微波射頻網5G及無線技術原創專欄主要介紹5G NR、LTE、WiFi等主流無線通信技術，由業界一線工程師執筆，結合理論與實踐，既有標準解讀，又涵蓋鏈路仿真與測試，是不可多得的進階學習平臺。如有想看到的內容或技術問題，可以在文尾寫下留言。

現代的頻譜儀已經不只是單純的測量頻譜，借助于DSP技術，現代頻譜儀同時具備矢量信號的解調與分析功能，因此嚴格意義上應該稱為頻域與信號分析儀，可以同時對信號進行頻域，時域和調制域的分析。對于5G NR(New Radio)信號，調制域是分析信號的重要手段，通過信號的解調分析，可以判斷信號的正確與否以及信號質量的好壞。

圖1、現代頻譜與信號分析儀結構

在3GPP的TS 38.141和TS 38.521協議中，對于基站和手機的調制域指標都有明確的規定。在這兩個協議中，調制域的指標有EVM（Error Vector Magnitude），頻率誤差(Frequency error)，頻譜平坦度(spectrum flatness)，這幾個指標都是通過對信號的解調分析才能得到，尤其是頻率誤差和頻譜平坦度，很容易引起誤解，很多人以為這兩個指標是通過測量信號的頻譜進行頻域測量獲得，矢量信號的頻譜本身就是不平的，不可能通過頻譜得到信號的中心頻點和平坦度指標。實際上頻域誤差是在信號解調過程中通過解調參考信號DMRS（Demodulation Reference Signal）或者循環前綴(Cyclic Prefix, CP)獲得，而頻譜平坦都是解調過程中通過均衡系數（Equalizer coefficient）獲得。

DMRS的重要的作用就是相干解調（Coherence Demodulation），解調軟件通過DMRS信號進行信號的同步，頻率誤差估計，信道估計。對于5G NR的信號的解調，待測信號的參數設置非常重要，頻譜儀解調軟件正是通過設置的參數生成本地DMRS信號，從而完成信號檢測和解調。這些參數會影響解DMRS信號序列生成和時頻域分布，因此這些信號參數設置的正確與否直接決定了解調軟件能否生成與待測信號相匹配的DMRS序列，只有正確得到DMRS序列，才能正確完成信號解調，從而得到正確的EVM指標，頻率誤差和頻譜平坦度指標。

與4G信號不同，5GNR信號為了支持eMBB(Enhance Mobile Broadband，增強型移動寬帶)，uRLLC(Ultra Reliable & Low Latency Communication，低時延高可靠通信)和mMTC（Massive Machine Type Communication，海量物聯網通信）三大場景，5G NR信號可以靈活多變，但也導致信號結構要復雜得多，信號解調分析時參數設置也要復雜得多，對于經常使用頻譜儀對5G NR信號進行解調分析的研發測試人員也提出了更高的要求，需要對5G NR信號有足夠的理解。

本文主要整理了5G NR 信號解調分析中關鍵參數的設置，包括這些參數在3GPP物理層協議中的定義，為什么這些參數會影響解調，這些參數設置不合理會出現什么異常結果等，從而幫助儀表使用者理解3GPP協議，正確地對5G信號進行分析，當測試出現問題時，能快速定位信號解調分析中的問題。

總結起來，影響5G NR信號解調的主要參數有以下參數。

1、Cell ID

PUSCH DMRS序列在Transform precoding on和off時候使用的序列不一樣，但是該序列都可能與Cell ID有關。以Transform precoding disabled時為例，在TS 38.2116.4.1.1章節定義其序列生成如下：

其中c(i)的初始值如下：

在沒有higher-layer參數指示的情況下，其中。通常在非信令測試條件下，都滿足。因此Cell ID 設置不正確會影響本地DMRS序列的生成，從而影響儀表信號的解調。當Cell ID設置不正確的時候，信號解調可能會出現“Sync Not Found”的無法解調的提示。

2、BW（Bandwidth）和RB（Resource Block）參數

BW和RB的起始位置及RB個數會影響DMRS的頻域分布，同時按照38.211協議，DMRS序列的生成也與RB的個數有關，因此這兩個參數設置不合理可能會導致儀表出現“Sync Not Found”的無法解調的提示。

圖2、儀表同步失敗錯誤提示

3、TransformPrecoding

與LTE信號不同，5G NR的上行信號同時支持CP-OFDM和SC-FDMA，是通過TransformPrecoding on和off參數進行設置的。根據TS38.211協議6.4.1.2章節，在TransformPrecoding on和off下，DMRS序列生成公式是不同的，因此TransformPrecoding參數設置不合適也會引起信號同步失敗，出現“Sync Not Found”的無法解調的提示。

4、mapping type和dmrs-TypeA-Position

Mapping Type決定了第一個DMRS符號的位置l₀。

1）對于mapping type A，DMRS符號的起始位置l₀取決于dmrs-TypeA-Position。dmrs-TypeA-Position的取值為pos2（表示第一個DMRS符號是符號2）或者pos3（表示DMRS符號是符號2）。

2）對于mapping type B，l₀=0，表示第一個DMRS符號是符號0。

如圖3所示，可以直觀地看到在不同的mapping type下DMRS所在的符號位置是不同的。

圖3、在不同mapping type下DMRS信號的頻域分布

當mapping type和dmrs-TypeA-Position設置與真實信號不一致時，由于解調軟件預期的DMRS符號時域位置與真實信號不一致，從而無法搜索到正確的幀頭，會出現“Sync Not Found”的無法解調的提示。圖4顯示了待測信號的mapping type是Type A，但是在解調時卻設置成了mapping type B，從而導致信號解調失敗。

