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5G NR-TM と FRC の波形生成

この例では、周波数範囲 1 (FR1) と周波数範囲 2 (FR2) 用に、規格に準拠した 5G NR テスト モデル (NR-TM) およびアップリンクとダウンリンクの fixed reference channel (FRC) を生成する方法を説明します。NR-TM と FRC 波形生成では、NR-TM か FRC の名前、チャネル帯域幅、サブキャリア間隔、およびデュプレックス モードを指定できます。

はじめに

3GPP の 5G NR 規格では、適合性テストの用途向けに、リンクと波形構成のセットを定義しています。ダウンリンクの適合波形は、基地局 (BS) の RF テスト用途向けの NR テスト モデル (NR-TM) と、ユーザー端末 (UE) の入力テスト用のダウンリンク fixed reference channel (FRC) の 2 種類が規定されています。

FR1 用の NR-TM は TS 38.141-1 の Section 4.9.2 で、FR2 用の NR-TM は TS 38.141-2 の Section 4.9.2 で定義されています。

これらは、次のさまざまな RF テストで使用されます。

  • BS 出力電力

  • タイミング アライメント エラー (TAE)

  • 占有帯域幅輻射

  • 隣接チャネル漏洩電力比 (ACLR)

  • 動作帯域での不要発射

  • 送信機のスプリアス発射

  • 送信機の相互変調

特定のテスト モデルは、特定の測定セットを対象にしています。

FR1 用の物理ダウンリンク共有チャネル (PDSCH) の FRC は TS 38.101-1 の Annex A.3 で、FR2 用は TS 38.101-2 の Annex A.3 で定義されています。

これらは、次のいくつかの UE テストで使用されます。

  • UE 受信機の要件

  • UE の最大入力レベル テスト

FR1 と FR2 用の物理アップリンク共有チャネル (PUSCH) FRC は、TS 38.104 の Annex A で定義されています。

これらは、次のいくつかの基地局受信テストで使用されます。

  • 基準感度

  • 隣接チャネル選択度 (ACS)

  • 帯域内および帯域外のブロック

  • 受信機の相互変調

  • 同一チャネル選択度

  • ダイナミック レンジ

  • 性能要件

NR-TM と FRC は、チャネル帯域幅とサブキャリア間隔の組み合わせの有効範囲について、標準化された送信帯域幅構成のセット全体で定義されます。

このリファレンス アプリケーションの例では、MATLAB クラス hNRReferenceWaveformGenerator を使用します。このクラスでは、帯域幅構成テーブル、Release 15 と Release 16 のテスト モデル、および FRC リストにアクセスし、ベースバンド波形を生成したりリソース グリッドを可視化したりできます。

hNRReferenceWaveformGenerator クラスには、2 つの MATLAB table の定数プロパティが含まれます。FR1BandwidthTable プロパティには、TS 38.104 の Table 5.3.2-1 で定義されている FR1 送信帯域幅構成が格納されています。TS 38.101-1 の Table 5.3.2-1 で定義されている FR1 最大送信帯域幅構成も参照してください。FR2BandwidthTable プロパティには、TS 38.104 の Table 5.3.2-2 で定義されている FR2 送信帯域幅構成が格納されています。TS 38.101-2 の Table 5.3.2-1 で定義されている FR2 最大送信帯域幅構成も参照してください。

% NR transmission bandwidth configurations
fr1bandwidthtable = hNRReferenceWaveformGenerator.FR1BandwidthTable
fr1bandwidthtable=3×13 table
             5MHz    10MHz    15MHz    20MHz    25MHz    30MHz    40MHz    50MHz    60MHz    70MHz    80MHz    90MHz    100MHz
             ____    _____    _____    _____    _____    _____    _____    _____    _____    _____    _____    _____    ______

    15kHz     25      52       79       106      133      160      216      270      NaN      NaN      NaN      NaN      NaN  
    30kHz     11      24       38        51       65       78      106      133      162      189      217      245      273  
    60kHz    NaN      11       18        24       31       38       51       65       79       93      107      121      135  

fr2bandwidthtable = hNRReferenceWaveformGenerator.FR2BandwidthTable
fr2bandwidthtable=2×4 table
              50MHz    100MHz    200MHz    400MHz
              _____    ______    ______    ______

