвиги, связанные с местоположениями поднесущих DM-RS в конфигурации DM-RS типа 2. Для получения подробной информации о конфигурации см. TS 38.211 раздел 7.4.1.1. Обратите внимание, что RE, соответствующие местоположениям поднесущих DM-RS более низких групп CDM, блокируются для передачи данных в антенных портах более высоких групп CDM.

% Set the parameters that control the frequency resources of DM-RS
pdsch.DMRS.DMRSConfigurationType = 1; % 1 or 2
pdsch.DMRS.DMRSPortSet = 0;

% Set the parameter that controls the number of REs available for data
% transmission in a DM-RS carrying OFDM symbol. This value is nominally
% greater than the maximum configured CDM group number.
pdsch.DMRS.NumCDMGroupsWithoutData = 1; % 1 corresponds to CDM group number 0

% The read-only properties DeltaShifts and DMRSSubcarrierLocations of DMRS
% property of pdsch object provides the values of delta shift(s) and DM-RS
% subcarrier locations in an RB for each antenna port configured.
pdsch.DMRS.DeltaShifts

ans = 0

pdsch.DMRS.DMRSSubcarrierLocations

ans = 6×1

     0
     2
     4
     6
     8
    10

Генерация последовательности

Псевдослучайная последовательность, используемая для DM-RS, представляет собой ${\mathrm{}}^{\mathrm{}}\mathrm{}$последовательность 231-1-длинного золота. Последовательность генерируется во всех общих блоках ресурсов (CRB) и передается только в RB, выделенных для данных, потому что не требуется оценивать канал вне частотной области, в которой данные не передаются. Генерация последовательности опорного сигнала по всем CRB гарантирует, что одна и та же лежащая в основе псевдослучайная последовательность используется для множества UE на перекрывающихся частотно-временных ресурсах в случае многопользовательского MIMO. Параметры, управляющие генерацией последовательности:

Свойство SharingPrefix объекта несущей управляет количеством символов OFDM в слоте. Свойство NSlot объекта несущей управляет номером слота.

% Set the parameters that only control the DM-RS sequence generation
pdsch.DMRS.NIDNSCID = 1; % Use empty to set it to NCellID of the carrier
pdsch.DMRS.NSCID = 0;    % 0 or 1

% Generate DM-RS symbols
pdsch.NumLayers = numel(pdsch.DMRS.DMRSPortSet);
dmrsSymbols = nrPDSCHDMRS(carrier,pdsch);

% Plot the constellation
scatterplot(dmrsSymbols)
title('DM-RS Constellation')
xlabel('Real')
ylabel('Imaginary')

% The read-only properties TimeWeights and FrequencyWeights of DMRS
% property of pdsch object provides the values of time and frequency
% weights applied to the DM-RS symbols.
pdsch.DMRS.TimeWeights

ans = 2×1

     1
     1

pdsch.DMRS.FrequencyWeights

ans = 2×1

     1
     1

% Generate DM-RS indices
dmrsIndices = nrPDSCHDMRSIndices(carrier,pdsch);

% Map the DM-RS symbols to the grid with the help of DM-RS indices
grid = zeros([12*carrier.NSizeGrid carrier.SymbolsPerSlot pdsch.NumLayers]);
grid(dmrsIndices) = dmrsSymbols;
figure
imagesc(abs(grid(:,:,1)));
axis xy;
xlabel('OFDM Symbols');
ylabel('Subcarriers');
title('DM-RS Time-Frequency Locations');

PT-RS

PT-RS - опорный сигнал отслеживания фазы. PT-RS используется главным образом для оценки и минимизации влияния CPE на производительность системы. Благодаря свойствам фазового шума сигнал PT-RS имеет низкую плотность в частотной области и высокую плотность во временной области. PT-RS всегда возникает в комбинации с DM-RS и только тогда, когда сеть сконфигурировала для присутствия PT-RS.

Параметры, управляющие ресурсами временной области

PT-RS конфигурируется через параметр более высокого уровня DMRS-DownlinkConfig для нисходящей линии связи. Параметры, управляющие временными ресурсами PT-RS:

${\mathit{}}_{\mathrm{}\mathrm{LPT-RS}}$ зависит от схемы планируемой модуляции и кодирования. Значение ${\mathit{}}_{\mathrm{}\mathrm{ТНД-РС}}$ должно быть из набора {1, 2, 4}. Параметры, управляющие местоположением символов DM-RS, см. в разделе Параметры, управляющие временными ресурсами DM-RS.

Местоположения символов PT-RS в слоте начинаются с первого символа OFDM в распределении совместно используемого канала и перескакивают все ${\mathit{}}_{\mathrm{}\mathrm{}}$символы LPT-RS, если в этом интервале нет символа DM-RS. В случае, когда символ или символы DM-RS присутствуют между интервалами перехода или в них, переход начинается с последнего местоположения символа DM-RS для обеспечения следующего символа PT-RS. Фиг.7 показывает местоположения символов PT-RS в RB для одного слота с плотностью времени, установленной на 4, и местоположения символов DM-RS, установленные на 2 и 11 (на основе 0).

% Set the EnablePTRS property in pdsch to 1
pdsch.EnablePTRS = 1;

% Set the parameters that control the time resources of PT-RS
pdsch.PTRS.TimeDensity = 4;

Параметры, управляющие ресурсами частотной области

PT-RS занимает только одну поднесущую в RB для одного символа OFDM. Параметры, управляющие частотными ресурсами PT-RS:

${\mathit{}}_{\mathrm{}\mathrm{KPT-RS}}$ зависит от запланированной полосы пропускания. Значение ${\mathit{}}_{\mathrm{}\mathrm{KPT-RS}}$ равно либо 2, либо 4, что указывает, присутствует ли PT-RS в каждых двух RB или в каждых четырех RB.

