5G选择使用OFDM波形的作用分析

还是那句话，新的波形在有效性方面，需实现单个连续频谱块上的多种服务（eMBB、mMTC和URLLC服务），并以类似方式支持各种用户速度。

不同的服务需求、用户速度和部署方案可能会导致不同的“最佳”算法。因此，需要5G波形设计来支持不同的numerology（包括不同的CP长度、子载波间距和TTI），并使不同的numerology在单个连续频谱块上有效共存。此外，对于低成本设备，优选地需要新波形来支持具有一定程度放松同步的异步接入传输。为了反映这三个基本要求，波形评估首选典型5G算法、它们的共存场景和异步上行传输场景。因此，在链路级仿真中，下行应同时考虑“单一numerology情况”和“混合numerology情况”，上行应考虑异步传输性能。

就评估范围而言，5G波形评估需要一组具有代表性的numerology参数。尤其应考虑短CP和短TTI长度，因为所有新波形可能对这两个因素敏感。

具体而言，图1说明了这三个评估案例：

下行单numerology案例：表示一个载波的整个带宽上只有一个numerology的情况。这个单一numerology案例的目的是评估新波形本身引起的自身固有符号间干扰（ISI：nter-Symbol-Interference）和载波间干扰（ICI：Inter-Carrier-Interference），以及各种numerology的系统保护带开销。

下行混合数字情况：它表示目标用户（在其自己的子带上）与相邻子带使用不同numerology。

1)在这种情况下，可以假设系统具有三个子带。中间一个是针对目标用户的，在“目标”子带的两侧存在两个相邻的具有不同numerology的子带。这种混合数字情况的目的是评估新波形对相邻子带干扰的鲁棒性，并考虑在单个连续频谱块上有效共存的不同数字的要求，评估子带间保护带开销

上行链路异步传输情况：表示目标用户有两个相邻干扰UE，功率偏移不同。

1)在这种情况下，可以假设有三个UE。中间一个是目标UE，在“目标”UE的两侧存在两个功率偏移不同的干扰UE。本上行异步传输案例的目的是评估新波形对上行非同步干扰的鲁棒性，并考虑某些设备的TA放松/自由上行传输要求，评估UE间的保护频带开销。

此外，对于下行链路，应结合波形设计考虑有助于提高频谱效率的极具前景的技术，例如MIMO和高阶调制（例如64QAM和256QAM）。而对于上行异步传输情况，中等MCS（如16QAM）和SISO是合理的评估配置。

建议使用用户频谱效率来评估波形设计，这是TRP（transmission and reception point）频谱效率的简化度量。在链路级仿真中，如果有1个TRP和1个目标UE，则推导如下

其中，X表示目标用户正确接收的比特数，T是模拟时间，W是考虑到所需保护频带的带宽。如下所述，上述等式对于单numerology案例和混合numerology案例进行了进一步详细说明。

下行单numerology案例

    在这种情况下，w=BWcarrier是一个载波的总带宽（见图1（a）），是在信号传输带宽和时间上发生的典型衰落信道中正确接收的比特数。影响值的重要因素包括系统保护频带开销、时域开销和BLER。对于时域开销，残余尾是波形设计中的一个主要关注点。下面针对单个数字案例讨论这些因素。  

·系统保护带开销

系统保护带的目的是满足3GPP规定的射频带外（OOB：out-of-band）泄漏要求，如图1（a）所示。保护带开销计算应基于商定的基带OOB要求假设，如图1所示。建议将3GPP规定的RF频谱掩码加上裕度（如10dB）用作基带OOB要求。余量的目的是补偿射频缺陷，包括DAC量化误差、功率放大器的非线性和宽带信号噪声积累等。 如图1（a）所示，系统保护带开销由下式给出

其中Gsys是系统保护频带的带宽。  

·剩余尾部长度

在大多数新波形中，滤波/加窗部署可能会引入残余尾波。如图2所示，这将在TDD系统的DL/UL交换点边界处带来潜在的额外时域开销。如果尾部可以由TDD系统中的GP（保护期）容纳（没有性能降级），则不会带来额外的开销。在这种情况下，它可以计为0。对于FDD，如果尾部在相邻子帧之间不引入额外的“GP”，它也不会引入额外的开销。在这种情况下，尾部长度也可以计算为0。

  ·衰落信道中的BLER性能 该BLER用于计算信号传输带宽内正确接收的比特数和系统带宽上的时间，不包括系统保护频带开销和时域开销。它反映了各种波形对接收机性能的内在ISI/ICI影响，特别是考虑到信道多径扩展（例如ETU信道）的影响。对于所有基于滤波/加窗的新波形，衰落信道中的ISI将比AWGN信道中的更大，因为具有丰富多径扩展的端到端滤波器/窗口响应卷积将夸大固有的ISI。     

下行混合numerology案例

    如图1（b）所示，如果具有不同numerology的多个子带将在单个连续频谱块上共存，将存在子带间干扰，因为OFDM波形的正弦函数正交性无法在相邻子带间保持。而来自相邻干扰子带的干扰对于目标子带边缘的子载波尤其严重，如图3所示。考虑到用户可能被安排在目标子带内的边缘PRB，了解其性能非常重要。因此，评估目标子带边缘的单个PRB的频谱效率是合理的，如图3所示。

在这种情况下，可以评估边缘PRB（即目标子带边缘的PRB）上的频谱效率。在子带之间（即子带间保护带）给定保护音调数的情况下，目标用户的频谱效率可以计算为

其中X表示边缘PRB上正确接收的比特数，这与衰落信道中的BLER性能相反映，T是模拟时间，W是单边缘PRB的带宽。     

上行异步传输情况

  在这种情况下，如果多个UE彼此不同步，则会存在UE间干扰。与下行情况类似，应该评估受干扰目标UE的频谱效率，UE之间有一定数量的保护音（即UE间保护带）。此外，由于基站侧的接收功率差异，应考虑UE之间的一些功率偏移。目标用户的频谱效率可以计算为

其中，X表示目标UE正确接收的比特数，这用衰落信道中的BLER性能来反映，T是模拟时间，W是目标UE的带宽。  

编辑：黄飞