    60kHz      66       132       264       NaN  
    120kHz     32        66       132       264  

hNRReferenceWaveformGenerator クラスには、FR1 用のテスト モデル名 (TS 38.141-1 の Section 4.9.2) と FR2 用のテスト モデル名 (TS 38.141-2 の Section 4.9.2) の 2 つの定数プロパティが含まれます。

% Release 15 and Release 16 NR-TM test models for FR1 and FR2 
fr1testmodels = hNRReferenceWaveformGenerator.FR1TestModels
fr1testmodels = 8x1 string
    "NR-FR1-TM1.1"
    "NR-FR1-TM1.2"
    "NR-FR1-TM2"
    "NR-FR1-TM2a"
    "NR-FR1-TM3.1"
    "NR-FR1-TM3.1a"
    "NR-FR1-TM3.2"
    "NR-FR1-TM3.3"

fr2testmodels = hNRReferenceWaveformGenerator.FR2TestModels
fr2testmodels = 5x1 string
    "NR-FR2-TM1.1"
    "NR-FR2-TM2"
    "NR-FR2-TM2a"
    "NR-FR2-TM3.1"
    "NR-FR2-TM3.1a"

ダウンリンク FRC については、FR1 用 (TS 38.101-1 の Annex A.3) と FR2 用 (TS 38.101-2 の Annex A.3) のダウンリンク FRC 名をリストする追加の定数プロパティがクラスに含まれます。

% Release 15 downlink fixed reference channels for FR1 and FR2 
fr1downlinkfrc = hNRReferenceWaveformGenerator.FR1DownlinkFRC
fr1downlinkfrc = 3x1 string
    "DL-FRC-FR1-QPSK"
    "DL-FRC-FR1-64QAM"
    "DL-FRC-FR1-256QAM"

fr2downlinkfrc = hNRReferenceWaveformGenerator.FR2DownlinkFRC
fr2downlinkfrc = 3x1 string
    "DL-FRC-FR2-QPSK"
    "DL-FRC-FR2-16QAM"
    "DL-FRC-FR2-64QAM"

アップリンク FRC については、FR1 用と FR2 用のアップリンク FRC 名をリストする 2 つの定数プロパティ (TS 38.104 の Annex A) がクラスに含まれます。

% Release 15 uplink fixed reference channels for FR1 and FR2 
fr1uplinkfrc = hNRReferenceWaveformGenerator.FR1UplinkFRC 
fr1uplinkfrc = 89x1 string
    "G-FR1-A1-1"
    "G-FR1-A1-2"
    "G-FR1-A1-3"
    "G-FR1-A1-4"
    "G-FR1-A1-5"
    "G-FR1-A1-6"
    "G-FR1-A1-7"
    "G-FR1-A1-8"
    "G-FR1-A1-9"
    "G-FR1-A2-1"
    "G-FR1-A2-2"
    "G-FR1-A2-3"
    "G-FR1-A2-4"
    "G-FR1-A2-5"
    "G-FR1-A2-6"
    "G-FR1-A3-1"
    "G-FR1-A3-2"
    "G-FR1-A3-3"
    "G-FR1-A3-4"
    "G-FR1-A3-5"
    "G-FR1-A3-6"
    "G-FR1-A3-7"
    "G-FR1-A3-8"
    "G-FR1-A3-9"
    "G-FR1-A3-10"
    "G-FR1-A3-11"
    "G-FR1-A3-12"
    "G-FR1-A3-13"
    "G-FR1-A3-14"
    "G-FR1-A3-15"
      ⋮

