主要内容

LTE干扰下NR射频接收机的建模与测试

该示例显示了在与长期演进(LTE)干扰共存时,如何描述新无线电(NR)波形的射频接收中射频损伤的影响。基带波形使用5G Toolbox™和LTE Toolbox™生成,射频接收机使用RF Blockset™建模。

简介

本例描述了LTE干扰对NR波形的RF接收的影响。为了评估干扰的影响,示例执行以下测量:

  • 误差矢量幅度(EVM):在给定时间理想(发射)信号和测量(接收)信号之间的矢量差值。

  • 相邻信道漏电比(ACLR):相邻信道漏电量的度量。它被定义为以指定信道频率为中心的滤波平均功率与以相邻信道频率为中心的滤波平均功率之比。

  • 占用带宽:以分配的信道频率为中心,占信号总集成功率99%的带宽。

  • 信道功率:以指定信道频率为中心的滤波平均功率。

接收机射频损伤的影响,如相位噪声和放大器非线性也被考虑。

该示例以子帧为基础,并使用Simulink模型执行以下步骤:金宝app

  1. 使用5G工具箱功能生成基带NR波形。

  2. 使用LTE工具箱功能生成基带LTE波形(干扰)。

  3. 匹配两个信号的采样率,使用采样率匹配块。

  4. 为了捕获光谱再生,使用FIR插值块对波形进行4或5倍的过采样。

  5. 将基带波形导入使用射频块集块实现的射频接收机子系统块中。该模型为每个波形提供一个射频频率,以承载射频块集中的基带信息。

  6. 通过使用RF接收机分系统块,模拟将NR波形下转换为中频的影响。该块使用射频块集块对射频接收机引入的损伤进行建模。

  7. 使用Spectrum Analyzer模块计算ACLR/ACPR、占用带宽和信道功率。

  8. 通过使用FIR抽取块来补偿FIR插值块进行的上采样,对NR波形进行下采样。

  9. 通过使用FIR速率转换块对NR波形进行下采样,以补偿由采样速率匹配块执行的任何上采样。

  10. 提取数据符号,通过解调基带波形测量EVM。

Simu金宝applink模型使用5G工具箱、LTE工具箱和DSP系统工具箱™功能来处理基带波形(步骤1-4和7-10),并使用RF Blockset块来建模RF接收机(步骤5和6)。该模型支持正常和加速器仿真模式。金宝app

金宝appSimulink模型结构

该模型包含三个主要部分:

  • 基带生成:产生基带NR波形和LTE波形

  • 射频接收:模拟在射频域中结合两种波形并将NR波形下转换为中频的效果

  • NR基带接收和测量:通过解调NR基带波形进行射频测量并计算EVM

modelName =“NewRadioRFReceiverWithLTEInterferenceModel”;open_system (modelName);

基带代

5G NR测试模型块传输频率范围1 (FR1)的符合标准的5G NR测试模型3.1 (NR- tm3.1)波形,如TS 38.141-1所定义。属性生成此块5G波形发生器您可以在该块的用户数据中访问波形配置参数。本例使用InitFcn模型的回调将用户数据中的可用结构存储在Base Workspace变量中,NRInfo.有关此块的详细信息,请参见来自无线波形发生器的波形应用程序

类似地,LTE测试模型块传输符合标准的LTE测试模型3.1 (E-TM3.1)波形,如TS 36.141中定义的那样。属性生成此块LTE波形发生器(LTE工具箱)本例还使用了InitFcn模型的回调在Base Workspace变量中存储块用户数据中的可用E-TM配置,LTEInfo.有关此块的详细信息,请参见来自无线波形发生器的波形应用程序(LTE工具箱)

干扰增益块控制LTE干扰的水平。你可以把这个增益设置为0来消除干扰。

采样率匹配块对低采样率的波形进行上采样,以匹配其他波形的采样率。在RF Receiver块中组合波形时,波形必须具有相同的采样率。采样率匹配块还水平连接两个波形,每个波形一列。

为了捕获光谱再生,FIR插值块过采样和滤波两种波形。Multirate Parameters块提供了一个接口来配置FIR插值和抽取块的参数。

Multirate Parameters块还提供了启用或禁用3GPP TS 38.141-1 ACLR测试的选项。为了可视化频谱再生,ACLR测试对波形进行过采样。如果执行3GPP ACLR测量参数启用时,过采样因子取决于波形配置,并被设置成所生成的信号能够表示第一和第二相邻通道。要指定过采样因子,关闭3GPP ACLR测试功能。的过采样因子参数定义插值因子在FIR插值块和大量毁灭的因素在FIR抽取块。

射频接收

射频接收机分系统块是基于超外差接收机架构。该架构通过描述以下射频组件,模拟了将NR波形下转换为中频的影响:

  • 带通滤波器

  • 低噪声放大器

  • 解调器由混频器、移相器和本振组成

set_param (modelName“开放”“关闭”);set_param ([modelName/射频接收机的),“开放”“上”);

使用输入缓冲区块,一次发送一个样本到射频接收器子系统块。

射频接收器子系统模块内的输入模块将两个连接的Simulink复杂基带波形转换为射频模块集电路包络仿真环境。金宝app的载波频率import块的参数指定RF Blockset域中载波的中心频率。输出端口块将RF块集信号转换回Simulink复杂基带。金宝app

您可以使用射频接收器子系统块掩码配置射频接收器组件。

射频接收机子系统块模拟典型的损伤,包括:

