前面我們通過文章《5G|5G無線接入》了解了移動通信技術(shù)的演進過程，知道了5G通過新空口(New Radio,NR)進行無線接入，同時對5G標準的制定、5G頻譜使用范圍和5G商用情況有了一定的了解。接下來，我們一起學習5G NR物理層，了解無線協(xié)議架構(gòu)、5GNR物理層的關(guān)鍵技術(shù)、物理時頻資源、物理信道、物理信號、雙工機制、幀結(jié)構(gòu)、物理層面臨的挑戰(zhàn)等。

與任何無線技術(shù)一樣，物理層是5G NR的核心基礎(chǔ),也是整個通信系統(tǒng)的最底層，硬件實現(xiàn)難度大。除了信道編解碼和基帶信號處理外，大規(guī)模天線技術(shù)和毫米波技術(shù)，成為了物理層實現(xiàn)的巨大挑戰(zhàn)。

內(nèi)容較長，耐心看完。

01

5G NR無線協(xié)議架構(gòu)

在3GPP術(shù)語中，基站是邏輯的無線接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的實現(xiàn)。在3G 和4G 中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分別是指Node B（NB）和演進的Node B（eNB）。5G NR無線接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被3GPP命名為下一代Node B（gNB）。

確保空口數(shù)傳的可靠性和安全性是空口協(xié)議棧存在的價值，空口協(xié)議棧呈現(xiàn)三層兩面的架構(gòu)。NR的無線協(xié)議架構(gòu)可以分為控制平面架構(gòu)和用戶平面架構(gòu)。用戶平面遞交用戶數(shù)據(jù)，而控制平面主要負責連接建立、移動性和安全。NR 協(xié)議棧如圖所示。

NR 協(xié)議棧

協(xié)議分為物理（PHYsical，PHY）層、媒體接入控制（Medium Access Control，MAC）層、無線鏈路控制（Radio Link Control，RLC）層、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）層和服務(wù)數(shù)據(jù)調(diào)整協(xié)議（Service Data Adaptation Protocol，SDAP）層。

那么，各層的主要功能是什么，相互之間有何關(guān)系呢？我們以用戶面為例，逐一了解。用戶面協(xié)議棧如下圖所示。

用戶面協(xié)議棧

SDAP層：處理服務(wù)質(zhì)量（QoS）流和無線承載之間的映射。根據(jù)無線承載的QoS要求將IP數(shù)據(jù)包映射到無線承載。

PDCP層：主要負責IP頭壓縮/解壓縮、重排序和重復檢測、加密/解密和完整性保護。頭壓縮機制可以減少空口傳輸?shù)谋忍財?shù)。加密功能主要是保護用戶不被竊聽以及確保消息的完整性。重排序和重復檢測機制允許數(shù)據(jù)單元按序遞交并刪除重復的數(shù)據(jù)單元。

RLC層：主要通過自動重傳請求（Automatic Repeat Request，ARQ）機制進行糾錯、（壓縮了報頭的）IP數(shù)據(jù)包的分段/重新分段，以及將數(shù)據(jù)單元按序遞交到高層。

MAC層：主要負責通過混合ARQ（Hybrid ARQ，HARQ）機制進行糾錯以及上行和下行的調(diào)度。調(diào)度器控制用于傳輸?shù)纳闲泻拖滦形锢頃r頻資源的分配。當采用載波聚合時，MAC層也需要處理跨多個分量載波的數(shù)據(jù)復用。

PHY層：處理編碼/解碼、調(diào)制/解調(diào)、多天線處理以及將信號映射到物理時頻資源上。

控制平面主要負責針對連接建立、移動性和安全的控制信令?？刂菩帕顏碜院诵木W(wǎng)或gNB的無線資源控制（Radio Resource Control，RRC）層。RRC層提供的主要服務(wù)包括系統(tǒng)信息廣播、尋呼消息發(fā)送、安全管理（包括密鑰管理）、切換、小區(qū)選擇/重選、QoS管理以及無線鏈路失敗的檢測和恢復。與用戶平面相同，RRC消息都是通過PDCP、RLC、MAC和PHY層進行發(fā)送。