fr2uplinkfrc = hNRReferenceWaveformGenerator.FR2UplinkFRC
fr2uplinkfrc = 37x1 string
    "G-FR2-A1-1"
    "G-FR2-A1-2"
    "G-FR2-A1-3"
    "G-FR2-A1-4"
    "G-FR2-A1-5"
    "G-FR2-A3-1"
    "G-FR2-A3-2"
    "G-FR2-A3-3"
    "G-FR2-A3-4"
    "G-FR2-A3-5"
    "G-FR2-A3-6"
    "G-FR2-A3-7"
    "G-FR2-A3-8"
    "G-FR2-A3-9"
    "G-FR2-A3-10"
    "G-FR2-A3-11"
    "G-FR2-A3-12"
    "G-FR2-A4-1"
    "G-FR2-A4-2"
    "G-FR2-A4-3"
    "G-FR2-A4-4"
    "G-FR2-A4-5"
    "G-FR2-A4-6"
    "G-FR2-A4-7"
    "G-FR2-A4-8"
    "G-FR2-A4-9"
    "G-FR2-A4-10"
    "G-FR2-A5-1"
    "G-FR2-A5-2"
    "G-FR2-A5-3"
      ⋮

詳細については、'doc hNRReferenceWaveformGenerator' と入力して hNRReferenceWaveformGenerator のヘルプにアクセスしてください。

NR-TM と PDSCH FRC の波形生成

各 PDSCH の基準波形は、次の組み合わせで定義されます。

  • NR-TM または FRC の名前

  • チャネル帯域幅

  • サブキャリア間隔

  • デュプレックス モード

FR1 と FR2 では、異なる NR-TM が定義されています。テスト モデルの用途に応じて、NR-TM はさまざまな PDSCH 特性をもちます。たとえば、全帯域の単一変調スキームまたは全帯域の複数変調スキームで、可変電力ブースティング/デブースティングを使用したり、単一の可変 PRB 割り当てを使用したりする場合があります。すべての NR-TM に共通する特徴は、SS バーストがなく、スロット送信ごとに DM-RS の位置が 1 つ (FR2) または 2 つ (FR1) の PDSCH マッピング タイプ A であることと、NCCE = 1 の 2 つのシンボルにまたがる単一の PDCCH であることです。トランスポートまたは DCI 符号化は使用されず、PDSCH と PDCCH への入力はすべて 0 であるか PN23 です。FDD の場合の NR-TM の波形の長さは 10 ms で、TDD の場合の波形の長さは 20 ms です。PT-RS は、FR2 NR-TM 用に規定されています。

これに対して、ダウンリンク FRC 波形には、RV = 0 でトランスポート符号化された PDSCH が含まれます。基準 PDSCH は、SS バーストとオーバーラップするスロット (スロット 0、またはスロット 0 とスロット 1) で定義されていません。それらは、2 つの追加の DM-RS の位置を含むフロント ロードの PDSCH マッピング タイプ A を使用します。PDSCH と DM-RS の間に FDM はありません。全帯域 PDSCH はシンボル 2 から始まり、スロットの最初の 2 つのシンボルには全占有の CORESET が含まれます。この例で生成された FRC 波形は、追加の OCNG を含みません。すべてのリソース エレメントの電力レベルは一様です。トランスポート ブロックのデータ ソースは、ITU PN9 です。

チャネル帯域幅とサブキャリア間隔の組み合わせは、関連する FR 帯域幅構成表の有効なペアである必要があります。規格では TDD 向けの FR2 NR-TM と FRC のみが定義されていますが、この例では FDD の波形も作成できます。

次の MATLAB コードは、選択した NR-TM または FRC の構成用の hNRReferenceWaveformGenerator オブジェクトを作成します。このオブジェクトを使用して、関連するベースバンド波形を生成し、基となる PRB とサブキャリア レベルのリソース グリッドを表示できます。

% Select the NR-TM or PDSCH FRC waveform parameters
dlnrref = "NR-FR1-TM3.2";  % Model name and properties
bw      = "10MHz";  % Channel bandwidth
scs     = "15kHz";  % Subcarrier spacing
dm      = "FDD";  % Duplexing mode
ncellid = 1;  % NCellID
sv      = "16.7.0";  % TS 38.141-x version (NR-TM only)

% Run this entire section to generate the required waveform
   

% Create generator object for the above NR-TM/PDSCH FRC reference model
dlrefwavegen = hNRReferenceWaveformGenerator(dlnrref,bw,scs,dm,ncellid,sv)
dlrefwavegen = 
  hNRReferenceWaveformGenerator with properties:

    FR1BandwidthTable: [3x13 table]
    FR2BandwidthTable: [2x4 table]
        FR1TestModels: [8x1 string]
        FR2TestModels: [5x1 string]
       FR1DownlinkFRC: [3x1 string]
       FR2DownlinkFRC: [3x1 string]
         FR1UplinkFRC: [89x1 string]
         FR2UplinkFRC: [37x1 string]
               Config: [1x1 nrDLCarrierConfig]
           IsReadOnly: 1
      ConfiguredModel: {1x6 cell}
           TargetRNTI: 1

% Generate waveform
[dlrefwaveform,dlrefwaveinfo,dlresourceinfo] = generateWaveform(dlrefwavegen);

% View transmission information about the set of PDSCH within the waveform
dlresourceinfo.WaveformResources.PDSCH
ans=1×3 struct array with fields:
    Name
    CDMLengths
    Resources

% View detailed information about one of the PDSCH sequences
dlresourceinfo.WaveformResources.PDSCH(1).Resources
ans=1×10 struct array with fields:
    NSlot
    TransportBlockSize
    TransportBlock
    RV
    Codeword
    G
    Gd
    ChannelIndices
    ChannelSymbols
    DMRSIndices
    DMRSSymbols
    DMRSSymbolSet
    PTRSIndices
    PTRSSymbols
    PTRSSymbolSet

% Waveform sample rate (Hz)
samplerate = dlrefwaveinfo.Info.SampleRate  
samplerate = 15360000
plot(abs(dlrefwaveform)); title(sprintf('Magnitude of %s Baseband Waveform',dlnrref)); xlabel('Sample Index'); ylabel('Magnitude');

Figure contains an axes object. The axes object with title Magnitude of NR-FR1-TM3.2 Baseband Waveform contains an object of type line.

% Visualize the associated PRB and subcarrier resource grids
displayResourceGrid(dlrefwavegen);

Figure contains an axes object. The axes object with title BWP 1 in Carrier (SCS=15kHz). PDSCH and PDCCH location contains 4 objects of type image, line. These objects represent PDCCH, PDSCH, SS Burst.

Figure contains an axes object. The axes object with title 10 MHz channel, NRB=52, SCS=15 kHz contains 59 objects of type rectangle, line. These objects represent Guardband edges, Point A, k_0, f_0, Channel edges.

Figure contains an axes object. The axes object with title NR-FR1-TM3.2: BWP 1 in Carrier (SCS=15kHz) contains an object of type image.

fullparameterset = dlrefwavegen.Config   % Full low-level parameter set
fullparameterset = 
  nrDLCarrierConfig with properties:

               Label: 'NR-FR1-TM3.2'
      FrequencyRange: 'FR1'
    ChannelBandwidth: 10
             NCellID: 1
        NumSubframes: 10
    WindowingPercent: 0
          SampleRate: []
    CarrierFrequency: 0
         SCSCarriers: {[1x1 nrSCSCarrierConfig]}
      BandwidthParts: {[1x1 nrWavegenBWPConfig]}
             SSBurst: [1x1 nrWavegenSSBurstConfig]
             CORESET: {[1x1 nrCORESETConfig]}
        SearchSpaces: {[1x1 nrSearchSpaceConfig]}
               PDCCH: {[1x1 nrWavegenPDCCHConfig]}
               PDSCH: {1x3 cell}
               CSIRS: {[1x1 nrWavegenCSIRSConfig]}

% Make the Config parameters writable and boost the power on all PDSCH DM-RS
dlrefwavegen = makeConfigWritable(dlrefwavegen)
dlrefwavegen = 
  hNRReferenceWaveformGenerator with properties:

    FR1BandwidthTable: [3x13 table]
    FR2BandwidthTable: [2x4 table]
        FR1TestModels: [8x1 string]
        FR2TestModels: [5x1 string]
       FR1DownlinkFRC: [3x1 string]
       FR2DownlinkFRC: [3x1 string]
         FR1UplinkFRC: [89x1 string]
         FR2UplinkFRC: [37x1 string]
               Config: [1x1 nrDLCarrierConfig]
           IsReadOnly: 0
      ConfiguredModel: {1x6 cell}
           TargetRNTI: 1