  • 相位噪声是与振荡器有源器件热噪声直接相关的次要效应。

  • 当放大器工作在饱和区域时,由于直流功率限制导致放大器非线性。

  • 阻抗不匹配导致信号反射或功率传输效率低下

在将样本发送到解码子帧块之前,输出缓冲区(在RF接收器之后)缓冲子帧内的所有样本。在输出缓冲块的输出,FIR抽取和FIR速率转换块将NR波形下采样回原始采样率。

ADC子系统模块对信号的数字化效果进行建模。您可以使用掩码修改ADC子系统块内部的块的参数。

在模型中使用缓冲区会产生时间延迟。由于延迟的持续时间等同于子帧的传输,解码子帧块不解调第一个接收的子帧。

NR基带接收和测量

解码子帧块对接收到的子帧进行OFDM解调、信道估计和均衡,以恢复和绘制星座图中的PDSCH符号。该块还计算了EVM随时间和频率的平均值,并绘制了这些值:

  • 每个OFDM符号的EVM:每个OFDM符号的EVM平均值。

  • 每个槽的EVM:一个槽内分配的PDSCH符号的EVM平均值。

  • 每个子载波的EVM:在一个子载波内分配的PDSCH符号上的EVM的平均值。

  • 总体EVM:传输的所有分配PDSCH符号的EVM平均值。

根据TS 38.141-1,并非所有的PDSCH符号都被考虑用于EVM评估。使用RNTI, helper函数hListTargetPDSCHs选择目标PDSCH符号进行分析。

频谱分析仪块提供频域测量,如ACLR(称为ACPR)和占用带宽。如果您禁用执行3GPP ACLR测量参数,您可以选择过采样因子,频谱分析仪块测量占用的带宽。

解码子帧块丢弃第一个接收到的子帧(1毫秒)由于处理延迟。因此,要接收一帧,您必须为FDD模拟11毫秒(帧为10毫秒,初始丢弃的子帧周期为1毫秒)。如果模拟时间大于11ms, 5G NR测试模型块将循环传输相同的NR帧。类似地,LTE测试模型块循环地传输相同的LTE帧。

模型的性能

为了表征LTE干扰对NR接收的影响,可以比较两种不同情况下的EVM和ACLR结果:1)无LTE干扰的NR传输和2)有LTE干扰的NR传输。

  • 无LTE干扰(干扰增益= 0).如果需要消除LTE干扰,请设置获得参数的干扰增益块为0。运行模拟以捕获,例如,4个子帧(5毫秒)。在仿真过程中,模型显示EVM和ACLR的测量值和星座图。

set_param ([modelName' /干预获得'),“获得”' 0 ');sim (modelName);

无LTE干扰时,ACLR值在50和87 dB左右,总体EVM在0.9%左右。

  • 有LTE干扰(干扰增益= 1).若要激活LTE干扰,请设置获得参数的干扰增益块的值不同于0。以选择1为例。

set_param ([modelName' /干预获得'),“获得”' 1 ');sim (modelName);

与前一种情况相比,星座图失真更大,光谱再生率更高。在测量方面,ACLR值约为46和82 dB,总体EVM约为2%。

RF接收机配置为使用5G NR测试模型和LTE测试模型块中选择的波形配置,NR和LTE载波分别以2190 MHz和2120 MHz为中心。这些载波位于NR工作频段n65, TS 38.101-1和E-UTRA工作频段1,TS 36.101。

总结与进一步探索

本例演示了当与LTE波形共存时,如何建模和测试NR波形的接收。射频接收机由带通滤波器、放大器和解调器组成。为了评估LTE干扰的影响,该示例修改了LTE波形的增益,并执行ACLR和EVM测量。您也可以探索改变射频损伤的影响。例如:

  • 通过使用增加相位噪声相位噪声偏移量(Hz)而且相位噪声电平(dBc/Hz)参数说明解调器标签的射频接收器子系统块。

  • 减小放大器模块的输入回退获得(dB)参数。采用多次标签的射频接收器子系统块。

如果您修改了RF接收机子系统块或NR-TM和E-TM配置的载波频率,请检查是否需要更新RF接收机组件的参数,因为这些参数已被选择用于当前示例配置。例如,载波频率的改变需要修改通频带的频率而且阻带频率射频接收机内部的射频带通滤波器块的参数。如果您选择的带宽大于20 MHz,请检查是否需要更新脉冲响应持续时间而且相位噪声频率偏移(Hz)参数说明解调器(射频Blockset)块。相位噪声偏移量决定了脉冲响应持续时间的下限。如果对于给定的脉冲响应持续时间,相位噪声频偏分辨率较高,则会出现警告消息,指定适合所需分辨率的最小持续时间。

您可以使用此示例作为测试不同RF配置下NR-TM和E-TM波形共存的基础。您可以尝试用另一个射频子系统替换射频接收器子系统块,然后相应地配置模型。

若要使用不同的NR-TM波形,请打开5G波形发生器选择“NR-TM”配置,导出新的块。类似地,要使用不同的E-TM波形,请打开LTE波形发生器选择E-TM配置,导出新的块。有关如何生成和使用此类块的更多信息,请参见在Simulink中使用应用程序生成的块生成无线波形金宝app

参考文献

  1. 3gpp ts 38.141-1。“NR;基站(BS)一致性测试第1部分:进行一致性测试第三代伙伴计划;技术规范集团无线接入网。

  2. 3gpp ts 36.141 " e-utra;基站(BS)一致性测试"第三代伙伴计划;技术规范集团无线接入网。

  3. 3gpp ts 38.101-1。“NR;用户设备(UE)无线电发射和接收。第三代伙伴计划;技术规范集团无线接入网。

  4. 3gpp ts 36.101。“进阶;用户设备(UE)无线电发射和接收。第三代伙伴计划;技术规范集团无线接入网。

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