CN109639615B - 一种低延时的5g基带信号产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低延时的5G基带信号产生方法，具体涉及无线通信技术领域。该低延时的5G基带信号产生方法，采用低延时的5G基带信号产生装置包括***同步模块、预处理模块、IFFT模块、增加CP模块、速率匹配模块、频谱搬移模块和同步合并模块，5G***的***参数进入***同步模块，为预处理模块、增加CP模块、速率匹配模块、频谱搬移模块和同步合并模块提供参数；采用CP直接输出预处理技术和时域速率匹配技术，采用时域速率匹配技术大幅度降低基带处理时延时。

Description

一种低延时的5G基带信号产生方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种低延时的5G基带信号产生方法。
背景技术
移动通信网络技术经过多年爆发式增长，经历了2G、3G和4G，每一代都有一个十年的发展周期。尽管移动通信技术经过了30年的发展与更新，比起第一代移动通信***，其数据传输速率已经大大提高，可是目前在这个数据传输大***的21世纪，移动通信服务仍然面临着巨大挑战。因此，研究有关于5G移动通信的关键技术已是目前的发展趋势，而5G也将在不久的将来代替3G、4G变成新一代的移动通信技术。2018年6月14日，第五代移动通信技术标准(5G NR)独立组网(SA，Standalone)功能，在3GPP第80次TSG RAN全会(TSG#80)正式冻结。加上已完成的非独立组网(NSA，non-standalone)架构的5G Release15早期版本，5G已经完成第一阶段全功能标准化工作，进入了产业全面冲刺新阶段。
第一版5G标准的重点是定义新空口(NR)。之前，新一代无线基站的发展侧重于引入新的调制和编码方案，但5G的重点在于如何灵活地支持各种特性截然不同的终端和服务、不同类型的部署，以及从不到1GHz到毫米波的多频段分布。对于基带信号产生与4G的LTE相比，增加两个关键参数，一个是BWP个数B，另一个是子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)，这两个参数都是高层配置参数。BWP合理利用频域资源，子载波配置参数μi灵活配置子载波带宽，它们都增强了5G NR的灵活性，用于满足不同应用场景的需求。但是在实现上，不能直接4G LTE的IFFT实现方法，由于不同BWP上的子载波配置参数可能不同，并行IFFT实现时，对应的数据速率不同。现在通用的解决方法：一是频域插值的实现方法，根据第iBWP的子载波配置参数μi，在频域上直接***零，然后各BWP分别进行IFFT和加CP，最后所有BWP合并输出，完成基带信号产生；二是时域插值的实现方法，各BWP先分别进行IFFT和加CP，然后根据第i个BWP的子载波配置参数μi，在时域上插值，最后所有BWP进行合并输出，完成基带信号产生。第一种方法的缺陷在于：根据最新的3GPP R15协议，IFFT长度为
Figure GDA0003020424570000011
其中κ为64，第一种方法中IFFT的最大长度为131037，且不同μi(0～4)长度各不同，增加了实现的复杂度；同时在不同BWP合并时，需要等到所有BWP的IFFT和增加CP完成后进行，产生很大的延时，特别对于IFFT长度最小的BWP。第二种方法的缺陷在于：根据最新的3GPP R15协议，由于不同μi(0～4)的符号时间不同，最大的符号时间约为71.43us(μi＝0)，最小的符号时间为4.46us(μi＝4)，不同BWP是在加CP后合并，最短时间的符号要等最长时间符号时域插值完，才能合并输出，对最短时间的符号会产生1倍自身符号时间的延时。
发明内容
本发明的目的是针对现有的采用频域插值和时域插值方法实现5G***CP-OFDM调制带来的高延时的不足，提出了一种采用时域速率匹配技术大幅度降低基带处理时延时的5G基带信号产生方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种低延时的5G基带信号产生方法，采用低延时的5G基带信号产生装置包括***同步模块、预处理模块、IFFT模块、增加CP模块、速率匹配模块、频谱搬移模块和同步合并模块，5G***的***参数进入***同步模块，为预处理模块、增加CP模块、速率匹配模块、频谱搬移模块和同步合并模块提供参数；其特征在于，采用CP直接输出预处理技术和时域速率匹配技术，具体包括以下步骤：
步骤1：根据高层传下的***参数，确定各处理单元的配置参数；
步骤2：对各BWP资源元素的值进行预处理；
步骤3：预处理后的各BWP数据进行改进CP-OFDM处理，实现各BWP符号数据输出，先进行IFFT处理，经过预处理后，IFFT先输出CP，因此直接输出；其次保持先输出CP数据，在IFFT输出完成后，顺序输出CP，为加CP处理，输出符号数据；