% Set DM-RS power parameter on all the PDSCH
pdscharray = [dlrefwavegen.Config.PDSCH{:}];       % Extract all PDSCH configs into an array
[pdscharray.DMRSPower] = deal(3);                  % Boost the DM-RS power on all the PDSCH
dlrefwavegen.Config.PDSCH = num2cell(pdscharray);  % Reassign the updated PDSCH configs

PUSCH FRC 波形の生成

TS 38.104 の Annex A にある各 PUSCH FRC 参照チャネルの定義では、次のいくつかの主要なパラメーターを明示的に定義しています。

  • 周波数範囲

  • チャネル帯域幅

  • サブキャリア間隔

  • 符号化率

  • 変調

  • DM-RS 構成

さらに、関連する受信機テストには、TS 38.104 の Annex A の表に規定されていないいくつかの追加パラメーター (たとえば、以下で定義されている汎用テスト パラメーター) が導入されます。

  • Table 8.2.1.1-1 (トランスフォーム プリコーディングなしの PUSCH の伝導性能要件)

  • Table 8.2.2.1-1 (トランスフォーム プリコーディングありの PUSCH の伝導性能要件)

  • Table 11.2.2.1.1-1 (BS タイプ 2-O に対するトランスフォーム プリコーディングなしの PUSCH の放射性能要件)

  • Table 11.2.2.2.1-1 (BS タイプ 2-O に対するトランスフォーム プリコーディングありの PUSCH の放射性能要件)

MATLAB 基準波形発生器に取り込まれるパラメーター セットは、上記の仕様ソースを使用します。提供される FRC はパラメーター要件が異なるさまざまなテストで使用できるため、次の一般的な規則が既定の発生器の構成に適用されます。すべてのパラメーターは、構築後に変更できます。FRC が適正になるようにトランスフォーム プリコーディングが有効にされます。FR2 波形は長さ 20 ms の TDD、FR1 波形は長さ 10 ms の FDD です。PUSCH FRC は、タイプ A のマッピングとタイプ B のマッピング、または場合によってはいずれかのマッピング タイプで定義されます。後者の場合、タイプ A のマッピングが構成されます。トランスフォーム プリコーディングなしの FR2 波形は PT-RS で構成され、それ以外は PT-RS がオフになります。スクランブリング アイデンティティは 0 に設定されます。すべてのリソース エレメントの電力レベルは一様です。トランスポート ブロックのデータ ソースは、RV = 0 (再送なし) の ITU PN9 になります。

次の MATLAB コードは、選択した PUSCH FRC 構成用の hNRReferenceWaveformGenerator オブジェクトを作成します。FRC の数が多いため、ライブ スクリプトの FRC ドロップダウンには、TS 38.104 の Section A.1 (基準感度、ACS、帯域内のブロックなど) と Section A.2 (ダイナミック レンジ) の FRC のみがリストされます。A.3、A.4、A.5 で定義されているパフォーマンス テスト FRC は、以下のコードで FRC 名の文字列を直接指定することで選択できます。発生器オブジェクトを作成した後、関数 makeConfigWritable を使用して書き込み可能にすることで、すべての構成パラメーターを変更できます。

% Select the PUSCH FRC waveform 
ulnrref = "G-FR1-A1-1";  % This live script down-drop list is preconfigured for TS 38.104 Annex A.1 and A.2 subsets

% Possible overrides to Annex A definitions (empty values provide the Annex A defaults)
bw      = [];  % Bandwidth override (5,10,15,20,25,30,40,50,60,70,80,90,100,200,400 MHz)
scs     = [];  % Subcarrier spacing override (15,30,60,120 kHz)
dm      = [];  % Duplexing mode override ("FDD","TDD")
ncellid = [];  % Cell identity override (used to control scrambling identities)

