CSI-RS在信道中传输的过程

news2024/9/20 14:44:44

简单介绍CSI-RS信号生成，在信道中传输和接收的过程
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1.载波配置

首先需要配置载波相关的参数
载波配置参数

系统带宽和子载波间隔

5G NR中，系统带宽和子载波间隔是两个关键参数，共同决定无线资源的分配和使用

系统带宽
5G NR支持广泛的系统带宽，从5 MHz到400 MHz不等。具体的带宽选择依赖于频段和应用场景。5G NR定义了两大频段范围：
FR1（Frequency Range 1）：450 MHz至6 GHz，通常称为Sub-6 GHz频段。
FR2（Frequency Range 2）：24.25 GHz至52.6 GHz，通常称为毫米波频段（mmWave）。
子载波间隔
5G NR采用灵活的子载波间隔设计，以适应不同的应用需求和频谱条件。主要的子载波间隔包括：
5G NR采用灵活的子载波间隔设计，以适应不同的应用需求和频谱条件。主要的子载波间隔包括：
1.15 kHz：常用于FR1频段，适用于低频段（如600 MHz、700 MHz）的应用。
2.30 kHz：常用于FR1频段，适用于中频段（如3.5 GHz）的应用。
3.60 kHz：常用于FR1和FR2频段，适用于高频段（如28 GHz）的应用。
4.120 kHz：常用于FR2频段，适用于更高频段（如39 GHz）的应用。
5.240 kHz：在某些特定高频应用中可以使用。
系统带宽和子载波间隔的关系
系统带宽和子载波间隔的组合决定了资源块（Resource Block, RB）的数量。每个资源块包含12个子载波，因此子载波间隔越大，支持的系统带宽内的资源块数量就越少。
总结
1.系统带宽决定了可以使用的频谱范围，从5 MHz到400 MHz不等。
2.子载波间隔（15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz、240 kHz）提供了灵活性，以满足不同的频谱条件和应用需求。
3.资源块数量取决于系统带宽和子载波间隔的组合，影响了无线资源的分配效率

子载波间隔和帧结构（TS 38.211-4.3）

帧，子帧，时隙，符号的关系和子载波间隔有关，子载波间隔为 $15*2^μ$ ,则它们之间的关系如下所示。帧和子帧的换算始终是1帧=10子帧（10ms）。即一个子帧为1ms.
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$N_{slot}^{subframe}=2^μ$
$N_{slot}^{frame}=2^μ$
时隙号：以子帧为单位，从0开始编号到一个子帧的时隙个数-1

下行链路的资源块数量

系统带宽和子载波间隔的组合决定了资源块（Resource Block, RB）的数量。每个资源块包含12个子载波，因此子载波间隔越大，支持的系统带宽内的资源块数量就越少。下表展示了不同系统带宽和子载波间隔组合下的资源块数量
在这里插入图片描述

每个资源块的子载波数量

在5G NR（New Radio）系统中，每个资源块（Resource Block，RB）包含固定数量的子载波。无论子载波间隔（Subcarrier Spacing, SCS）如何，每个资源块总是包含12个子载波。这一设计使得资源分配和管理更加简单和统一。

子载波总数

子载波总数=下行链路的资源块数量*每个资源块的子载波数量

一个时隙每不包括循环前缀的样本数量

一般情况下，一个时隙包含14个OFDM符号

载波偏移

载波偏移（Carrier Frequency Offset, CFO）是指接收信号的载波频率与发射信号的载波频率之间的偏差。

2.CSI-RS基本配置

见：CSI-RS
给出csi-rs传输过程中的基本配置（不包括周期和报告等配置）
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3.生成CSI-RS信号和索引

生成cinit
cinit转换成二进制
x1,x2初始化，生成c(n),（大小为N，N可设置为：2*CSI-RS符号数量）。共L个c(n), L为CSI-RS所占的OFDM符号个数。
QPSK调制c(n)序列得到r(n)（大小为N/2）共l个r（n）
生成参考信号，返回参考信号的各种信息

4.信号功率设置

给定sinr以及对应的信号功率E和噪声功率N
给生成的参考信号加功率
a(k,l) = sqrt(E)*a(k,l);

