OFDM子载波频率 知乎_OFDM的子载波间隔

最近也阅读了一些5G的SPEC,在此记录学习笔记。先探讨一下OFDM的子载波间隔问题。

5G的NR里面,子载波间隔是可配置的,是15kHz的若干倍,如下表所示。

Table : Supported transmission numerologies.

《OFDM子载波频率 知乎_OFDM的子载波间隔》

这里解析一下不同u意味着什么。从傅立叶变换和DFT变换的公式可以看到:

《OFDM子载波频率 知乎_OFDM的子载波间隔》

时域积分的时间长度T对应频率的分辨率,即1/T=

《OFDM子载波频率 知乎_OFDM的子载波间隔》 f

。对于离散DFT变换中,将时域T分割成多少个N,则对应着采样率,采样时钟的周期就是T/N。而整个变换对应的频域带宽也是N/T即N*

《OFDM子载波频率 知乎_OFDM的子载波间隔》 f。

对于5G的SPEC所规定的多种子载波间隔

的处理,由于都是15kHz的整数倍,理论上还是按照15kHz对应的时域积分长度66.67us来做,采样率足够高,超过有效带宽1.5即可满足奈奎斯特定理。例如20MHz的带宽,FFT需要2的幂次倍数个采样点,则2048*15KHz=30.72MHz的采样率,对应2048点的采样点。如果是40MHz的带宽,则需要4096*15KHz=61.44MHz的采样率,对应4096点的采样点做FFT运算。如果40MHz的带宽条件,但是子载波间隔

=30kHz,实际上可以用2048*30kHz=61.44MHz的采样率,但是2048点个采样点做FFT运算,即一半的时间长度即可。由此可见,OFDM系统在时域上的资源占用取决于基频子载波间隔,其他正交频率都是基频的整数倍,在时间上跟基频对应的时间片重叠且较短,不需要那么长的时间片。

确实,SPEC里面对于不同的u值定义了不同的OFDM的时间片长度。如下表所示:

Number of OFDM symbols per slot, slots per frame, and slots per subframe for normal cyclic prefix.

《OFDM子载波频率 知乎_OFDM的子载波间隔》

由于一个subframe是1ms的长度,所以不同的u值对应的OFDM的符号时间长度就是成倍数减小的。上表来自3GPP 38.211,将上表扩展一列,加上一个OFDM的符号时间长度则如下:

《OFDM子载波频率 知乎_OFDM的子载波间隔》

更大的u往往对应更大的带宽。所以虽然时间片越来越短,所需要完成FFT变换的点数却不会减少。以u=1为例,此时带宽可能是80MHz,或者100MHz,如前所述都需要122.88MHz的采样率,4096点的FFT完成。可见,在4G时代,20MHz带宽对应u=0的情况,2048点的FFT需要在71us完成。而5G时代,4096点的FFT需要在35us完成。对于矢量处理器的性能要求提高4倍,同时对于总线带宽的要求也提高4倍,存储器的容量也同时需要提高4倍–8倍。有的时候,运算性能和存储器容量之间可以互换。如果运算得足够快,容量可以增加较少或者不用增加。如果运算较慢,缓存区域就需要增加更多。但是运算速度还有其他因素的需求考虑,例如后面会讲到实时性要求,所以不能随意的慢。假设用4G的处理器来做5G,那么能力还是限制在处理20MHz的带宽选项,不能支持到100MHz的带宽,即使非实时的数据处理能完成,也不能让整个系统正常运行起来。

另外,还需要考虑支持的天线数目。在4G时代,终端支持2天线接收,5G时代需要支持4天线接收,则性能要求提高8倍。当然,4G也是可以支持4天线接收的。这个对比,具体看终端本身支持的性能参数。举个例子,如果4G基带芯片使用了4个16MAC的Vector engine即一共有64个MAC在同时运行,5G基带芯片至少需要512个MAC的处理能力。可以想象,这不仅仅是MAC数量的增多,相对应的互联互通的网络结构,存储器的结构复杂度都成倍增长的。

如果说100MHz的带宽处理相对于20MHz的带宽处理,性能需求提高4倍,而产出是超过4倍,那么整体来说系统性能/系统能耗还是提升的。

    原文作者:weixin_39522698
    原文地址: https://blog.csdn.net/weixin_39522698/article/details/110103904
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