5G下行用户数据处理详解：从预编码到OFDM信号生成
5G下行用户数据处理详解：从预编码到OFDM信号生成
本文详细介绍了5G下行用户数据的处理流程，包括预编码后的数据处理、时频域资源映射、ORU的功能特性、下行用户数据的资源分配和映射、VRB到PRB的映射、eCPRI接口以及OFDM信号生成和iFFT算法等内容。这些技术是理解5G通信系统的关键，对于通信工程专业的学生和从业者具有很高的参考价值。
预编码后的整体流程
预编码后的数据符号
用户数据在时频域资源RE上的映射
每个天线端口都对应一个独立的时频域平面，时域是以时间上的符号为单位，频域上是以子载波为基本单位。
时域资源
单独从时域来看：
频域资源
单独从频域来看：子载波间隔的设置、符号调制及CP等特性决定了子载波之间（频域）和符号之间（时域，和无线衰落）干扰的最小化。（后面有详细的介绍。）
ORU的功能和特性
主要目标是RF部分
所以叫做，Radio Unit，主要功能：
- 符号数据的时频域映射，无限帧结构和
- 模数转换、OFDM调制解调和IFFT
- 射频搬迁、功率放大
- 功率管理和多天线功率分配等
常见的3种分布方式：
ORAN 7.2x Split
考虑到了以下主要因素：
- 相对bit率和带宽需求
- eCPRI接口的时延和同步性能
- 接口的复杂性
- RU和DU的复杂性考虑
ORAN 7.2x Split的RU功能模块
下行用户数据在时域符号级的资源分配（38.214 5.1.2.1）
资源分配和映射的实现：
（1）从MAC 调度起输出一直到物理低层的实现
（2）通过DCI和RRC消息通知UE
PDSCH时隙映射的表示方式
符号的资源映射方式
SLIV表示法
SLIV: Start and Length Indicator Value
也即，SLIV = 40，即：
40 = 14（14-L-1）+(14-1-S)
40/14=2…12
14-L-1=2得出L=11
14-1-S=12得出S=1
TypeA和TypeB的符号表示方法
PDSCH映射Type A和Type B的比较
参考信号的影响
下行用户数据到VRB的映射（38.211 7.3.1.5）
这里需要先理解VRB的概念，以及跟PRB的区别和关系。主要作用是解耦逻辑和物理资源分配
DRA Type0 （38.214 5.1.2.2.1）
Downlink resource allocation type 0
DRA0资源分配使用非交错 VRB 到 PRB 映射，即VRB n 直接映射到PRB n， 资源分配使用位图来指示一组分配的资源块组 ( RBG )。资源块组 (RBG) 定义一组 RB，RBG中包含的RB的数量跟BWP的大小有关。
RGB和RBG的计算和定位
可以通过公式来计算一个特定带宽（RB数量）的BWP的总的RBG的数量
This term adjusts for any misalignment between the starting PRB of the BWP and the natural RBG boundaries.
RBG的调度分配表示
Bitmap来表示
DRA0中VRB（RBG）到PRB的映射
属于非交错方式（Non-interleaved）的VRB到PRB的映射方式，也就是说VRB的次序跟PRB是完全一样的。
DRA Type1 (38.214 5.1.2.2.2）
下行用户数据从VRB到PRB的映射(38.211 7.3.1.6， 38.214 5.1.2.3)
Non-interleaved VRB-to-PRB映射
非交织的映射方式，就是VRB和PRB完全相同。
Interleaved VRB-to-PRB映射
Interleaved VRB-to-PRB 使用资源块捆绑Resource Block Bundles (RBB) 概念，每个 RBB 都是一组连续的 RB。
不同类型的DRA的应用场景
DRA Type 0：
面向粗粒度的资源分配，适合频率域上的 固定块（RBG, Resource Block Group） 分配，RBG可以根据BWP带宽的增大而变大。
适用于需要低复杂度、高效率分配的场景，例如大规模用户、带宽平坦的场景。在较大粒度上可以具有一定的克服频率选择性衰落的效果。
优化调度信令开销，重点在于调度多个用户时降低复杂性。DRA Type 1：