5.初始化资源栅格，将CSI-RS资源映射到资源栅格

6.实施OFDM调制

见：OFDM（正交频分复用）
生成时域波形信号

7.发射波形经过信道传输

常见的信道模型

信道模型	描述	应用场景
高斯信道	假设传输过程中只有加性白高斯噪声（AWGN），不考虑多径效应、衰落和其他干扰。	理论分析和系统设计的基础
瑞利信道	适用于没有直视路径（NLOS）的多径环境，信号路径的振幅服从瑞利分布。	城市环境中的信号传输
莱斯信道	适用于存在直视路径（LOS）和多径反射路径的环境，信号振幅服从莱斯分布。	存在强直视路径的环境，如卫星通信
Nakagami信道	更通用的衰落模型，通过调整形状参数模拟不同的衰落条件。	多种无线环境
延迟扩展信道	考虑信号通过不同路径到达接收端的时间延迟差异，导致频率选择性衰落。	室内无线信道，如Wi-Fi
多普勒效应信道	由于发射端或接收端的相对运动导致信号频率发生偏移。	移动环境中的信号传输
时变瑞利信道	瑞利信道随时间的变化，适用于移动环境。	移动通信
对数正态阴影衰落信道	由于障碍物遮挡信号，信号强度呈对数正态分布衰落。	大尺度路径损耗描述
WINNER模型	综合信道模型，适用于多种无线场景（如室内、城市、郊区等）。	综合性能评估
3GPP信道模型	为蜂窝通信系统定义的信道模型，描述多种场景下的多径和阴影衰落特性。	蜂窝网络（如LTE和5G NR）性能评估

一般用高斯信道进行模拟
rxWaveform = txWaveform + noise;
噪声为高斯白噪声，符合正太分布

8.接收端OFDM解调

接收端进行OFDM解调，得到接收端的资源栅格

9.测量

之后便可以利用接收端的资源栅格和发射端生成的CSI-RS信号进行测量

以上是一个比较简单的CSI-RS信号从发射端生成，信道中传输到接收端接收的过程。
利用这一过程可以计算RSRP,RSSI,RSRQ和SINR。
当然，CSI-RS信号可以用在不同的场景中（波束管理，移动性管理，信道状态信息测量，时频跟踪，速率匹配），此时就需要更多配置信息。

matlab代码

%%--------------CSI-RS传输-------------%%

%% 载波配置
carrier = nrCarrierConfig;
carrier.NSlot = 1; %选择第二个时隙
carrier.NSizeGrid = 264; 

%% CSI-RS配置
csirs = nrCSIRSConfig;
% CSI-RS resource             #0       #1       #3
csirs.CSIRSType           = {'nzp',   'nzp',   'nzp'}; %非零功率CSI-RS
csirs.CSIRSPeriod         = {[10 1],  [10 1], [10 1]};%每10个子帧传输一次CSI-RS,1代表没有偏移
csirs.RowNumber           = [1        1         1 ]; % Single port (3000) CSI-RS resources
csirs.Density             = {'three', 'three', 'three'};%一个PRB有三个RE用于CSI-RS
csirs.SymbolLocations     = {4,       6,         10};%定义了在一个时隙中，CSI-RS信号所在的OFDM符号索引。这里分别设置为6和10
csirs.SubcarrierLocations = {0,       1,          2};%设置CSI-RS的子载波位置。0表示CSI-RS从第一个子载波开始放置
csirs.NumRB               = [264,      264       ,264]; % Measurement bandwidth in terms of number of resource blocks

%% 生成CSI-RS符号和索引
ind = nrCSIRSIndices(carrier,csirs,'OutputResourceFormat','cell'); %计算CSI-RS信号的资源元素（RE)索引
sym = nrCSIRS(carrier,csirs,'OutputResourceFormat','cell');%生成CSI-RS信号的复数符号

%% 信号和功率设置
SINRdB0 = 3; % For CSI-RS #0
SINRdB1 = 10; % For CSI-RS #1
SINRdB2 = 15; % For CSI-RS #2
NocdBm = -94.65;
NocdB = NocdBm - 30;
Noc = 10^(NocdB/10);
%功率缩放
% Power scaling of CSI-RS resource #0
SINR0 = 10^(SINRdB0/10);     % linear Es/Noc
Es0 = SINR0*Noc;
% Power scaling of CSI-RS resource #1
SINR1 = 10^(SINRdB1/10);     % linear Es/Noc
Es1 = SINR1*Noc;
% Power scaling of CSI-RS resource #2
SINR2 = 10^(SINRdB2/10);
Es2 = SINR2*Noc;

%% 初始化载波资源栅格，将CSI-RS资源映射到资源栅格中
txGrid = nrResourceGrid(carrier,1);
txGrid(ind{1}) = sqrt(Es0)*sym{1};
txGrid(ind{2}) = sqrt(Es1)*sym{2};
txGrid(ind{3}) = sqrt(Es2)*sym{3};

% Plot the carrier grid for two CSI-RS resources
%plotGrid(size(txGrid),ind)

%实施OFDM调制
[txWaveform,ofdmInfo] = nrOFDMModulate(carrier,txGrid);

%发射波形加高斯信道，OFDM解调
% Generate the noise
rng('default');  % Set RNG state for repeatability
N0 = sqrt(Noc/(2*double(ofdmInfo.Nfft)));
noise = N0*complex(randn(size(txWaveform)),randn(size(txWaveform)));
% Add AWGN to the transmitted waveform
rxWaveform = txWaveform + noise;
rxGrid = nrOFDMDemodulate(carrier,rxWaveform);


%% 测量
meas = nrCSIRSMeasurements(carrier,csirs,rxGrid);