Начальный RB, в котором присутствует PT-RS (${\mathit{}}_{\mathrm{}}^{\mathrm{krefRB}}$), зависит от ${\mathit{}}_{\mathrm{}\mathrm{KPT-RS}}$, ${\mathit{}}_{\mathrm{nRNTI}}$и количества RB (${\mathit{}}_{\mathrm{NRB}}$), выделенных для PDSCH. Для отображения PT-RS все RB PDSCH нумеруются в порядке возрастания от 0 до ${\mathit{}}_{\mathrm{}}\mathrm{NRB-1}$. Местоположение поднесущей PT-RS (${\mathit{}}_{\mathrm{}}^{\mathrm{krefRE}}$) в пределах ресурсного блока зависит от типа конфигурации DM-RS, смещения элемента ресурса (RE) и антенного порта PT-RS. Антенный порт PT-RS должен быть подмножеством антенных портов DM-RS. Местоположение поднесущих СТ-RS всегда выравнивается с одним из местоположений поднесущих DM-RS в RB.

PT-RS в RB занимает одни и те же местоположения поднесущих во всех символах OFDM, где присутствует PT-RS.

% Set the parameters that affect the PT-RS subcarrier locations
pdsch.RNTI = 1;
pdsch.PTRS.FrequencyDensity = 2; % 2 or 4
pdsch.PTRS.REOffset = '10';      % '00', '01', '10', '11'
pdsch.PTRS.PTRSPortSet = min(pdsch.DMRS.DMRSPortSet);

% Set the other parameters that control PT-RS subcarrier locations
pdsch.DMRS.DMRSConfigurationType = 1;
pdsch.DMRS.DMRSPortSet = 0;

Генерация последовательности

Последовательность, используемая для генерации PT-RS, является той же самой псевдослучайной последовательностью, которая используется для генерации последовательности DM-RS. Значения последовательности PT-RS зависят от положения первого символа DM-RS. Для получения дополнительной информации см. Создание последовательности DM-RS.

% Set the parameters that control the PT-RS sequence generation
pdsch.DMRS.NIDNSCID = 1; % Use empty to set it to NCellID of the carrier
pdsch.DMRS.NSCID = 0;    % 0 or 1

% Generate PT-RS symbols
carrier.NSizeGrid = 4;
pdsch.PRBSet = 0:carrier.NSizeGrid-1;
pdsch.NumLayers = numel(pdsch.DMRS.DMRSPortSet);
ptrsSymbols = nrPDSCHPTRS(carrier,pdsch);

% Generate PT-RS indices
ptrsIndices = nrPDSCHPTRSIndices(carrier,pdsch);

Получение символов DM-RS, индексов RE PDSCH и DM-RS.

% PDSCH indices, DM-RS symbols and indices
[pdschIndices, pdschInfo] = nrPDSCHIndices(carrier,pdsch);
dmrsIndices = nrPDSCHDMRSIndices(carrier,pdsch);
dmrsSymbols = nrPDSCHDMRS(carrier,pdsch);

Сопоставьте индексы PDSCH, DM-RS и PT-RS RE с сеткой с масштабированными значениями для визуализации соответствующих местоположений в сетке.

chpLevel = struct;
chpLevel.PDSCH = 0.4;
chpLevel.DMRS = 1;
chpLevel.PTRS = 1.4;
nSlotSymb = carrier.SymbolsPerSlot;
grid = complex(zeros(carrier.NSizeGrid*12,nSlotSymb,pdsch.NumLayers));
grid(pdschIndices) = chpLevel.PDSCH;
grid(dmrsIndices) = chpLevel.DMRS*dmrsSymbols;
grid(ptrsIndices) = chpLevel.PTRS*ptrsSymbols;
map = parula(64);
cscaling = 40;
im = image(cscaling*abs(grid(:,:,1)));
colormap(im.Parent,map);

% Add legend to the image
chpval = struct2cell(chpLevel);
clevels = cscaling*[chpval{:}];
N = length(clevels);
L = line(ones(N),ones(N), 'LineWidth',8); % Generate lines
% Index the color map and associated the selected colors with the lines
set(L,{'color'},mat2cell(map( min(1+clevels,length(map) ),:),ones(1,N),3)); % Set the colors according to map
% Create legend 
fnames = {'PDSCH','DM-RS','PT-RS'};
legend(fnames{:});
axis xy
title('Carrier Grid Containing PDSCH, DM-RS and PT-RS')
xlabel('OFDM Symbols')
ylabel('Subcarriers')

На предыдущем чертеже PT-RS находится в начале символа OFDM в распределении PDSCH. Символы присутствуют на каждом ${\mathit{}}_{\mathrm{}\mathrm{}}$интервале перехода LPT-RS друг от друга или от символов DM-RS. Символы PT-RS в частотной области расположены на поднесущей 19 (первая RB) и на поднесущей 43 (третья RB) каждого символа OFDM, где присутствует PT-RS. Разница в последовательных местоположениях поднесущих PT-RS составляет 24, что является количеством поднесущих в RB (12), умноженным на плотность частот PT-RS (2).

Дальнейшие исследования

Вы можете попробовать изменить параметры, которые влияют на временные и частотные ресурсы опорных сигналов, и наблюдать изменения в позициях RE для соответствующих сигналов.

Попробуйте выполнить оценку канала и отслеживание фазы с помощью опорных сигналов. Вычислите пропускную способность, выполнив шаги, описанные в разделе Пропускная способность NR PDSCH.

В этом примере показано, как генерировать последовательности DM-RS и PT-RS и как отображать последовательности на сетку ресурсов несущей OFDM. Он выделяет свойства, которые управляют частотно-временной структурой опорных сигналов.

Ссылки