循環(huán)前綴(CP)是指一個(gè)符號(hào)前綴，無線系統(tǒng)中這個(gè)前綴在OFDM末端是重復(fù)的,接收端通常配置是丟棄循環(huán)前綴樣本。CP 可用于抵消多重路徑傳輸影響。

1. LTE網(wǎng)絡(luò)的符號(hào)間干擾是怎么回事，循環(huán)前綴如何消除這種干擾？

1.1 多路徑信號(hào)傳輸

         由于基站和UE之間的距離，無線信號(hào)傳輸后會(huì)產(chǎn)生時(shí)域上的延遲擴(kuò)展。這種延遲擴(kuò)展是由于發(fā)射信號(hào)通過多條路徑到達(dá)接收機(jī)而產(chǎn)生，這些在路徑具有不同的距離、環(huán)境、地形和雜波，從而導(dǎo)致的延遲不同；

         多徑引起的接收信號(hào)延遲擴(kuò)展是最遠(yuǎn)路徑上的最大傳輸延遲與最短路徑上的最小傳輸延遲之差。延遲隨環(huán)境、地形和雜波的變化而變化，與小區(qū)半徑?jīng)]有絕對(duì)的映射關(guān)系。這種多路徑延遲傳播會(huì)導(dǎo)致以下情況:

•         符號(hào)間干擾(ISI),嚴(yán)重影響數(shù)字信號(hào)的傳輸質(zhì)量

•         信道間干擾(ICI)會(huì)破壞OFDM系統(tǒng)中子載波的正交性，影響接收端的解調(diào)

1.2  循環(huán)前綴是如何降低ISI和ICI的影響？

•        保護(hù)間隔: 為了避免符號(hào)間干擾，可在OFDM符號(hào)間以循環(huán)前綴的形式插入保護(hù)期。 這個(gè)保護(hù)期為前一個(gè)符號(hào)的延遲擴(kuò)展（時(shí)間），它為下一個(gè)符號(hào)開始之前到達(dá)提供了一個(gè)時(shí)間窗口。保護(hù)時(shí)間可是非連續(xù)的傳輸周期，也可以是其他的傳播周期。 保護(hù)周期的長(zhǎng)度(TG)通常大于無線電信道上的最大時(shí)延；

•         循環(huán)前綴: 可在保護(hù)間隔中插入CP以減少ICI。它將隨每個(gè)OFDM符號(hào)的采樣點(diǎn)復(fù)制到OFDM符號(hào)的前面。 這將保證在一個(gè)周期的整數(shù)波形周期包括在一個(gè)延遲復(fù)制的正交頻分復(fù)用符號(hào)，這保證了子載波正交。 復(fù)制有效載荷的末端并作為循環(huán)前綴進(jìn)行傳輸可以確保在傳輸信號(hào)和信道響應(yīng)之間存在一個(gè)“循環(huán)”卷積。 這允許接收端采用一個(gè)簡(jiǎn)單乘法來捕獲所有延遲分量的能量。 如果“循環(huán)”卷積沒有完成，那么接收機(jī)將經(jīng)歷ICI時(shí)，完成頻域乘法。

2.  確定CP長(zhǎng)度的關(guān)鍵因素

•         多徑延遲: 多路徑和CP長(zhǎng)度成正比。 多徑延遲越大，需要的循環(huán)前綴越長(zhǎng)

•         OFDM符號(hào)長(zhǎng)度: 給定相同的OFDM符號(hào)長(zhǎng)度，越長(zhǎng)的CP可能會(huì)帶來越大的系統(tǒng)開銷，因此為了控制開銷，應(yīng)根據(jù)需要選擇CP長(zhǎng)度。

3.  5G(NR)中的CP設(shè)計(jì)

     5G(NR)中CP的開銷與LTE相同,設(shè)計(jì)思路與LTE相似。 CP的設(shè)計(jì)是確保在不同的SCSs 值和參數(shù)集（ μ=15khz)之間符號(hào)對(duì)齊。如1 khz一個(gè)Slot的7個(gè)符號(hào)駐留時(shí)間為0.5毫秒，包括每個(gè)符號(hào)的CPs和μ=30 khz的一個(gè)Slot大約有14個(gè)符號(hào)，包括每個(gè)符號(hào)間隔相同的0.5毫秒。所以CP長(zhǎng)度是適應(yīng)的子載波間距(fsc))。

4.  5G (NR)中CP特點(diǎn)

•         3GPP定義了兩種cCPs，即普通循環(huán)前綴(NCP）和擴(kuò)展循環(huán)前綴(ECP)

•         所有子載波間隔都指定了NCP

•         ECP目前規(guī)定只是應(yīng)用于子載波間隔60 kHz

•         如果使用標(biāo)準(zhǔn)CP(NCP) ，每0.5 ms出現(xiàn)首個(gè)符號(hào)的CP 比其他符號(hào)的CP長(zhǎng)

•         循環(huán)前綴持續(xù)時(shí)間隨著子載波間距的增加而縮短

5.  子載波CP長(zhǎng)度

      不同子載波CP長(zhǎng)度可用下列公式計(jì)算:

          CP持續(xù)時(shí)間用下列公式表示:

          u是參數(shù)集，l 是這里的符號(hào)指示，K是與數(shù)字基本時(shí)間單位和數(shù)字基本時(shí)間單位相聯(lián)系的常數(shù)，可以用下列方程表示。

          LTE中基本時(shí)間單位為Ts is，NR中基本時(shí)間單位為Tc。 時(shí)間單位的具體定義見下節(jié)。

6.   5G（NR）物理層計(jì)時(shí)單元

       每個(gè)參數(shù)集每1毫秒的子幀中有2個(gè)長(zhǎng)符號(hào)。 這些（較）長(zhǎng)符號(hào)通過增加正常循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間產(chǎn)生，以確保每個(gè)參數(shù)集在每個(gè)0.5 ms時(shí)間窗內(nèi)有整數(shù)的一個(gè)符號(hào)，同時(shí)也確保盡可能多的符號(hào)邊界重合；如，屬于15 kHz子載波間距的每個(gè)符號(hào)邊界與屬于3015 kHz子載波間距的每第二個(gè)符號(hào)邊界重合。

7.  CP開銷計(jì)算

      CP開銷是CP時(shí)間持續(xù)時(shí)間和符號(hào)時(shí)間持續(xù)時(shí)間的百分比;如15 KHz，NR符號(hào)持續(xù)時(shí)間為66.67 μs，CP持續(xù)時(shí)間為5.2μs, 那么開銷計(jì)算后為5.2 / 66.67=7.8%。這里長(zhǎng)符號(hào)應(yīng)該有更多的頭頂CP相比，其他符號(hào)應(yīng)該有較少的開銷。下表總結(jié)了不同子載波間距的正常CP開銷總結(jié)。

8.   各種CP多徑計(jì)算

       CP持續(xù)時(shí)間定義了在不影響碼間干擾(ISI)和載波間干擾(ICI)情況下可支持的距離。通過距離可計(jì)算出時(shí)間和距離。如，我們假設(shè)15 KHz的CP為5.2 s。 無線信號(hào)的傳播速度為C= 3.0 x 108 m/s，距離可通過為：速度 x 時(shí)間，也就是(3.0 x 108 ) x (5.2 x 10-6 ) = 1560 米。其他CPs和子載波間距的計(jì)算結(jié)果見下表。

Reference

• 3GPP References: TS 38.211 5G;. NR;. Physical  channels and modulation

原文來自：[url]http://www.techplayon.com/5g-nr-cyclic-prefix-cp-design/[/url]