Huvitav

5G lainekujud ja modulatsioon: CP-OFDM ja DFT-s-OFDM

5G lainekujud ja modulatsioon: CP-OFDM ja DFT-s-OFDM

Mis tahes mobiilsidesüsteemi üks määratlevaid elemente on raadiosidevõrgus raadioühenduse jaoks kasutatav lainekuju.

5G tehnoloogia väljatöötamise etapis postuleeriti mitmesuguseid lainekujusid ja modulatsioonitehnikaid, kuid 5G New Radio jaoks valiti DFT-s-OFDM, Fourieri diskreetse teisenduslaine levikuga peamiseks kandidaadiks 5G NR, tsükliline prefiks OFDM, CP-OFDM mõnes piirkonnas kasutatakse ortogonaalset sagedusjaotuse multipleksimist.

OFDM annab hea spektraalse efektiivsuse, tagades samas vastupidavuse valikulisele hääbumisele, samuti võimaldab see mitmekordse juurdepääsu võimalust rakendada OFDMA abil.

5G lainekuju taust

Ortogonaalne sagedusjaotuse multipleksimine on olnud 4G LTE jaoks suurepärane lainekuju valik. See tagab suurepärase spektriefektiivsuse, seda saab töödelda ja käsitseda praegustes mobiiltelefonides saavutatavate töötlustasemetega ning see toimib hästi suure andmeedastusvoo korral, mis hõivab laia ribalaiust. See toimib hästi olukordades, kus toimub valikuline hääbumine.

Töötlemisvõimaluste arenguga, mis on saadaval 2020. aastaks, kui eeldatakse, et 5G esimest korda käivitatakse, võib kaaluda ka teisi lainekujusid.

Uute lainekujude kasutamisel 5G tehnoloogia jaoks on mitmeid eeliseid. OFDM nõuab tsüklilise prefiksi kasutamist ja see võtab andmevoogudes ruumi. On ka muid eeliseid, mida saab 5G jaoks kasutada paljude uute lainekujude abil.

Üks põhinõudeid on töötlemisvõimsuse kättesaadavus. Ehkki Moore'i seadus lähtub põhivormis seadme funktsioonide suuruse piiridest ja edasine edasiminek miniatuurimisel on mõnda aega ebatõenäoline, töötatakse välja muid tehnikaid, mis tähendavad, et Moore'i seaduse vaim suudab jätkata ja töötlemise võime suureneb. Sellised uued 5G lainekujud, mis vajavad täiendavat töötlemisvõimsust, kuid on võimelised pakkuma täiendavaid eeliseid, on endiselt elujõulised.

5G lainekuju nõuded

5G mobiilside potentsiaalsed rakendused, sealhulgas kiire video allalaadimine, mängimine, auto-auto / auto-infrastruktuur-side, üldine mobiilside, IoT / M2M-side ja muu sarnane, seavad kõik nõuded 5G lainekuju skeemi vormile mis suudavad tagada vajaliku jõudluse.

Mõned põhinõuded, mida modulatsiooniskeem ja üldine lainekuju peavad toetama, hõlmavad järgmist:

  • Võimeline käitlema suure andmeedastuskiirusega lairiba signaale
  • On võimeline pakkuma pika ja lühikese andmepurske jaoks madala latentsusega ülekandeid, st on vaja väga lühikesi edastamise piide intervalle (TTI).
  • Tõenäoliselt kasutatavate TDD-süsteemide jaoks on võimalik kiiret üles- ja allalingi vahel vahetada.
  • Lubage energiasäästliku side võimalus, minimeerides madala andmeedastuskiirusega seadmete sisselülitusaegu.

Need on mõned nõuded, mida on vaja 5G lainekujude jaoks vajalike rajatiste toetamiseks.

Tsükliline prefiks OFDM: CP-OFDM

5G NR allalülis kasutatav OFDM spetsiifiline versioon on tsükliline prefiks OFDM, CP-OFDM ja see on sama lainekuju, mille LTE on kasutanud allalingi signaali jaoks.

CP OFDM-s lisatakse OFDM-kaadri viimane osa andmetest OFDM-kaadri algusesse ja tsüklilise prefiksi pikkus valitakse suuremaks kui kanali viivituse levik. See ületab sümbolitevahelise sekkumise, mis võib tuleneda viivitustest ja peegeldustest. Lisaks sellele sõltub kanali viivituslevi sagedusest, tsüklilise prefiksi pikkus on valitud nii, et mesilane oleks piisavalt pikk mõlema häire arvestamiseks. Sel põhjusel on CP pikkus vastavalt linkimistingimustele adaptiivne.