面向细粒度的资源分配，提供更灵活的 RB（Resource Block） 分配方式（non-Interleaved的方式以单个PRB为基本粒度，而Interleaved方式则以RBB（RB Bundle）为基本粒度）。
支持频域上的选择性分配，适合于需要利用 信道频率选择性 增益的场景。
特别适合需要高灵活性、频谱效率优化的场景，例如对服务质量（QoS）要求高的用户。
实际网络的参数配置和信令
RRC配置
RRC Reconfig中的DRB Type
DCI格式和调度信息
No-interleaved与Interleaved 即VRB-to-PRB mapping
比如，C-RNTI对应的DCI format 1_0中 （38.212 7.3.1.2.1 , https://howltestuffworks.blogspot.com/2019/09/dci-formats-in-5g-nr.html）
eCPRI接口相关内容介绍
eCPRI/CPRI接口的基本功能及定义
Fronthaul和CPRI
eCPRI Message消息的三种类型
eCPRI中的IQ数据的压缩
eCPRI接口在ORAN体系中的重要性
eCPRI的U-plane和C-plane
（O-RAN.WG4.CUS.0-R004-v16.01 8.2.1）
eAxC ID
eAxC ID = [Antenna Port: 1, Carrier Index: 3]
M-plane
S-plane及PTP同步
O-RAN.WG4.CUS.0-R004-v16.01 4.4.1
OFDM信号生成和iFFT算法
依据ORAN CUS-Plane规范（O-RAN.WG4.CUS.0-R004-v16.01），物理层的处理流程是基于7.2x LLS的处理流程。在多天线层映射和预编码过程之后，用户数据会以IQ符号数据的形式，分不同的天线端口，结合eCPRI接口的控制信息通过eCPRI接口传送给ORU。在ORU中首先需要进行OFDM调制和iFFT的数据变换。
为什么要使用OFDM
什么是OFDM
为什么使用多载波代替单载波调制
为了实现用户的高速数据在多载波的OFDM系统中的调制和传输，首先需要把每一个天线端口的用户数据单独地以适当的方式送入OFDM调制器当中，这种方式就是把单独的串行的用户符号数据转换成多路的并行的数据流，分别对应到每一个子载波上。这样，相对于单载波的方式，OFDM的多载波的调制方式中的每一个子载波上的每一个符号symbol的时间跨度就长的多。
所以，OFDM的多载波调制比传统的单载波的方式有很多优点：
(1) 抗多径干扰能力强
(2) 高频谱效率
(3) 简化均衡器设计
Numerology
特性：
子载波间隔越小，一定带宽内的频域资源越多，子载波的单个符号的长度就会更长，一定时长的时域资源就越少。所以采用什么样的子载波间隔在时频域内的整体频谱效率理论上没有影响。但是针对不同的应用场景不同的子载波会影响到资源利用的灵活性，同时，考虑到无线环境的传输特性，不同的子载波间隔也会影响到无限传播的ISI等特性。
IQ数据的分天线串并转换和模拟时域信号的生成和表示
前面提到过，一个用户数据符号从预编码输出是一个IQ数据对表现出来的，即（i,q）数据。这个数据在进行OFDM调制之前需要形成在某一个子载波上理论上的模拟调制信号波形。规范中有具体的定义。
基于iFFT算法的OFDM调制
上述多子载波的并行数据的表达式只是理论的表示方法，在实际的网络设备中（gNB或ORU）中并不能形成真实的波形。所以，在真正网络实现的时候，在进行OFDM调制前是离散且顺次到来的IQ数据值，调制后的则是通过离散的数字时域波形的方式表达的。
OFDM的基本实现思路
频域信号到时域信号的转换IFFT
IFFT的应用参数
第一，需要考虑计算的点数2n
第二，补零操作
第三，采样频率，采样周期和子载波数量的关系
循环前缀CP的插入
CP插入的具体方法
在5G NR中，为了抵抗多径引起的符号间干扰（ISI），包括由于多径在子载波间因为正交性的破坏而造成的子载波间的干扰，在OFDM波形中采用了循环前缀（Cyclic Prefix, CP）。CP的插入既是一种信号处理技术，也是由3GPP规范（如TS 38.211）所明确规定的。下面介绍CP的具体插入方法以及相关参数。
CP如何消除多径时延造成的符号间的干扰ISI
CP的插入如何消除多径对于子载波之间的正交性的影响
本文原文来自B站课堂