% Run this entire section to generate the required waveform
   

% Create generator object for the above PUSCH FRC reference model
ulrefwavegen = hNRReferenceWaveformGenerator(ulnrref,bw,scs,dm,ncellid)
ulrefwavegen = 
  hNRReferenceWaveformGenerator with properties:

    FR1BandwidthTable: [3x13 table]
    FR2BandwidthTable: [2x4 table]
        FR1TestModels: [8x1 string]
        FR2TestModels: [5x1 string]
       FR1DownlinkFRC: [3x1 string]
       FR2DownlinkFRC: [3x1 string]
         FR1UplinkFRC: [89x1 string]
         FR2UplinkFRC: [37x1 string]
               Config: [1x1 nrULCarrierConfig]
           IsReadOnly: 1
      ConfiguredModel: {["G-FR1-A1-1"]  []  []  ["FDD"]  [0]}
           TargetRNTI: 0

% Generate waveform
[ulrefwaveform,ulrefwaveinfo,ulresourceinfo] = generateWaveform(ulrefwavegen);

% View transmission information about the set of PUSCH within the waveform
ulresourceinfo.WaveformResources.PUSCH
ans = struct with fields:
          Name: 'PUSCH sequence for G-FR1-A1-1'
    CDMLengths: [1 1]
     Resources: [1x10 struct]

% View detailed information about one of the PUSCH sequences
ulresourceinfo.WaveformResources.PUSCH(1).Resources
ans=1×10 struct array with fields:
    NSlot
    TransportBlockSize
    TransportBlock
    RV
    Codeword
    G
    Gd
    ChannelIndices
    ChannelSymbols
    DMRSIndices
    DMRSSymbols
    DMRSSymbolSet
    PTRSIndices
    PTRSSymbols
    PTRSSymbolSet

% Waveform sample rate (Hz)
samplerate = ulrefwaveinfo.Info.SampleRate  
samplerate = 7680000
plot(abs(ulrefwaveform)); title(sprintf('Magnitude of %s Baseband Waveform',ulnrref)); xlabel('Sample Index'); ylabel('Magnitude');

Figure contains an axes object. The axes object with title Magnitude of G-FR1-A1-1 Baseband Waveform contains an object of type line.

% Visualize the associated PRB and subcarrier resource grids
displayResourceGrid(ulrefwavegen);

Figure contains an axes object. The axes object with title BWP 1 in Carrier (SCS=15kHz). PUSCH location contains 3 objects of type image, line. These objects represent PUCCH, PUSCH.

Figure contains an axes object. The axes object with title 5 MHz channel, NRB=25, SCS=15 kHz contains 32 objects of type rectangle, line. These objects represent Guardband edges, Point A, k_0, f_0, Channel edges.

Figure contains an axes object. The axes object with title G-FR1-A1-1: BWP 1 in Carrier (SCS=15kHz) contains an object of type image.

fullparameterset = ulrefwavegen.Config   % Full low-level parameter set
fullparameterset = 
  nrULCarrierConfig with properties:

               Label: 'G-FR1-A1-1'
      FrequencyRange: 'FR1'
    ChannelBandwidth: 5
             NCellID: 0
        NumSubframes: 10
    WindowingPercent: 0
          SampleRate: []
    CarrierFrequency: 0
         SCSCarriers: {[1x1 nrSCSCarrierConfig]}
      BandwidthParts: {[1x1 nrWavegenBWPConfig]}
               PUSCH: {[1x1 nrWavegenPUSCHConfig]}
               PUCCH: {[1x1 nrWavegenPUCCH0Config]}
                 SRS: {[1x1 nrWavegenSRSConfig]}

参照

[1] 3GPP TS 38.101-1. “NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 1: Range 1 Standalone.” 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

[2] 3GPP TS 38.101-2. “NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 2: Range 2 Standalone.” 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

[3] 3GPP TS 38.104. “NR; Base Station (BS) radio transmission and reception.” 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

[4] 3GPP TS 38.141-1. “NR; Base Station (BS) conformance testing Part 1: Conducted conformance testing.” 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

[5] 3GPP TS 38.141-2. “NR; Base Station (BS) conformance testing Part 2: Radiated conformance testing.” 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

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