5G NR波形采集与分析

这个例子使用了:

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此示例演示如何使用5G波形发生器(5 g工具箱)应用程序，并下载生成的波形到Keysight™矢量信号发生器，使用仪器控制工具箱™软件进行空中传输。然后，该示例使用Keysight信号分析仪捕获传输的空中信号，并在MATLAB®中分析信号。

介绍

生成5G NR-TM波形5G波形发生器应用程序，下载波形并传输到Keysight矢量信号发生器上，然后使用Keysight信号分析仪接收波形，在MATLAB中进行波形分析。这个图表显示了一般的工作流程。

5 g_ict_workflow.png

需求

要运行这个例子，你需要这些工具:

Keysight E4438C ESG矢量信号发生器
Keysight N9030A PXA信号分析仪

使用5G波形发生器应用程序生成基带波形

在MATLAB中，在应用程序选项卡，单击5G波形发生器应用程序。

在波形类型部分中,点击NR测试模型。在应用程序最左边的窗格中，您可以为所选波形设置参数。对于这个例子:

集频率范围作为FR1 (410 MHz - 7.125 GHz)
集测试模型作为NR-FR1-TM3.1(全频带，均匀64 QAM)
集信道带宽(MHz)作为10
集副载波间距(kHz)作为30.
集双工模式作为FDD
集子帧作为10

在应用程序工具条上，单击生成．

设置接收机的NR-TM参数nrtm =“NR-FR1-TM3.1”；%参考通道bw =“10 mhz”；通道带宽%scs =“30千赫”；子载波间距%dm =“FDD”；双工模式

该图显示了基带可见的10mhz 5G NR波形。

发射空中信号

通过支持的通信接口之一将生成的信号下载到RF信号发生器(需要仪表控制工具箱)。该应用程序自动找到通过TCP/IP接口连接的信号发生器。在发射机应用程序的标签，选择安捷伦/Keysight信号发生器SCPI从司机列表。设置中心频率(Hz)参数3.4 e9和输出功率(dBm)参数-15年．该应用程序自动从生成的波形中获取基带采样率。单击启动传输传输在工具条中。

通过TCP/IP从信号分析仪读取IQ数据

要将同相和正交(IQ)数据读取到MATLAB中进行分析，请使用仪表控制工具箱软件配置Keysight N9030A信号分析仪。

根据所测量的信号定义仪器配置参数。

%设置频谱分析仪参数centerFrequency = 3.4e9;sampleRate = 15.36e6;measurementTime = 20e-3;mechanical衰减= 0;% dBstartFrequency = 3.39e9;stopFrequency = 3.41e9;分辨率带宽= 220e3;视频带宽= 220000;

连接频谱分析仪前，请先执行以下步骤。

找到Keysight N9030A信号分析仪的资源ID。
使用虚拟仪器软件架构(VISA)接口连接到仪器。
调整输入缓冲区大小以保存仪器返回的数据。
设置超时时间以允许有足够的时间进行测量和数据传输。

foundVISA = visadevlist;resourceID = foundVISA(foundVISA。模型= =“N9030A”、:).ResourceName;resourceID = resourceID“N9030A”));提取包含“N9030A”的resourceIDsigAnalyzerObj = visadev(resourceID);sigAnalyzerObj。ByteOrder =“大端法”；sigAnalyzerObj。超时= 20;

使用可编程仪器(SCPI)的适当标准命令将仪器重置到已知状态。查询仪器标识，确保连接正确的仪器。

writeline (sigAnalyzerObj“* RST”）;instrumentInfo = writeread(sigAnalyzerObj，“* IDN ?”）;流("仪器识别信息:%s", instrumentInfo);

仪器识别信息:Agilent Technologies,N9030A,US00071181,A.14.16

x系列信号和频谱分析仪执行智商测量以及频谱测量。在本例中，您将获取时域IQ数据，使用MATLAB对数据进行可视化，并对获取的数据进行信号分析。SCPI命令配置仪器并定义测量完成后数据传输的格式。

