21 3GPP中 5G NR高速列车通信标准化

本文提出初始接入、移动性管理、线性小区设计等高层技术。描述3GPP采用HST场景的评估参数，阐释了HST应用的物理层技术，包括数字通信和参考信号设计，链路级评估结果表明了多提方法的优越性。
HST：high-speed train
SHF:super high frequency

信道模型

1. 在HST场景下，用链路级信道模型对不同的部署场景进行仿真。并且LOS分量有望在非LOS分量中占主导地位，因此在TDL和CDL信道模型中定义了强LOS分量在窄的簇内和簇间扩展。
2. Rician衰落信道模型中Rician因子在一定范围中，称为K，K=7（表示城市宏观场景） 或13.3dB
3. 在HST场景下，选择TDL-D和CDL-D模型用于SISO和MIMO系统评估

实验——物理层设计相关元素

μ(与子载波间隔有关)

1. 为了保证子载波间正交并减小子载波间干扰，假设信道在一个OFDM符号周期内不发生变化。
2. 为了避免多普勒引起ICI，使用更大的SCS以保持OFDM符号持续时间更短
3. 在SHF频段，射频震荡器相位噪声很大，相位噪声随着子载波数或FFT大小的增加而增大，进而引起相关性能下降。因此需要更大的SCS缓解相位噪声引起的性能下降
4. 实验数据

参数	参数值
列车速度	500km/h
载波频率	30GHz
系统带宽	80MHz
码型	LTE Turbo码
MCS	QPSK 1/2、16-QAM 2/3 64-QAM 3/4 256QAM 3/4
TDL-D模型	k为13.3dB

5. 实验结果图
   
6. 实验结果
   • 频谱效率随着SCS增大而增大，因为较大的SCS对相位噪声和多普勒频移有鲁棒性，64-QAM、256-QAM等高阶调制对相位噪声和高移动性更加敏感。
   • 与LTE采用15KHz相比，HST实现大于60KHz的SCS可以获得更高的频谱效率。

设计参考信号(DMRS)

1. 接收端从DMRS中可以获取预编码的信道状态信息，3GPP规定时域密度对网络切片有益，因为有额外DMRS的切片非常适合高移动性列车，没有额外DMRS的切片对支持没有移动性的轨道传感器有用。
2. 在PRB内部分配无DMRS的纯数据，可以进一步降低频域DMRS密度，实现PRB交织频域复用
3. 仅分配前载DMRS，在多普勒影响较大环境中会导致性能显著下降，所以需要在前载DMRS之后再分配额外的DMRS去跟踪时变信道系数，增加时域DMRS密度会增加DMRS开销，导致频谱效率下降。并且由于列车高移动性，LOS分量主导HST信道中的非LOS分量，使得HST信道频率选择性较低
4. 减低DMRS开销，提高频谱效率吧，考虑降低DMRS频域密度
5. DMRS设计图
   右上：每两个PRB放置一个DMRS-PRB，使更多数据通过其余纯数据PRB传输，适用于信道频率特性高度平坦的HST信道，因此可省略对每个资源块的信道估计，所提出的DMRS配置还可避免并测量小区间干扰
   
6. 使用相同中心频率，将不同交错模式分配给相邻小区，就可以用DMRS测量来自相邻小区的传输信号，并可能将其去除。在DMRS中提升功率，当相邻小区之间的DMRS配置交错时，信道估计可以更加鲁棒地抵抗小区间干扰。
7. 实验参数

参数	参数值
SCS	60 kHz
DMRS密度值	如图6b所示。
列车速度	500 km / h。
信道模型	CDL - D模型的K因子为7 dB，
( ASD、ASA、ZSA、ZSD)	( 5、15、5、1) °，
天线阵列	( M、N、P、Mg、Ng) = ( 8、16、2、1、1)。
编码速率与调制方式	1 / 2、2 / 3、3 / 4和5 / 6的Turbo码 QPSK、16 - QAM、64 - QAM和256QAM调制方式。

8. 实验结果图
   
9. 结论
   从图中可以观察到，与d = 1的传统方案相比，频谱效率的增益可以通过在频域降低DMRS的密度来观察。

参考文献：High-Speed Train Communications Standardization in 3GPP 5G NR