5G NR üleslingi link on kasutanud 4G LTE-st erinevat vormingut. Üleslülis kasutatakse CP-OFDM- ja DFT-S-OFDM-põhiseid lainekujusid. Lisaks näeb 5G NR ette paindliku alamkandja vahekauguse kasutamist. LTE-alamkandjate vahe oli tavaliselt 15 kHz, kuid 5G NR võimaldab alamkandjaid paigutada 15 kHz x 2s-ni maksimaalse vahega 240 kHz. Kandjate ortogonaalsuse säilitamiseks on vaja integreeritud kandurite vahekaugust, mitte kandurite murdosa.

Paindlikku kandevahet kasutatakse erinevate spektriribade / tüüpide ja kasutuselevõtu mudelite nõuetekohaseks toetamiseks, mida 5G NR peab mahutama. Näiteks peab 5G NR olema võimeline töötama mmWave-ribades, mille laiemad kanalilaiused on kuni 400 MHz. 3GPP 5G NR Release-15 spetsifikatsioon kirjeldab täpsustatavat OFDM-i numeroloogiat koos 2-sekundilise alamkandja vahekauguse skaleerimisega, mida saab laiendada kanali laiusega, nii et FFT suurus skaalatakse nii, et töötlemise keerukus ei suureneks tarbetult laiema ribalaiuse korral. Paindlik kandurivahe annab ka täiendava vastupidavuse faasis esineva müra mõjudele süsteemis.

OFDM-i lainekujude kasutamine pakub väiksemat rakendamise keerukust kui see, mida oleks vaja, kui oleks rakendatud mõni teine ​​5G-ga arvestatav lainekuju. Lisaks sellele on OFDM hästi mõistetav, kuna seda on kasutatud 4G ja paljude teiste traadita süsteemide jaoks.

DFT-s-OFDM

OFDM-i otsene Fourier-teisenduse levik, tavaliselt lühendatult DFT-s-OFDM, on SC või ühe kandja sarnane edastusskeem, mida saab kombineerida OFDM-iga, mis annab märkimisväärse paindlikkuse mobiilsidesüsteemi nagu 5G jaoks. Seda tuntakse sagedamini kui SC-FDMA.

SC-FDMA edastusprotsess on väga sarnane OFDMA-ga. Iga kasutaja jaoks kaardistatakse edastatud bittide järjestus kompleksse sümbolite tähtkujuga (BPSK, QPSK või M-Quadrature amplituudmodulatsioon). Seejärel määratakse erinevatele saatjatele (kasutajatele) erinevad Fourieri koefitsiendid. See määramine viiakse läbi kaardistamis- ja demapteerimisplokkides. Vastuvõtja pool sisaldab ühte vastuvõetava kasutaja signaali jaoks ühte kaardistamise blokeerimisplokki, ühte IDFT-plokki ja ühte tuvastamisplokki. Täpselt nagu OFDM-is, sisestatakse sümboliplokkide vahel tsüklilise kordusega valvevahemikud (nn tsüklilised prefiksid), et tõhusalt kõrvaldada sümbolitevahelised häired aja levimisest (põhjustatud mitme tee levikust) plokkide vahel.

5G modulatsiooni kaalutlused

Üldises lainekuju vormingus saab kasutada erinevat tüüpi kanduri modulatsiooni. 5G sidesüsteemis on need faasinihke sisestamise ja kvadratuuramplituudi modulatsiooni variandid.

Erinevate modulatsioonivormingute kasutamisel on mitu kaalutlust:

  • Peak ja keskmise võimsuse suhe, PAPR:Tipp- ja keskmise võimsuse suhe on üks jõudluse aspekte, mida tuleb arvestada mis tahes 5G-kommunikatsiooni modulatsiooniskeemi puhul. Tipp ja keskmine suhe mõjutavad võimsusvõimendite efektiivsust oluliselt. 2G GSM puhul oli signaali tase püsiv ja selle tulemusel oli võimalik efektiivset kõrgetasemelise saavutamise ja aku eluea maksimeerimise eesmärgil töötada lõpliku RF-võimendiga kompressioonis.