将信号分析仪模式设置为基本IQ模式writeline (sigAnalyzerObj”:仪器:选择基本”）;设置中心频率writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:频率:中心”num2str (centerFrequency)));设置捕获采样率writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:波形:SRATe”num2str (sampleRate)));关闭平均writeline (sigAnalyzerObj”:意义:波形:断言“）;设置频谱分析仪在触发线变高后进行一次测量writeline (sigAnalyzerObj”:INIT:续了”）;将触发器设置为正斜率触发的外部源1writeline (sigAnalyzerObj”:触发:波形:立即源”）;writeline (sigAnalyzerObj”:触发:行:坡积极”）;设置需要进行测量的时间writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:波形:理念:时间”num2str (measurementTime)));关闭电衰减writeline (sigAnalyzerObj”:意义:力量:射频:EATTenuation:国家了”）;设置机械衰减级别writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:力量:射频:衰减”num2str (mechanicalAttenuation)));%将IQ信号调至自动writeline (sigAnalyzerObj”:意义:电压:智商:范围:汽车”）;设置返回数据的字节顺序writeline (sigAnalyzerObj”:格式:边境正常”）;设置返回数据的格式writeline (sigAnalyzerObj”:格式:数据真实,64”）;

触发仪器进行测量。等待测量操作完成，然后读入波形。在处理数据之前，从仪器接收到的交错数据中分离I和Q分量，并在MATLAB中创建一个复向量。

触发仪器并开始测量writeline (sigAnalyzerObj“*丹”）;writeline (sigAnalyzerObj”:启动:波形”）;%等待测量操作完成measureComplete = writeread(sigAnalyzerObj，“* OPC ?”）;阅读IQ数据writeline (sigAnalyzerObj”:阅读:WAV0 ?”）;data = readbinblock(sigAnalyzerObj，“替身”）;分离数据，建立复杂IQ向量Inphase = data(1:2:end);正交=数据(2:2:结束);rx波形= inphase+1i*quadrature;

捕获并显示关于最近获得的数据的信息。

writeline (sigAnalyzerObj”:获取:WAV1 ?”）;signalSpec = readbinblock(sigAnalyzerObj，“替身”）;显示测量信息captureSampleRate = 1/signalSpec(1);流("采样率(Hz) = %s"num2str (captureSampleRate));

采样率(Hz) = 15360000

流("读取的点数= %s"num2str (signalSpec (4)));

读取的点数= 307201

流("信号最大值(dBm) = %s"num2str (signalSpec (6)));

信号最大值(dBm) = -43.1954

流("信号最小值(dBm) = %s"num2str (signalSpec (7)));

信号最小值(dBm) = -104.8862

绘制所获取波形的频谱，以确定所接收信号的带宽。

确保rx波形为列向量如果~iscolumn(rx波形)rx波形= rx波形.';结束绘制采集信号的功率谱密度(PSD)spectrumPlotRx =光谱分析仪;spectrumPlotRx。SampleRate = captureSampleRate;spectrumPlotRx。SpectrumType =“能量密度”；spectrumPlotRx。YLimits = [-140 -90];spectrumPlotRx。YLabel =“PSD”；spectrumPlotRx。Title =接收信号频谱:10mhz 5G NR-TM波形；spectrumPlotRx (rxWaveform);

将仪器切换到频谱分析仪模式，将MATLAB中生成的频谱视图与信号分析仪上的视图进行比较。使用额外的SCPI命令配置仪器测量和显示设置。

返回频谱分析仪视图writeline (sigAnalyzerObj”:仪器:选择山”）;设置机械衰减级别writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:力量:射频:衰减”num2str (mechanicalAttenuation)));%设置中心频率、RBW和VBWwriteline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:频率:中心”num2str (centerFrequency)));writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:频率:开始”num2str (startFrequency)));writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:频率:停止”num2str (stopFrequency)));writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:带宽:决议”num2str (resolutionBandwidth)));writeline (sigAnalyzerObj strcat (”:意义:带宽:视频”num2str (videoBandwidth)));在频谱分析仪上启用连续测量writeline (sigAnalyzerObj”:INIT:续上”）;开始接收空中信号writeline (sigAnalyzerObj“*丹”）;