5G和4G協(xié)議棧有何異同，下面做了一個對比：

要想深入理解協(xié)議棧，就去看5G協(xié)議吧。

根據(jù)協(xié)議棧圖示，我們通常有層一（L1）、層二（L2）和層三（L3）的說法。對于無線通信協(xié)議工程師來說，L2和L3是他們需要進行開發(fā)的；對于FPGA工程師而言，重點在于L1的硬件實現(xiàn)。

5G NR系列，我們將重點放在物理層，干最累的活，掙最辛苦的錢。

NR物理層都有哪些關(guān)鍵技術(shù)，我們一起來看看。

02

物理層關(guān)鍵技術(shù)

NR物理層的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個方面：調(diào)制、波形、多天線傳輸和信道編碼。下面我們對關(guān)鍵技術(shù)做簡要概述。

2.1 調(diào)制

關(guān)于調(diào)制的概念，我們在《信號與系統(tǒng)》、《通信原理》、《高頻電路》等課程中都有學習。信號調(diào)制是使一種波形的某些特性按另一種波形或信號而變化的過程或處理方法。在無線電通信中，利用電磁波作為信息的載體。通信系統(tǒng)中發(fā)送端的原始電信號通常具有頻率很低的頻譜分量，一般不適宜直接在信道中進行傳輸。因此，通常需要將原始信號變換成頻帶適合信道傳輸?shù)母哳l信號，這一過程被稱為調(diào)制。

調(diào)制可以形象地理解為：一個小伙子（原始電信號）為了到達遠方去參加某個學術(shù)會議，從成都（發(fā)射端）乘上了飛機（高頻載波），穿梭在大好河山或藍天白云間（無線信道），經(jīng)過一段時間后（傳輸延時），最后到達北京（接收端），成功見到了各領(lǐng)域?qū)W術(shù)大咖和技術(shù)專家。

好了，話說回來，我們看看5G NR中的調(diào)制。同LTE一樣，NR上行和下行都支持正交相移鍵控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）、16階正交幅度調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）、64 QAM和256 QAM調(diào)制方式。另外，上行還支持Π/2-BPSK以進一步降低峰均比，從而在數(shù)據(jù)速率比較低的時候提高功放效率，這一特性對mMTC業(yè)務(wù)非常重要。因為NR支持的應(yīng)用場景非常廣泛，很可能所支持的調(diào)制方式在未來還需要進一步擴展。

與LTE相比，5G的調(diào)制方案中，調(diào)制階數(shù)可達8階。階數(shù)越高，對于解調(diào)的要求也就越高。誤差向量幅度（EVM）是衡量信號質(zhì)量的重要指標，峰均比（PAPR）則會影響功率器件的非線性效應(yīng)。我們通常希望PAPR和EVM在保證信號功率適當?shù)那疤嵯拢M可能小。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，信道編碼和調(diào)制技術(shù)也在不斷演進。

2.2波形

在至少高達52.6 GHz的頻率范圍內(nèi)，NR上行和下行都采用了循環(huán)前綴OFDM（Cyclic Prefix OFDM，CP-OFDM）。我們知道，5G NR的頻率可達100GHz，即可使用太赫茲頻段。與LTE相比較，CP-OFDM只用于LTE的下行傳輸，而上行傳輸則采用了DFT擴展OFDM（DFT-Spread OFDM，DFTS-OFDM）。上下行采用相同的波形會簡化整體設(shè)計，尤其對無線回傳以及設(shè)備對設(shè)備（Device-to-Device，D2D）通信而言。

NR具有可擴展的OFDM參數(shù)集來滿足在寬廣的頻率范圍內(nèi)的多種服務(wù)需求。子載波間隔可擴展，定義為15×2^n kHz，其中n為整數(shù)，而15kHz是LTE所用的子載波間隔。在3GPP R15中定義了4種子載波間隔：15 kHz、30 kHz、60 kHz和120 kHz（即n = 1,2,3,4），而且和LTE一樣CP開銷都為7%。對于所有的參數(shù)集，激活子載波的數(shù)量是3300。對于3300個激活子載波，下表給出了不同參數(shù)集對應(yīng)的最大帶寬?？梢酝ㄟ^載波聚合的方式支持更大的信道帶寬。在R15中，最多可以支持16個分量載波，其中每個分量載波最多可以有3300個激活子載波。在LTE中，20M帶寬的激活子載波數(shù)為1200。