圖4、mapping type參數設置不合適導致信號解調失敗

5、DMRS Configuration Type

DMRS config決定了DMRS在頻域的密度，在38.211 6.4.1.1.3章節中有如下定義，從這個公式可以看出，對于DMRS configuration為Type 1時，在頻域每隔1個子載波分布著1個DMRS載波，每個RB具有6個DMRS子載波，而當DMRS configuration為Type 2時，每隔2個子載波分布著1個DMRS載波，每個RB具有4個DMRS子載波。圖5顯示了不同DMRS configuration DMRS RE在頻域的分布。

圖5、不同DMRS configuration時DMRS子載波的頻域分布

由于DMRS configuration type決定了DMRS載波的頻域分布，因此當DMRS configuration type參數設置不合理時，由于解調軟件預期的DMRS信號與待測信號的真實DMRS不一致，會出現信號同步失敗，如圖6所示，出現“Sync Not Found”的無法解調的提示。

圖6、DMRS configuration type設置錯誤導致信號同步失敗

6、DM-RS duration

表1、TS 38.211 Table 6.4.1.1.3-5: PUSCH DM-RS time index l'.

TS 38.211 Table 6.4.1.1.3-5定義了DM-RS duration ,DM-RS duration決定了時域連續DMRS符號的個數，如圖7所示。因此，當信號的DM-RS duration設置與真實信號不一致時，也會導致信號同步失敗，出現“Sync Not Found”的無法解調的提示。

圖7、不同DM-RS duration時DMRS信號的時域分布

7、dmrs-AdditionalPosition

在協議TS38.211 中，Table 6.4.1.1.3-3和Table 6.4.1.1.3-4定義了不同dmrs-AdditionalPosition下DMRS信號的時域符號位置。將不同dmrs-AdditionalPosition下DMRS的時域符號分布直觀地顯示出來如圖8所示，由此可見，dmrs-AdditionalPosition會影響DMRS信號的時域分布，因此，當信號的dmrs-AdditionalPosition設置與真實信號不一致時，可能導致信號同步失敗，出現“Sync Not Found”的無法解調的提示，或者如圖9所示，同步成功，但是星座圖是亂的，因為解調軟件將一些數據RE（Resource element）誤判為DMRS或者將DMRS誤判為數據RE。

表2、PUSCH DM-RS positions within a slot for single-symbol DM-RS and intra-slot frequency hopping disabled.

表3、PUSCH DM-RS positions within a slot for double-symbol DM-RS and intra-slot frequency hopping disabled.

圖8、不同dmrs-AdditionalPosition時DMRS信號的時域分布

圖9、dmrs-AdditionalPosition設置不合適導致信號解調失敗

8、Number of DMRS CDM groups without data

圖10、不同Number of DMRS CDM groups without data參數下DMRS符號DMRS與數據復用

Number of DMRS CDM groups without data 參數決定DMRS與Data是否在同一symbol內復用， 如圖10所示的DMRS符號（symbol#2）內，紅色子載波代表DMRS，其余的子載波位置既可以配置成發送藍色的Data，也可以配置成不發送任何數據的保留子載波，當Number of DMRS CDM groups without data為1的時候，其余RE被配置成數據RE，當Number of DMRS CDM groups without data為2的時候，其余RE不發任何數據。

因此在進行信號解調的時候，Number of DMRS CDM groups without data設置不合適會導致星座圖上出現零點的星座點，如圖11所示，解調端誤認為在那些保留子載波的位置也是正常發送了調制數據的，但實際檢測到的都是功率為0的星座點，導致在這些RE上的EVM值很高。此時需要正確設置Number of DMRS CDM groups without data，這樣軟件就不會去試圖解調那些不發送任何數據的保留子載波，使得零點得以消除，如圖12所示。

圖11、Number of DMRS CDM groups without data參數設置不正確導致星座圖出現零點

圖12、Number of DMRS CDM groups without data參數設置正確時的解調結果

9、Symbol Phase compensation

與4G不同，5G NR支持多種可變的載波帶寬以及載波內BWP的分配，因此收發兩端的中心頻點不一致是一個非常典型的場景，如不進行合適的相位補償會出現接收機無法正確解調信號的情況。在TS 38.211 5.4章節Modulation and upconversion中定義了5G NR逐符號進行相位補償Symbol Phase compensation，并且是補償到特定的某個發射頻點(f₀)，這個補償需要在基帶信號中完成，用于解決發射端的中心頻點與接收端的中心頻點不一致而帶來的相位旋轉問題。

因此，在信號進行解調的時候相位補償也要設置成與待測信號一致，否則星座圖可能會凌亂，出現有規律的旋轉，EVM也很差，如圖13所示，它并不是完全隨機性混亂的星座圖，而是呈現出有某種規律的圖樣。當相位補償設置正確的時候，星座圖就恢復正常。

圖13、Symbol Phase compensation參數設置不正確時的解調結果

10、小結

5G NR信號的參數比較復雜，解調分析需要正確設置信號參數，如果參數設置不合適可能會導致解調失敗或者EVM很差，測試者可以根據具體現象判斷可能是哪些原因導致解調失敗，快速定位問題，各參數設置不合適導致的解調異常問題總結如表4所示。

表4、5G NR各參數設置不合適導致的解調異常問題總結

	參數	設置錯誤導致的解調異常現象
1	Cell ID	同步失敗
2	BW和RB	同步失敗
3	TransformPrecoding	同步失敗
4	mapping type和TypeA Position	同步失敗
5	DMRS configuration Type	同步失敗
6	DM-RS duration	同步失敗
7	dmrs-AdditionalPosition	同步失敗或者星座圖凌亂，EVM很大
8	Number of DMRS CDM groups without data	星座圖很整齊，但是出現零點，EVM值很大
9	Symbol Phase compensation	星座圖有規律的旋轉，EVM很大

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本期原創工程師：漁者

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