清理仪器时，清理仪器连接处:

清晰的sigAnalyzerObj；

停止5G NR-TM波形传输，在仪器部分，单击停止传输．

测量接收到的5G波形

使用generateWaveform的功能hNRReferenceWaveformGenerator辅助文件来提取特定TM的波形信息。

tmwavegen = hNRReferenceWaveformGenerator(nrtm,bw,scs,dm);[~，tmwaveinfo,resourcesInfo] = generate波形(tmwavegen);

基于DM-RS的粗频偏补偿

寻找增量1千赫到100千赫的偏移量。

frequencyCorrectionRange = -100e3:1e3:100e3;[rx波形，粗偏移]= DMRSFrequencyCorrection(rx波形，captureSampleRate,frequencyCorrectionRange, tmwavgen,resourcesInfo);流(粗频率偏移= %。0 f赫兹”coarseOffset)

粗频偏置= 0hz

基于DM-RS的精细频偏补偿

寻找5hz到100hz的偏移量

frequencyCorrectionRange = -100:5:100;[rx波形，fineOffset] = DMRSFrequencyCorrection(rx波形，captureSampleRate,frequencyCorrectionRange, tmwavgen,resourcesInfo);流(“精细频率偏移= %。1 f赫兹”fineOffset)

精细频偏= -25.0 Hz

维生素与测量

使用hNRPDSCHEVM函数来分析波形。函数执行这些步骤。

FDD (frequency division duplexing)一帧DM-RS同步(TDD (time division duplexing)两帧)
解调接收的波形
估计信道
使符号相等
估计和补偿公共相位误差(CPE)

属性的配置设置hNRPDSCHEVM函数。

CFG = struct();cfg。PlotEVM = true;绘制EVM统计数据cfg。DisplayEVM = true;打印EVM统计信息cfg。标签= nrtm;%设置为TM捕获波形名称cfg。SampleRate = captureSampleRate;在捕获过程中使用采样率[evmInfo,eqSym,refSym] = hNRPDSCHEVM(tmwavegen.Config, rx波形，cfg);

维生素与统计为BWP idx: 1 RMS维生素,维生素与峰值,槽0:5.141 - 29.966% RMS维生素,维生素与峰值,插槽1:5.117 - 28.236% RMS维生素,维生素与峰值,槽2:5.129 - 23.172% RMS维生素,维生素,槽3:5.118 - 28.065% RMS维生素,维生素,槽4:5.218 - 29.877% RMS维生素,维生素,槽5:5.136 - 27.957% RMS维生素,维生素,槽6:5.179 - 34.915% RMS维生素,维生素,槽7:5.220 - 30.278% RMS维生素,维生素,槽8:5.204 - 30.946% RMS维生素,维生素,槽9:5.089 - 36.078% RMS维生素,维生素,槽10:5.063 26.75% RMS EVM，峰值EVM, slot 11: 5.140 33.408% RMS EVM，峰值EVM, slot 12: 5.101 31.880% RMS EVM，峰值EVM, slot 13: 5.017 24.540% RMS EVM，峰值EVM, slot 14: 5.068 26.508% RMS EVM，峰值EVM, slot 15: 5.180 29.606% RMS EVM，峰值EVM, slot 16: 5.259 29.391% RMS EVM，峰值EVM, slot 17: 5.234 30.314% RMS EVM，峰值EVM, slot 18: 5.229 27.510% RMS EVM，峰值EVM, slot 19: 5.136 30.313%平均RMS EVM帧0:5.149%

图中包含3个轴对象。轴对象1的标题为EVM vs OFDM符号，BWP idx: 1包含2个类型为line的对象。这些对象代表rms EVM，峰值EVM。轴对象2，标题为EVM vs Slot, BWP idx: 1包含2个类型为line的对象。这些对象代表rms EVM，峰值EVM。轴对象3，标题为EVM vs Subcarrier, BWP idx: 1包含2个类型为line的对象。这些对象表示rms EVM, max EVM。