OFDM信號的頻譜在傳輸帶寬之外衰減很慢。為了滿足帶外發(fā)射要求，LTE的頻譜利用率為90%。對于NR，頻譜利用率可以達到94%～99%。加窗和濾波操作是在頻域中限制OFDM信號的可行方式。后面我們會學習關(guān)于加窗的OFDM（W-OFDM）和通用濾波的OFDM（UF-OFDM）。

2.3多天線

在4G時代，我們已經(jīng)在使用多天線技術(shù)了。比如，在我們的手機中，一般就有LTE四天線，WIFI兩天線等。對于5G NR而言，多天線技術(shù)同樣十分重要。在低頻段，LTE后期版本中多天線技術(shù)主要用于功能增強。受永無止境的數(shù)據(jù)速率增長和在擁擠的頻譜中追求更高容量等需求的驅(qū)動，這些增強主要用來提高頻譜效率。有源陣列天線技術(shù)的發(fā)展使得用數(shù)字控制大量天線單元成為可能，這有時也稱為大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)。這種技術(shù)可以在多天線處理中實現(xiàn)更高的空間解析度，提供更高的頻譜效率。

massive MIMO是多天線技術(shù)演進的高端形態(tài)，是5G網(wǎng)絡(luò)提升速率、降低網(wǎng)絡(luò)干擾的一項關(guān)鍵技術(shù)。

我們知道，對于空間的電磁波而言，頻率越高，波長越短，傳輸損耗越大，穿透力受限，從而影響信號的覆蓋范圍。5G 引入了高頻段頻率，雖然可以提高傳輸速率，但是信號傳輸?shù)木嚯x不足。美國在5G發(fā)展技術(shù)路線上，就是前期主推高頻段的毫米波應(yīng)用于5G通信，而低頻段被美國軍方持有（最近的消息是，美國為了發(fā)展5G，美國防部考慮開放低頻段給民用）。

對于高頻，不僅僅是獲得很高的頻譜效率，主要的挑戰(zhàn)是覆蓋。這樣做的原因是，當使用傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)時，高頻信號的傳輸損耗相當高，而毫米波頻譜中有大量的可用帶寬。為了克服更高的傳輸損耗并提供足夠的覆蓋，波束賦形就發(fā)揮了作用，特別是在視距（Line of Sight，LoS）條件下，在gNB和UE中都可能會使用波束賦形。

說到這里，人眼視距根據(jù)個人情況而定，有的可能是千里眼，有的可能5米外男女不分。還有一種超視距，你猜拿來干嘛？感興趣的同學，可以繼續(xù)深入下去。

在當前的硬件技術(shù)下，預(yù)期在毫米波頻率下將普遍使用模擬波束賦形。因此，NR開發(fā)了在gNB和UE中支持模擬波束賦形的過程。后面，我們將更為詳細地討論多天線技術(shù)。

2.4信道編碼

NR將低密度奇偶校驗（Low Density Parity Check，LDPC）碼用于移動寬帶（Mobile BroadBand，MBB）的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，并且采用極化(polar)碼用于傳輸控制信令。

從實現(xiàn)角度來看，LDPC碼更具吸引力，特別是在數(shù)據(jù)速率為每秒數(shù)千兆比特時。與其他無線技術(shù)中采用的LDPC碼不同，用于NR的LDPC碼使用速率兼容的結(jié)構(gòu)，從而允許以不同的碼率進行傳輸并且使用增量冗余進行HARQ操作。

關(guān)于5G信道編碼方案的投票事件，應(yīng)該也有所耳聞，這里就不說了。與其坐而“聯(lián)想”，不如奮起“華為”。

與數(shù)據(jù)傳輸相比，物理層控制信令的信息塊較小，并且不使用HARQ傳輸，因此NR采用了極化碼。通過極化碼連接一個外碼（outer code），并通過執(zhí)行串行抵消列表解碼（successive cancellation list decoding），可在較短的碼塊長度上實現(xiàn)良好的性能。而對于最小的控制凈荷，則使用Reed-Muller碼。

