5G NR无线蜂窝系统的信道估计器设计

文章目录

  • DMRS简介
    • DMRS类型
    • DMRS频域密度
  • 信道估计
  • 实验仿真
    • 实验参数
    • 实验
    • 实验结论

DMRS简介

DMRS类型

类型A:DMRS位于时隙的第二个或第三个OFDM符号,由14个OFDM符号组成,当数据占据大部分时隙时使用A型映射。
类型B:用在URLLC中,在第一个OFDM符号中传输,并进行数据调度,在时隙持续时间和数据需要立即调度的地方应用
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类型A 和B决定DMRS在时域的密度,类型A最多可配置4个DMRS,类型B最多可配置3个DMRS

DMRS频域密度

DMRS频域密度由类型1和类型2决定
DL中不同天线端口的DM - RS,如图3和图4所示,其编号从1000开始,在频率或码域上都是正交的。
图3表示:DMRS类型1有两个Port的结构,其中端口1000和1002分别使用偶数和奇数子载波。因此,天线端口之间的正交性是在频域中实现的。
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图4表示:DMRS类型2有4个Port的结构,其中端口为1000和1001的4端口,它们使用相同的偶数子载波。通过使用长度为2的orthogonal cover codes( OCC )对这些端口上的导频符号进行调制,在.码域上获得了这些端口之间的正交性。
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使用相同子载波的端口属于相同的码域复用( CDM )组。因此,端口1000和端口1001属于同一个CDM group 0。同样,端口1002和1003使用相同的奇数子载波,因此属于CDM group 1。这些2端口和4端口的DM - RS.

信道估计

  1. Least square (LS)
  2. Elementwise linear MMSE (eMMSE)
  3. Maximum likelihood estimator (MLE)
  4. Modified MMSE (mMMSE)
  5. Modified least squares (MLS)

实验仿真

5G NR系统中的MSE

实验参数

  1. 系统带宽:100MHz
  2. 资源块:275个
  3. 子载波间隔:30KHz
  4. 信道模型:NLOS CDL - B。CDL - B是一个3D信道模型,它包括方位角和仰角的到达和离开方向,以及角度扩展
  5. 32个BS天线和UE天线数量等于DMRS端口
  6. DMRS分配:如上图 fig3 and fig4

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实验

分析了UE以不同速度移动所需的2端口和4端口DM - RS数量。
MSE:mean square error(均方误差)

  1. 两个端口和四个端口DMRS,UE以5公里每小时速度移动时MSE和SNR图
  2. 最低MSE估计器,针对不同速度进一步研究MSE
  3. 30dB时,MSE为 1 0 − 3 10^{-3} 103,对于给定速度,MSE大于 1 0 − 3 10^{-3} 103,传输额外的DMRS
  4. 实验结果图:2端口和4端口DMRS不同信道估计,以及UE在不同速度下进行mMMSE估计的MSE
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实验结论

  1. 图 5a 和图 6a 表示 2 端口和 4 端口 DM-RS 使用不同估计方法的 MSE。可以观察到mMMSE对于两端口和四端口DMRS有最低MSE
  2. 图 5b 和图 6b 中绘制不同速度的 MSE。 DMRS 在第二个 OFDM 符号处发送,并且 在第二个符号处使用 mMMSE估计信道。对于不同速度,MSE在第2个和第11个OFDM的信道估计之间计算。由图可知,对于2端口和4端口DMRS,第2个OFDM处的DMRS可以估计第11个OFDM处的信道,直到UE为15Km/h
  3. 从图5c和6c可以看出,对于2端口和4端口DM - RS,在OFDM符号11处传输DM - RS就足以达到35 kmph的UE速度。
  4. 从图5d和图6d可以看出,对于2端口DM - RS,当UE速度达到75 kmph时,需要3个DM - RS。对于4端口DM - RS,当UE速度为65 kmph时,需要3个DMRS。2端口DM - RS的MSE在较高速率下优于4端口DM - RS,说明4端口DM - RS在较高UE速度下所经历的信道更加恶劣,所以UE增加,信道恶劣,可以选用较少的DMRS端口2
  5. 根据实验结论,给出给定UE速度所需DMRS端口数和DMRS数量的算法:
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    注释
    dmrs_pos:DMRS所在时隙位置
    M S E p q MSE_{pq} MSEpq:在第p个OFDM的信道估计值和第q个OFDM的信道估计值之间的MSE
    N p N_p Np:DMRS端口最大数量
    num_dmrs:所需DMRS的数量

参考文献:R. Munagala and R. Budhiraja, “Channel Estimator Designs For Emerging 5G New Radio Cellular Systems,” 2020 National Conference on Communications (NCC), Kharagpur, India, 2020, pp. 1-6, doi: 10.1109/NCC48643.2020.9056078.

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