Введение

В 5G NR PDSCH является физическим нисходящим каналом, который содержит пользовательские данные. DM-RS и PT-RS являются опорными сигналами, сопоставленными с PDSCH. Эти сигналы формируются в пределах распределения PDSCH, как определено в разделах 7.4.1.1 и 7.4.1.2 ТС 38.211 [1]. DM-RS используется для оценки канала как часть когерентной демодуляции PDSCH. Чтобы компенсировать общую фазовую ошибку (CPE), 3GPP 5G NR ввел PT-RS. Фазовый шум, создаваемый в локальных генераторах, вносит значительное ухудшение на частотах ммВолн. Он создает CPE и интерференцию между несущими (ICI). CPE ведет к идентичному повороту принятого символа в каждой поднесущей. ICI приводит к потере ортогональности между поднесущими. PT-RS используется в основном для оценки и минимизации эффекта CPE на производительность системы.

5G Toolbox™ обеспечивает функции для моделирования физического (PHY) слоя с различными уровнями гранулярности. Уровни гранулярности варьируются от функций уровня канала PHY, которые выполняют обработку транспортного и физического каналов, до функций отдельного этапа обработки канала, выполняющих циклическое кодирование с проверкой избыточности (CRC), сегментацию блока кода, кодирование канала с низкой плотностью проверки четности (LDPC) и так далее. Тулбокс предлагает функциональность опорных сигналов, связанную с PDSCH, в качестве функций nrPDSCHDMRS, nrPDSCHDMRSIndices, nrPDSCHPTRS, и nrPDSCHPTRSIndices.

PDSCH

PDSCH является физическим каналом, который содержит пользовательские данные. Ресурсы, выделенные для PDSCH, находятся в пределах части полосы пропускания (BWP) оператора связи, как определено в TS 38.214 Раздел 5.1.2 [2]. Ресурсы во временном интервале для передачи PDSCH планируются посредством нисходящей управляющей информации (DCI) в поле Назначение ресурса временного интервала. Это поле указывает смещение паза ${\mathit{K}}_0$, начальный символ S, длина выделения L и тип отображения PDSCH. Допустимые комбинации S и L показаны в таблице 1. Для отображения типа A значение S равно 3 только, когда положение DM-RS типа A установлено на 3.

Ресурсы в частотный диапазон для передачи PDSCH планируются DCI в поле Частотным диапазоном назначения ресурса. Это поле указывает, является ли распределение ресурсов ресурсных блоков (RB) непрерывным или несмежным, на основе типа выделения. Выделенные RB находятся в 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, выделенных для PDSCH. Структура DM-RS предназначена для поддержки различных сценариев развертывания и сценариев использования. Фронтальный проект поддерживает передачи с низкой задержкой, двенадцать ортогональных портов антенны для передач MIMO и до четырёх образцов передачи опорного сигнала в пазе, чтобы поддерживать высокоскоростные сценарии. Загруженные спереди опорные сигналы указывают, что сигнал происходит на раннем этапе передачи. DM-RS присутствует в каждом RB, выделенном для PDSCH.

Параметры, которые управляют Временным интервалом ресурсами

Параметры, которые управляют местоположениями символов OFDM DM-RS:

Выделение символа PDSCH указывает местоположение символа OFDM, используемое передачей PDSCH в пазе. Местоположения символов DM-RS находятся в пределах распределения символов PDSCH. Положения символов OFDM DM-RS зависят от типа отображения. Тип отображения PDSCH является либо слотным (тип A), либо паз (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 индексации таблиц спецификация определяет термин${\mathit{l}}_{\mathit{d}}$ указание длительности учитываемых символов OFDM в зависимости от типа отображения.

Для отображения типа A местоположения символов OFDM DM-RS заданы относительно первого символа OFDM паза (символа # 0). Расположение первого символа OFDM DM-RS (${\mathit{l}}_0$) обеспечивается позицией типа A DM-RS, которая либо равна 2, либо 3. Для любого дополнительного DM-RS, длительность символов OFDM (${\mathit{l}}_{\mathit{d}}$) - количество символов OFDM между первым символом OFDM паза (символ # 0) и последним символом OFDM выделенных ресурсов PDSCH. Обратите внимание, что${\mathit{l}}_{\mathit{d}}$ может отличаться от количества символов OFDM, выделенных для PDSCH, когда первый символ OFDM PDSCH отличается от символа # 0.