步骤4：各BWP符号数据进行速率匹配处理，实现不同子载波空间配置参数下的数据输出率与***数据输出率的一致性以及消除BWP间的串扰，根据插值配置参数O实现时域插值，包括补0和滤波两个处理步骤；
步骤5：速率匹配后的数据进行频谱搬移处理，BWP数据搬移到对应的频谱位置；
步骤6：频谱搬移后的数据进行同步合并处理，合成单路数据输出，完成5G基带信号产生，利用***同步产生器产生的帧同步信号、子帧同步信号、半子帧同步信号、时隙同步信号和符号同步信号，完成信号的同步合并输出。
优选地，所述步骤1中，***参数包括***带宽BD、BWP个数B，子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)、CP类型C，各处理单元的配置参数，包括IFFT长度LIFFT、预处理的CP长度参数LCP、速率匹配的插值配置参数O、BWP的中心位置pstBWP i(i＝1,2,...B)；
根据5G信号带宽BD和子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)，通过式(1)确定IFFT的长度Lifft为
Lifft＝2N (1)
其中，N满足
Figure GDA0003020424570000031
的整数,i＝1,2,...,B，基于3GPP R15协议规定的最小IFFT长度为4096，以及IFFT实现一致性，取N为12，即IFFT的长度Lifft为4096；
根据子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)确定***数据速率Rs，即合并输出的数据速率Rs采用式(2)表示：
Rs＝Lifft·15·2max_u ksps (2)
其中，max_u为取***子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)的最大值，Lifft为IFFT的长度；
根据CP类型C，即正常CP或扩展CP，确定CP的长度
Figure GDA00030204245700000310
用式(3)表示：
Figure GDA0003020424570000032
其中，i＝1,2,...,B，
Figure GDA0003020424570000033
Figure GDA0003020424570000034
为子载波配置参数μi下的子帧上时隙数，
Figure GDA0003020424570000035
为时隙上的符号数，Lifft为IFFT的长度；
根据***参数ui(i＝1,2,...B)，采用式(4)确定速率匹配的插值配置参数Oi为
Figure GDA0003020424570000036
其中，i＝1,2,...,B，max_u为取***子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)的最大值；
各BWP资源元素上的数据采用式(5)
Figure GDA0003020424570000037
其中，i＝1～B，为资源映射后的数据。
优选地，所述步骤2中，对各BWP资源元素的值进行预处理，处理结果采用式(6)表示，
Figure GDA0003020424570000038
其中，Xi为第i个BWP资源元素上的数据，为预处理参数PM，PM采用式(7)表示为，
Figure GDA0003020424570000039
其中，1i为复数单位。
优选地，所述步骤3中，预处理后的各BWP数据进行改进CP-OFDM处理，首先进行IFFT，输出为式(8)
Ii＝ifft(Pi),i＝1～B (8)
其次，增加CP处理，OFDM符号输出为式(9)
Figure GDA0003020424570000041
优选地，所述步骤4中，为了实现不同子载波空间配置参数下的数据输出率与***数据速率Rs的一致性，对各BWP符号数据进行速率匹配处理，根据插值配置参数O实现时域插值，采用线性插值，处理后结果输出为式(10)
Figure GDA0003020424570000042
优选地，所述步骤5中，为了BWP数据搬移到对应的频谱位置，根据BWP的中心位置pstBWP i参数进行频谱搬移，采用复乘载波的方法实现，处理后的结果输出Qi。
优选地，所述步骤6中，频谱搬移后的数据进行同步合并处理，根据同步参数，对各BWP数据进行复加，合成单路数据输出为式(11)，完成5G基带信号产生，
Figure GDA0003020424570000043
本发明具有如下有益效果：