    3G, siis HSPA täiustuste ja seejärel 4G LTE tulekul on modulatsiooniskeemid ja lainekujud tähendanud, et signaalid on muutunud järk-järgult „tipptasemel” kõrgema tipp-keskmise võimsuse suhtega. See on tähendanud, et lõplikke RF-võimendeid ei saa kompressoris töötada ja kuna PAPR on suurenenud, on RF-võimendite efektiivsus langenud ja see on üks tegureid, mis on aku eluiga lühendanud.

    Modulatsiooni järjekord on üks tegureid, millel on PAPR-ile suur mõju: mida kõrgem on "tippsus", seda madalam on efektiivsus, mida on võimalik saavutada RF-võimendi efektiivsusega, kuigi sellised skeemid nagu ümbriku jälgimine ja Doherty võimendid võimaldavad teha.

  • Spektraalne efektiivsus: Üks peamisi 5G modulatsiooniskeemi vorme on spektraalne efektiivsus. Kuna spekter on kõrgtasemel, eriti sagedustel alla 3 GHz, on oluline, et kõik 5G jaoks kasutatavad modulatsiooniskeemid suudaksid tagada kõrge spektraalse efektiivsuse.

    Sageli on tasakaal kõrgemate moduleerimisjärkude, näiteks 64QAM, erinevalt näiteks 16QAM, ja müra jõudluse vahel. Seega kasutatakse kõrgema astme modulatsiooniskeeme ainult siis, kui signaali ja müra suhe on hea.

5G modulatsioon: PSK ja QAM

5G-tehnoloogia jaoks kasutatakse erinevaid modulatsioonivorminguid. <. P>

  • Faasinihke sisestamine: 5G tehnoloogia rakendab kvadratuurfaasi nihkega sisestamist, QPSK madalaima järgu modulatsioonivorminguna. Ehkki see tagab kõige aeglasema andmeedastuse, tagab see ka kõige kindla ühenduse ning sellisena saab seda kasutada siis, kui signaali tase on madal või kui häired on suured.

    PSK teist vormi, mida nimetatakse π / 2BPSK, kasutatakse üleslingil koos DFT-s-OFDM-iga.

    Märkus PSK kohta - faasinihete sisestamine:

    Phase shift Keying, PSK on moduleerimisvorm, mida kasutatakse eriti andmeedastuse jaoks. If pakub tõhusat viisi andmete edastamiseks. Muutuvate erinevate faasiseisundite arvu muutmisega saab antud kanalil saavutada andmeedastuskiirust, kuid müra väiksema vastupidavuse hinnaga häireid.

  • Kvadratuuri amplituudi modulatsioon: Kvadratuuri amplituudmodulatsioon võimaldab suurendada andmete läbilaskvust. 5G mobiilsidesüsteemis kasutatavad vormingud hõlmavad 16QAM, 64QAM ja 256QAM.

    Mida kõrgem on modulatsiooni järjekord, seda suurem on läbilaskevõime, kuigi karistus on müra vastupidavus. Seetõttu kasutatakse 256AM-i ainult siis, kui lingi kvaliteet on hea, ja kui link halveneb, väheneb see väärtuseni 64QAM ja seejärel 16QAM jne. See on tasakaal andmete läbilaskevõime ja vastupidavuse vahel.

    Märkus QAM-i kohta - kvadratuuri amplituudi modulatsioon:

    Kvadratuuramplituudmodulatsioon, QAM on andmete edastamiseks kohtusse kaevatud, kuna see võimaldab paremat spektraalse efektiivsuse taset kui muud modulatsioonivormid. QAM kasutab kahte samal sagedusel 90 ° nihutatud kandjat, mida moduleerivad kaks andmevoogu - I või Inphase ja Q - Quadrature.

5G tehnoloogiaga kasutatavad lainekuju ja modulatsiooni tüübid on valitud uue mobiilsidesüsteemi jaoks vajaliku spektraalse efektiivsuse, andmeedastuse ja vastupidavuse tagamiseks.

5G mobiilside suudab pakkuda väga suurt andmeedastust ning seetõttu peavad lainekujud ja modulatsioon seda toetama ning kasutajatele usaldusväärset teenust pakkuma.

Juhtmevaba ja juhtmega ühenduvuse teemad:
Mobiilside põhitõed: 2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECT juhtmeta telefonidNFC - lähiväljasideNetworking fundamentals
Naaske juhtmeta ja traadiga ühenduvuse juurde


Vaata videot: 5G Multiple Access: OFDMA Modulation by TELCOMA Global (Juuni 2021).