5G NR无线蜂窝系统的信道估计器设计

DMRS简介

DMRS类型

类型A：DMRS位于时隙的第二个或第三个OFDM符号，由14个OFDM符号组成，当数据占据大部分时隙时使用A型映射。
类型B：用在URLLC中，在第一个OFDM符号中传输，并进行数据调度，在时隙持续时间和数据需要立即调度的地方应用

类型A 和B决定DMRS在时域的密度，类型A最多可配置4个DMRS，类型B最多可配置3个DMRS

DMRS频域密度

DMRS频域密度由类型1和类型2决定
DL中不同天线端口的DM - RS，如图3和图4所示，其编号从1000开始，在频率或码域上都是正交的。
图3表示：DMRS类型1有两个Port的结构，其中端口1000和1002分别使用偶数和奇数子载波。因此，天线端口之间的正交性是在频域中实现的。

图4表示：DMRS类型2有4个Port的结构，其中端口为1000和1001的4端口，它们使用相同的偶数子载波。通过使用长度为2的orthogonal cover codes( OCC )对这些端口上的导频符号进行调制，在.码域上获得了这些端口之间的正交性。

使用相同子载波的端口属于相同的码域复用( CDM )组。因此，端口1000和端口1001属于同一个CDM group 0。同样，端口1002和1003使用相同的奇数子载波，因此属于CDM group 1。这些2端口和4端口的DM - RS.

信道估计

1. Least square (LS)
2. Elementwise linear MMSE (eMMSE)
3. Maximum likelihood estimator (MLE）
4. Modified MMSE (mMMSE)
5. Modified least squares (MLS)

实验仿真

5G NR系统中的MSE

实验参数

1. 系统带宽：100MHz
2. 资源块：275个
3. 子载波间隔：30KHz
4. 信道模型：NLOS CDL - B。CDL - B是一个3D信道模型，它包括方位角和仰角的到达和离开方向，以及角度扩展
5. 32个BS天线和UE天线数量等于DMRS端口
6. DMRS分配：如上图 fig3 and fig4

实验

分析了UE以不同速度移动所需的2端口和4端口DM - RS数量。
MSE：mean square error（均方误差）

1. 两个端口和四个端口DMRS，UE以5公里每小时速度移动时MSE和SNR图
2. 最低MSE估计器，针对不同速度进一步研究MSE
3. 30dB时，MSE为$10^{-3}$，对于给定速度，MSE大于$10^{-3}$，传输额外的DMRS
4. 实验结果图：2端口和4端口DMRS不同信道估计，以及UE在不同速度下进行mMMSE估计的MSE
   

实验结论

1. 图 5a 和图 6a 表示 2 端口和 4 端口 DM-RS 使用不同估计方法的 MSE。可以观察到mMMSE对于两端口和四端口DMRS有最低MSE
2. 图 5b 和图 6b 中绘制不同速度的 MSE。 DMRS 在第二个 OFDM 符号处发送，并且 在第二个符号处使用 mMMSE估计信道。对于不同速度，MSE在第2个和第11个OFDM的信道估计之间计算。由图可知，对于2端口和4端口DMRS，第2个OFDM处的DMRS可以估计第11个OFDM处的信道，直到UE为15Km/h
3. 从图5c和6c可以看出，对于2端口和4端口DM - RS，在OFDM符号11处传输DM - RS就足以达到35 kmph的UE速度。
4. 从图5d和图6d可以看出，对于2端口DM - RS，当UE速度达到75 kmph时，需要3个DM - RS。对于4端口DM - RS，当UE速度为65 kmph时，需要3个DMRS。2端口DM - RS的MSE在较高速率下优于4端口DM - RS，说明4端口DM - RS在较高UE速度下所经历的信道更加恶劣，所以UE增加，信道恶劣，可以选用较少的DMRS端口2
5. 根据实验结论，给出给定UE速度所需DMRS端口数和DMRS数量的算法：
   
   注释
   dmrs_pos：DMRS所在时隙位置
   $MS{E}_{pq}$：在第p个OFDM的信道估计值和第q个OFDM的信道估计值之间的MSE
   $N_p$：DMRS端口最大数量
   num_dmrs：所需DMRS的数量

参考文献：R. Munagala and R. Budhiraja, “Channel Estimator Designs For Emerging 5G New Radio Cellular Systems,” 2020 National Conference on Communications (NCC), Kharagpur, India, 2020, pp. 1-6, doi: 10.1109/NCC48643.2020.9056078.