该低延时的5G基带信号产生方法采用CP直接输出预处理技术可提前一个符号时间输出基带信号，采用时域速率匹配技术可大幅度的降低基带处理时延，满足5G***对5G基带信号产生的高速率、低延时的要求，可应用到5G***信号发生器和基带产生模块中，有效推动5G***标准验证以及硬件研究。
附图说明
图1低延时的5G基带信号产生步骤；
图2 3GPP R15协议版本中
Figure GDA0003020424570000044
ui(i＝1,2,...B)的关系；
图3传统CP-OFDM处理与改进CP-OFDM处理的误差值；
图4低延时的5G基带信号产生原理图；
图5***子载波配置参数为1的帧、子帧和符号的时间对应关系；
图6***子载波配置参数为3的帧、子帧和符号的时间对应关系。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图1和图4所示，一种低延时的5G基带信号产生方法，采用低延时的5G基带信号产生装置包括***同步模块、预处理模块、IFFT模块、增加CP模块、速率匹配模块、频谱搬移模块和同步合并模块，5G***的***参数进入***同步模块，为预处理模块、增加CP模块、速率匹配模块、频谱搬移模块和同步合并模块提供参数；5G***的不同BWP资源元素的数据和***同步模块输出的参数进入各自的预处理模块，完成实现各BWP的先输出CP的处理；各BWP的预处理模块输出数据进入各自的IFFT模块，完成频域到时域转换；各BWP的IFFT模块输出数据和***同步模块输出的参数进入各自增加CP模块，完成5G符号数据输出；各BWP的增加CP模块输出数据和***同步模块输出的参数进入各自速率匹配模块，完成所有BWP数据速率匹配到***数据速率的处理；各BWP的速率匹配模块输出数据和***同步模块输出的参数进入各自频谱搬移模块，完成所有BWP数据频域位置一一对应；所有BWP的频谱搬移模块输出数据和***同步模块输出的同步参数进入同步合并模块，完成所有BWP数据速同步合并处理，实现5G基带信号输出。
CP预处理模块根据IFFT的长度Lifft产生一组完备预处理系数存在ROM，根据CP长度
Figure GDA0003020424570000051
输出预处理系数，与进入模块的BWP资源元素的数据Xi进行复乘，完成各BWP的预处理功能；
IFFT模块对于各BWP的预处理后的数据进行Lifft长度的IFFT变换，直接调用FFTIP core，完成各BWP的的IFFT处理功能；
增加CP模块对进入各BWP的IFFT处理后的数据直接输出，并存储前CP长度
Figure GDA0003020424570000052
的IFFT数据，在IFFT数据输出完毕后，顺序输出存储数据，完成各BWP的增加CP的功能；
速率匹配模块对进入各BWP的增加CP后的数据更具插值配置参数Oi进行线性插值，使不同BWP的数据速率匹配到***数据速率，完成各BWP的速率匹配功能；
频谱搬移模块采用复乘载波的方法实现，把BWP数据搬移到对应的频谱位置。
同步合并模块利用符号同步信号SYNCsymb和符号索引li，对进入各BWP的频谱搬移后的数据进行同步复加处理，完成5G基带信号产生。
采用CP直接输出预处理技术和时域速率匹配技术，具体包括以下步骤：
步骤1：根据高层传下的***参数，确定各处理单元的配置参数；
步骤2：对各BWP资源元素的值进行预处理；
步骤3：预处理后的各BWP数据进行改进CP-OFDM处理，实现各BWP符号数据输出，先进行IFFT处理，经过预处理后，IFFT先输出CP，因此直接输出；其次保持先输出CP数据，在IFFT输出完成后，顺序输出CP，为加CP处理，输出符号数据；
步骤4：各BWP符号数据进行速率匹配处理，实现不同子载波空间配置参数下的数据输出率与***数据输出率的一致性以及消除BWP间的串扰，根据插值配置参数O实现时域插值，包括补0和滤波两个处理步骤；
步骤5：速率匹配后的数据进行频谱搬移处理，BWP数据搬移到对应的频谱位置；
步骤6：频谱搬移后的数据进行同步合并处理，合成单路数据输出，完成5G基带信号产生，利用***同步产生器产生的帧同步信号、子帧同步信号、半子帧同步信号、时隙同步信号和符号同步信号，完成信号的同步合并输出。
优选地，所述步骤1中，***参数包括***带宽BD、BWP个数B，子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)、CP类型C，各处理单元的配置参数，包括IFFT长度LIFFT、预处理的CP长度参数LCP、速率匹配的插值配置参数O、BWP的中心位置pstBWP i(i＝1,2,...B)；
根据5G信号带宽BD和子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)，通过式(1)确定IFFT的长度Lifft为
Lifft＝2N (1)
其中，N满足
Figure GDA0003020424570000061