Для типа B отображения местоположения символов OFDM DM-RS заданы относительно первого символа OFDM выделенных ресурсов PDSCH. Расположение первого символа OFDM DM-RS (${\mathit{l}}_0$) всегда равен 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 (${\mathit{l}}_{\mathit{d}}$) - длительность выделенных ресурсов PDSCH.

Фигура иллюстрирует положения символов DM-RS в зависимости от типа отображения для RB в пазе, имеющем односимвольный DM-RS. Рисунок показывает строение с PDSCH, занимающим символы OFDM от 1 до 10 (на основе 0) с ${\mathit{l}}_{\mathit{d}}$ равным 11 для отображения типа A и от 3 до 9 (на основе 0) с ${\mathit{l}}_{\mathit{d}}$ равным 7 для отображения типа B соответственно.

Максимальное количество символов OFDM DM-RS, используемых UE, настраивается сигнализацией RRC (dmrs-AdditionalPosition и maxLength). Параметр maxLength RRC конфигурирует длину символа DM-RS, одинарного символа DM-RS или двойного символа DM-RS. Для double-символа DM-RS фактический выбор сигнализируется в сообщении формата 1_1 DCI. Фигура иллюстрирует местоположения DM-RS с одним и двумя символами.

Параметр dmrs-AdditionalPosition более высокого уровня определяет максимальное количество переданных дополнительных одно- или двухсимвольных DM-RS. Количество дополнительных положений находится в области значений от 0 до 3 и зависит от типа отображения, длины DM-RS и распределения символов PDSCH. Расположение символа DM-RS определяется ТС 38.211 таблицы 7.4.1.1.2-3 и 7.4.1.1.2-4. Фигура иллюстрирует дополнительные положения DM-RS в комбинации с односимвольным и двухсимвольным 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, которые управляют ресурсами частотного диапазона

Параметры, которые управляют местоположениями поднесущих DM-RS:

Тип строения указывает плотность частоты DM-RS и передается сообщением RRC dmrs-Type. Строение тип 1 задает шесть поднесущих на каждый блок физического ресурса (PRB) на каждый порт антенны, содержащих альтернативные поднесущие. Строение 2 задает четыре поднесущие на PRB на каждый порт антенны, состоящий из двух групп двух последовательных поднесущих. На фигура показаны местоположения поднесущих DM-RS на основе типа строения.

Различные дельта- сдвиги применяются к наборам используемых поднесущих, в зависимости от связанного порта антенны или деления кода группы мультиплексирования (CDM). Для строения 1 типа существует две возможные группы/сдвиги CDM через восемь возможных портов антенны (p = 0... 7). На фигура показаны различные сдвиги, сопоставленные для местоположений поднесущей DM-RS с типом строения DM-RS, установленным на 1. Заметьте, что ресурсные элементы (RE), соответствующие местоположениям поднесущих DM-RS более низкой группы CDM (то есть порта антенны 0), блокируются для передачи данных в портах антенны более высокой группы CDM (то есть порта антенны 2).

Для строения 2 типа существует три возможных группы/сдвиги CDM через двенадцать портов антенны (p = 0... 11). Фигура иллюстрирует различные сдвиги, сопоставленные с местоположениями поднесущей DM-RS в типе строения DM-RS. Подробные строения см. в TS 38.211 Раздел 7.4.1.1. Заметьте, что RE, соответствующие местоположениям поднесущих DM-RS более низких групп CDM, блокируются для передачи данных в портах антенны 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, $2^{31}-1$последовательность золота длины. Последовательность генерируется по всем общим ресурсным блокам (CRB) и передается только в RB, выделенных для данных, потому что не требуется оценивать канал вне частотной области, в которой данные не передаются. Сгенерирование последовательности опорного сигнала через все CRB гарантирует, что та же самая базовая псевдослучайная последовательность используется для нескольких UE на перекрывающихся частотно-временных ресурсах в случае многопользовательского MIMO. Параметры, которые управляют генерацией последовательности:

Свойство CyclicPrefix объекта поставщика услуг управления количеством символов OFDM в пазе. Свойство NSlot объекта оператора связи управляет номером паза.

