根据3GPP标准,5G NR在FR1频段可部署的最大带宽达到了100MHz,这样的高带宽,一般的接收机是难以胜任的。
为了能对5G信号进行分析,我们借助了USRP X310及UBX-160射频子板。
UBX-160射频子板是一个全双工收发器,可调谐的频率范围覆盖10 MHz到6 GHz,瞬时带宽最高可达160 MHz。对于发射端应用,UBX-160在10MHz到6GHz整个频段的最大支持带宽都是160MHz;对于接收端应用,UBX-160在10MHz~500MHz频段范围内,支持的最大瞬时带宽为84MHz,在500MHz~6GHz频段范围内,支持的最大瞬时带宽为160MHz。
USRP X310是一款性能卓越,定位于高端的,服务于新一代软件无线电设计和开发的软件无线电设备,支持多种接口,包括千兆RJ45(25MS/s)、万兆SFP+(200MS/s)和PCIe x4(200MS/s)。为了对5G NR信号进行观察分析,这里采用了万兆SFP+接口。为此,在上位机端配置了Intel 520-DA2万兆网卡,两者通过万兆SFP+高速电缆进行连接。
下图是为此开发的上位机软件界面:
上位机软件界面
首先通过频谱观察,我们在2515MHz-2615MHz以及3400MHz-3500MHz发现了疑似100MHz带宽的5G信号,于是我们利用上述软件的采集存储功能对信号进行了采集存储(上位机配置了raid磁盘阵列,保证了数据落盘速度)。
通过对采集信号的进一步离线分析,确认为5G NR信号(分析原理待后续详述)。
针对2515MHz-2615MHz信号,并未设置中心频率为2565MHz,而是设为了2580MHz,因为在观察频谱时发现在这个信号旁边还部署了两个20MHz带宽的LTE信号,所采用的采样率为184.32MHz,整个采集信号的频谱图如下所示:
PSD: NR+LTE
其中可见左边有一个100MHz带宽信号,右边有两个20MHz带宽信号。信号的时域波形如下所示:
时域波形: NR+LTE
通过频移滤波操作,我们仅提取了2515MHz-2615MHz的5G NR信号,频谱图和时域波形如下所示
PSD: 5G NR @ 2565MHz
时域波形: 5G NR @ 2565MHz
对比以上两个时域波形图,可以发现滤除4G信号后,单独的5G信号在时域还是比较稀疏的,基本可以得出这样的结论:当前4G业务还是比5G业务要繁忙的。
针对3400MHz-3500MHz信号,设置中心频率为3450MHz、采样率为184.32MHz,得到的频谱图和时域波形如下所示
PSD: 5G NR @ 3450MHz
时域波形: 5G NR @ 3450MHz
其中频谱图中约3502MHz处的峰值并非实际信号,而是由于接收机的不理想因素导致的杂散信号,可忽略。
对比两个5G信号的时域波形图,可见其承载的业务量基本相当。