的整数,i＝1,2,...,B，基于3GPP R15协议规定的最小IFFT长度为4096，以及IFFT实现一致性，取N为12，即IFFT的长度Lifft为4096；
根据子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)确定***数据速率Rs，即合并输出的数据速率Rs采用式(2)表示：
Rs＝Lifft·15·2max_uksps (2)
其中，max_u为取***子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)的最大值，Lifft为IFFT的长度；
根据CP类型C，即正常CP或扩展CP，确定CP的长度
Figure GDA0003020424570000062
用式(3)表示：
Figure GDA0003020424570000063
其中，i＝1,2,...,B，
Figure GDA0003020424570000064
Figure GDA0003020424570000065
为子载波配置参数μi下的子帧上时隙数，
Figure GDA0003020424570000066
为时隙上的符号数，Lifft为IFFT的长度；3GPP R15协议版本给出
Figure GDA0003020424570000067
ui(i＝1,2,...B)的关系如图2所示；
根据***参数ui(i＝1,2,...B)，采用式(4)确定速率匹配的插值配置参数Oi为
Figure GDA0003020424570000068
其中，i＝1,2,...,B，max_u为取***子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)的最大值；图5给出了***子载波配置参数为1的帧、子帧和符号的时间对应关系；图6给出了***子载波配置参数为3的帧、子帧和符号的时间对应关系；
各BWP资源元素上的数据采用式(5)
Figure GDA0003020424570000071
其中，i＝1～B，为资源映射后的数据。
步骤2中，对各BWP资源元素的值进行预处理，处理结果采用式(6)表示，
Figure GDA0003020424570000072
其中，Xi为第i个BWP资源元素上的数据，为预处理参数PM，PM采用式(7)表示为，
Figure GDA0003020424570000073
其中，1i为复数单位。
所述步骤3中，预处理后的各BWP数据进行改进CP-OFDM处理，首先进行IFFT，输出为式(8)
Ii＝ifft(Pi),i＝1～B (8)
其次，增加CP处理，OFDM符号输出为式(9)
Figure GDA0003020424570000074
与传统的增加CP相比，IFFT先输出CP，因此直接输出IFFT，然后把IFFT的前部CP数据在重复输出，完成加CP处理，输出符号数据；图3给出了传统CP-OFDM处理与改进CP-OFDM处理的误差值，IFFT的长度为4096，CP长度为1024，数据源是PN9，采用QPSK调制，有效RB个数为3300。
所述步骤4中，为了实现不同子载波空间配置参数下的数据输出率与***数据速率Rs的一致性，对各BWP符号数据进行速率匹配处理，根据插值配置参数O实现时域插值，采用线性插值，处理后结果输出为式(10)
Figure GDA0003020424570000075
所述步骤5中，为了BWP数据搬移到对应的频谱位置，根据BWP的中心位置pstBWP i参数进行频谱搬移，采用复乘载波的方法实现，处理后的结果输出Qi。
所述步骤6中，频谱搬移后的数据进行同步合并处理，根据同步参数，对各BWP数据进行复加，合成单路数据输出为式(11)，完成5G基带信号产生，
Figure GDA0003020424570000076
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种低延时的5G基带信号产生方法，采用低延时的5G基带信号产生装置包括***同步模块、预处理模块、IFFT模块、增加CP模块、速率匹配模块、频谱搬移模块和同步合并模块，5G***的***参数进入***同步模块，为预处理模块、增加CP模块、速率匹配模块、频谱搬移模块和同步合并模块提供参数；其特征在于，采用CP直接输出预处理技术和时域速率匹配技术，具体包括以下步骤：
步骤1：根据高层传下的***参数，确定各处理单元的配置参数；
所述步骤1中，***参数包括***带宽BD、BWP个数B，子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)、CP类型C，各处理单元的配置参数，包括IFFT长度LIFFT、预处理的CP长度参数LCP、速率匹配的插值配置参数O、BWP的中心位置pstBWP i(i＝1,2,...B)；