% 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 является опорным сигналом отслеживания фазы. PT-RS используется в основном для оценки и минимизации эффекта CPE на производительность системы. Из-за фазы шумовых свойств сигнал PT-RS имеет низкую плотность в частотный диапазон и высокую плотность в временной интервал. PT-RS всегда происходит в сочетании с DM-RS и только тогда, когда сеть сконфигурировала PT-RS, чтобы присутствовать.

Параметры, которые управляют Временным интервалом ресурсами

PT-RS конфигурируется посредством параметра более высокого слоя DMRS-NownlinkConfig для нисходящего канала. Параметры, которые управляют временными ресурсами PT-RS:

${\mathit{L}}_{\mathrm{PT}-\mathrm{RS}}$ зависит от запланированной схемы модуляции и кодирования. Значение ${\mathit{L}}_{\mathrm{PT}-\mathrm{RS}}$ должен быть из набора {1, 2, 4}. Для параметров, которые управляют местоположениями символов DM-RS, смотрите Параметры, которые управляют временными ресурсами DM-RS.

Местоположение символа PT-RS в пазе начинается с первого символа OFDM в распределении общего канала и переключается на каждый ${\mathit{L}}_{\mathrm{PT}-\mathrm{RS}}$ символы, если в этом интервале нет символа DM-RS. В случае, когда символ или символы DM-RS присутствуют между или в интервале скачка, скачок начинается с последнего местоположения символа DM-RS, чтобы обеспечить следующий символ PT-RS. На фиг.7 показаны положения символов PT-RS в RB для одиночного паза с плотностью времени, установленной на 4, и положения 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, которые управляют ресурсами частотного диапазона

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

${\mathit{K}}_{\mathrm{PT}-\mathrm{RS}}$ зависит от запланированной полосы пропускания. Значение ${\mathit{K}}_{\mathrm{PT}-\mathrm{RS}}$ является либо 2, либо 4, что указывает, присутствует ли PT-RS в каждые два RB или каждые четыре RB.

Стартовый RB, в котором присутствует PT-RS (${\mathit{k}}_{\mathrm{ref}}^{\mathrm{RB}}$), зависит от ${\mathit{K}}_{\mathrm{PT}-\mathrm{RS}}$, ${\mathit{n}}_{\mathrm{RNTI}}$, и количество RB (${\mathit{N}}_{\mathrm{RB}}$) выделено для PDSCH. Для целей отображения PT-RS все RB PDSCH нумеруются в порядке увеличения от 0 до ${\mathit{N}}_{\mathrm{RB}}-1$. Расположение поднесущей PT-RS (${\mathit{k}}_{\mathrm{ref}}^{\mathrm{RE}}$) в пределах ресурсного блока зависит от типа строения DM-RS, смещения ресурсного элемента (RE) и порта антенны PT-RS. Порт антенны PT-RS должен быть подмножеством портов антенны DM-RS. Местоположение поднесущей PT-RS всегда выравнивается с одним из местоположений поднесущей DM-RS в RB.

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

% 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 псевдослучайной последовательностью, используемой для генерации последовательности DM-RS. Значения последовательности PT-RS зависят от положения первого символа DM-RS. Для получения дополнительной информации см. генерацию 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);

Получите символы DM-RS, индексы 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, чтобы визуализировать соответствующие местоположения 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 рисунке PT-RS расположен в начале символа OFDM в выделении PDSCH. Символы присутствуют на каждом ${\mathit{L}}_{\mathrm{PT}-\mathrm{RS}}$ интервал скачка друг от друга или от символов DM-RS. Символы PT-RS в частотный диапазон расположены в поднесущей 19 (первый RB) и в поднесущей 43 (третий RB) каждого символа OFDM, где присутствует PT-RS. Значение различия в последовательных местоположениях поднесущих PT-RS составляет 24, что является количеством поднесущих в RB (12), умноженным на частотную плотность PT-RS (2).

Дальнейшие исследования

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

Попробуйте выполнить оценку канала и отслеживание фазы при помощи опорных сигналов. Вычислите пропускную способность путем выполнения шагов, описанных в NR PDSCH Through.

В этом примере показано, как сгенерировать последовательности DM-RS и PT-RS, и как сопоставить последовательности с сеткой ресурсов несущей OFDM. В нем подсвечиваются свойства, которые управляют частотно-временной структурой опорных сигналов.

Ссылки