电子书

第 3 章

蜂窝连接

蜂窝连接颠覆了人们相互沟通的方式。新一代 5G NR 蜂窝连接正在统一数十亿联网设备的数字体验。它使得蜂窝连接比目前的 4G LTE 系统连接速度更快、延迟更低、可靠性更高。5G 将涵盖移动电话宽带服务、新一代自动驾驶汽车和联网 IoT 设备，对应以下三大 5G NR 用例：

  • eMBB（增强移动宽带）
  • URLLC（超可靠低延迟通信）
  • mMTC（大规模机器类通信）

5G 需要完全不同的架构、无线接入技术和物理层算法。新的物理层支持技术主要包括：

  • 灵活、混合的参数集（如增加子载波间隔以缩短时隙持续时间），可增加信号带宽并减少延迟
  • 新的信道编码算法，例如用于数据的 LDPC 和用于控制信息的极化码
  • 用于 sub-7 GHz 和毫米波频率的信道模型
  • 可实现更高频谱效率的大规模 MIMO

5G 蜂窝连接系统的设计涉及多个物理层 (PHY) 挑战和用例。

节

波形生成与测试

要使用黄金参考进行设计验证，能够轻松获取完全合规的波形至关重要。为了验证您的系统是否符合标准，您需要生成 3GPP 规范（包括 NR 测试模型 (NR-TM) 或固定参考信道 (FRC)）指定的现成波形。您还需要生成完全自定义的上行链路和下行链路波形。在空中发射 5G 信号后，您需要分析波形并获得质量指标。您可以使用 5G Toolbox™ 中的 5G 波形发生器，以交互方式轻松生成和测试波形。

使用 App 生成 5G 波形
波形生成与测试蜂窝连接
节

端到端链路级仿真

系统设计人员要预测和自定义 5G 系统的性能，并确保其设计符合标准规范。他们需要设置包含发射机、信道模型、射频损伤和接收机的端到端仿真，并分析吞吐量等性能指标。由于 5G Toolbox 为 5G 链路级实现提供了开放式 MATLAB 源代码，您可以更加轻松、灵活地对所有这些参数进行设计空间探索。

5G NR 吞吐量仿真
节

系统级仿真

5G 系统设计人员和运营商需要优化 5G NR 网络中多用户共用的时频资源。他们需要使用不同的数据流量模型、MAC 调度策略和 PHY 算法评估网络性能。他们还需要分析小区间干扰效应并评估整体吞吐量、调度公平性、频谱效率以及其他指标。

使用 MIMO 进行 NR 小区性能评估
节

波束管理

5G NR 系统可以在毫米波形频率（24.25  GHz 到 52.6  GHz）上运行。在这些频率上，发射的信号会经历较高的路径损耗和穿透损耗。波束成形对于提高增益、改善高频信号接收效果非常重要。要建立并维护最优波束对（即发射波束和接收波束）以实现良好的连接，波束管理是一大关键步骤。例如，基站可以在一个散射环境中向不同方向发射多个信道状态信息参考信号 (CSI-RS) 资源，然后基于参考信号接收功率 (RSRP) 测量值，选择连接基站与移动装置的最优发射波束。

使用 CSI-RS 优化 NR 下行链路发射端波束
蜂窝连接波束管理

进一步了解蜂窝连接