根据5G信号带宽BD和子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)，通过式(1)确定IFFT的长度Lifft为
Lifft＝2N (1)
其中，N满足
Figure FDA0003020424560000017
的整数,i＝1,2,...,B，基于3GPP R15协议规定的最小IFFT长度为4096，以及IFFT实现一致性，取N为12，即IFFT的长度Lifft为4096；
根据子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)确定***数据速率Rs，即合并输出的数据速率Rs采用式(2)表示：
Rs＝Lifft·15·2max_uksps (2)
其中，max_u为取***子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)的最大值，Lifft为IFFT的长度；
根据CP类型C，即正常CP或扩展CP，确定CP的长度
Figure FDA0003020424560000011
用式(3)表示：
Figure FDA0003020424560000012
其中，i＝1,2,...,B，
Figure FDA0003020424560000013
Figure FDA0003020424560000014
为子载波配置参数μi下的子帧上时隙数，
Figure FDA0003020424560000015
为时隙上的符号数，Lifft为IFFT的长度；
根据***参数ui(i＝1,2,...B)，采用式(4)确定速率匹配的插值配置参数Oi为
Figure FDA0003020424560000016
其中，i＝1,2,...,B，max_u为取***子载波配置参数ui(i＝1,2,...B)的最大值；
各BWP资源元素上的数据采用式(5)
Figure FDA0003020424560000021
其中，i＝1～B，为资源映射后的数据；
步骤2：对各BWP资源元素的值进行预处理；
步骤3：预处理后的各BWP数据进行改进CP-OFDM处理，实现各BWP符号数据输出，先进行IFFT处理，经过预处理后，IFFT先输出CP，因此直接输出；其次保持先输出CP数据，在IFFT输出完成后，顺序输出CP，为加CP处理，输出符号数据；
步骤4：各BWP符号数据进行速率匹配处理，实现不同子载波空间配置参数下的数据输出率与***数据输出率的一致性以及消除BWP间的串扰，根据插值配置参数O实现时域插值，包括补0和滤波两个处理步骤；
步骤5：速率匹配后的数据进行频谱搬移处理，BWP数据搬移到对应的频谱位置；
步骤6：频谱搬移后的数据进行同步合并处理，合成单路数据输出，完成5G基带信号产生，利用***同步产生器产生的帧同步信号、子帧同步信号、半子帧同步信号、时隙同步信号和符号同步信号，完成信号的同步合并输出。
2.如权利要求1所述的一种低延时的5G基带信号产生方法，其特征在于，所述步骤2中，对各BWP资源元素的值进行预处理，处理结果采用式(6)表示，
Figure FDA0003020424560000022
其中，Xi为第i个BWP资源元素上的数据，为预处理参数PM，PM采用式(7)表示为，
Figure FDA0003020424560000023
其中，1i为复数单位。
3.如权利要求1所述的一种低延时的5G基带信号产生方法，其特征在于，所述步骤3中，预处理后的各BWP数据进行改进CP-OFDM处理，首先进行IFFT，输出为式(8)
Ii＝ifft(Pi),i＝1～B (8)
其次，增加CP处理，OFDM符号输出为式(9)
Figure FDA0003020424560000024
4.如权利要求1所述的一种低延时的5G基带信号产生方法，其特征在于，所述步骤4中，为了实现不同子载波空间配置参数下的数据输出率与***数据速率Rs的一致性，对各BWP符号数据进行速率匹配处理，根据插值配置参数O实现时域插值，采用线性插值，处理后结果输出为式(10)
Figure FDA0003020424560000031
5.如权利要求1所述的一种低延时的5G基带信号产生方法，其特征在于，所述步骤5中，为了BWP数据搬移到对应的频谱位置，根据BWP的中心位置pstBWP i参数进行频谱搬移，采用复乘载波的方法实现，处理后的结果输出Qi。
6.如权利要求1所述的一种低延时的5G基带信号产生方法，其特征在于，所述步骤6中，频谱搬移后的数据进行同步合并处理，根据同步参数，对各BWP数据进行复加，合成单路数据输出为式(11)，完成5G基带信号产生，
Figure FDA0003020424560000032
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