图中包含一个轴对象。标题为均衡化符号星座的axis对象，BWP idx: 1包含2个类型为line的对象。

总体平均RMS EVM: 5.149%总体峰值EVM = 36.0778%

测量结果表明，接收波形解调成功。频谱分析仪的直流分量对直流副载波的干扰导致测量中的EVM值很高。

本地函数

这些功能有助于处理接收到的5G波形。

函数[corrected波形，appliedFrequencyCorrection] = DMRSFrequencyCorrection(波形，sampleRate,frequencyCorrectionRange, tmwavgen,resourcesInfo)%波形-要校正的波形。需要是Nx1列向量。% sampleRate -波形的采样率% frequencyCorrectioRange -频率范围和粒度检测校正百分比% tmwavegen and resourcesInfo - generate波形方法的输出[pdschArray，~，carrier] = hListTargetPDSCHs(tmwavegen.Config,resourcesInfo.WaveformResources);bwpCfg = tmwavegen.Config.BandwidthParts{1,1};nSlots = carrier.SlotsPerFrame;生成一个跨度10毫秒(一帧)的参考网格。这个表格%仅包含DM-RS，用于同步。refGrid = referenceGrid(carrier,bwpCfg,pdschArray,nSlots);对指定的波形应用频率偏移% freuqnecyCorrectionRange。nSamples =(0:长度(波形)-1)';frequencyShift = (2*pi*frequencyCorrectionRange.*nSamples)./sampleRate;每一列表示一个偏移波形。偏移波形=波形。*exp(1j*frequencyShift);[~，mag] = nrTimingEstimate(偏移波形，载波。NSizeGrid,…母舰。SubcarrierSpacing、nSlots refGrid,…“SampleRate”, sampleRate);找出DM-RS相关性最大的频率。[~，index] = max(max(mag));applicedfrequencycorrection = frequencyCorrectionRange(index);corrected波形= offsetWaveforms(:，index);结束函数refGrid = referencgrid (carrier,bwpCfg,pdschArray,nSlots)为所需数量的插槽创建一个参考网格。网格%包含pdschArray中指定的DM-RS符号。这个函数%返回K-by- s - l维度的REFGRID，其中K是的个数%子载波大小载波。NSizeGrid,S is the number of symbols% span nslot, L为层数。nSubcarriers = carrier。NSizeGrid * 12;L = carrier.SymbolsPerSlot*插槽;参考网格中OFDM符号的百分比nLayers = size(pdschArray(1).Resources(1).ChannelIndices,2);bwpStart = bwpCfg.NStartBWP;bwpLen = bwpCfg.NSizeBWP;refGrid = 0 (nSubcarriers,L,nLayers);%空网格bwpGrid =零(bwpLen*12,L,nLayers);rbsPerSlot = bwpLen*12*carrier.SymbolsPerSlot;在所有槽位的参考网格中填充DM-RS符号。的地方% bwpGrid在载体网格中(在适当的位置)% BWP大小与运营商网格不一致为slotIdx = carrier。NSlot + (0:nSlots-1) [~，~，dmrsIndices,dmrsSymbols] = hSlotResources(pdschArray,slotIdx);如果~ isempty (dmrsIndices)为layerIdx = 1:nLayers如果layerIdx <= size(dmrsIndices,2) dmrsIndices(:，layerIdx) = dmrsIndices(:，layerIdx) - rbsPerSlot*(layerIdx -1) + (L*bwpLen*12*(layerIdx-1));bwpGrid(dmrsIndices(:，layerIdx)+(slotIdx-carrier.NSlot)*rbsPerSlot) = dmrsSymbols(:，layerIdx);结束结束refGrid(12*bwpStart+1:12*(bwpStart+bwpLen)，:，:) = bwpGrid;结束结束结束