在5G R15版本中，對于傳輸信道和控制信息的編碼方案，如下表所示。

傳輸信道	編碼方案
UL-SCH	LDPC碼
DL-SCH
PCH
BCH	polar碼

控制信息	編碼方案
DCI	polar碼
UCI	分組碼
	polar碼

03

物理時頻資源

在LTE、5G等通信標準中，物理時頻資源對應(yīng)于OFDM符號和OFDM符號內(nèi)的子載波。最小的時頻資源指OFDM符號內(nèi)的一個子載波，被稱為一個資源單元（resource element）。傳輸是以12個子載波為一組進行調(diào)度，子載波組稱為物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）。NR的時頻結(jié)構(gòu)示例，如下圖所示。橫坐標為時域（OFDM符號），縱坐標為頻域（OFDM子載波）。

在時域中，無線傳輸通過無線幀（radio frame）、子幀（subframe）、時隙（slot）和微時隙（mini-slot）來進行。NR 幀結(jié)構(gòu)如下圖所示，每個無線幀的長度為10 ms，包含10個子幀，每個子幀的長度為1 ms。

一個子幀由一個或者多個相鄰的時隙組成，每個時隙含14個相鄰的OFDM符號。一個微時隙，理論上可以短至一個OFDM符號，在R 15中，微時隙的長度限制為2、4和7個OFDM符號。一個時隙／微時隙的長度和所選參數(shù)集（子載波間隔）成比例，因為OFDM符號的長度和其對應(yīng)的子載波間隔成反比。

物理層使用時頻資源進行傳輸。和LTE一樣，NR中的時頻資源（資源單元）代表了物理信道或者物理信號。在3GPP術(shù)語中，物理信道對應(yīng)于承載高層信息的一組資源單元，而物理信號對應(yīng)于不承載高層信息的一組資源單元（用于物理層）。

有的同學可能已經(jīng)蒙圈了，什么是物理信道，什么又是物理信號？下面我們分別來講一講著兩個術(shù)語。

04

物理信道

定義：承載高層（在物理層之上的各層）信息的時頻資源被稱為物理信道。

我們可以結(jié)合上面的時頻資源來理解，相當于高層給傳輸數(shù)據(jù)和控制信息分配的一條通道。由于通過高頻載波進行信號傳輸，因此，我們需要給所傳輸?shù)姆柗峙鋵?yīng)的頻率。我們可以在某一時刻，將某一個OFDM符號在12個子載波帶寬上同時傳輸，而在下一個時刻，我們接著在同樣的12個子載波帶寬上傳輸接著的符號。不同的符號，可能攜帶著不同的信息。就好比在高速公路上，有12車道，在同一個觀察點，在不同時刻，并行行駛的車輛有所不同。

在通信中，物理信號可以分為上行和下行兩種：

物理下行共享信道（Physical Downlink Shared CHannel，PDSCH），用于下行數(shù)據(jù)傳輸。

物理下行控制信道（Physical Downlink Control CHannel，PDCCH），用于下行控制信息傳輸，下行控制信息包括：接收下行數(shù)據(jù)（PDSCH）所需的調(diào)度決策以及允許UE傳輸上行數(shù)據(jù)（PUSCH）的調(diào)度授權(quán)。

物理廣播信道（Physical Broadcast CHannel，PBCH），用于UE接入網(wǎng)絡(luò)所需的系統(tǒng)信息廣播。

物理上行共享信道（Physical Uplink Shared CHannel，PUSCH），用于（UE進行）上行數(shù)據(jù)傳輸。

物理上行控制信道（Physical Uplink Control CHannel，PUCCH），用于傳輸上行控制信息，上行控制信息包括：HARQ反饋確認（指示下行傳輸是否成功）、調(diào)度請求（向網(wǎng)絡(luò)請求用于上行傳輸?shù)臅r頻資源），以及用于鏈路自適應(yīng)的下行信道狀態(tài)信息。

物理隨機接入信道（Physical Random Access CHannel，PRACH），被UE用來請求建立連接，稱為隨機接入。

這里，我們有必要簡單說一下，什么是上行信道，什么是下行信道。

在通信里面，上下行一般針對基站和用戶終端而言。從基站到用戶終端（比如你手里的手機）這條通道，我們叫它下行信道；而從用戶終端到基站這條通道，我們叫它上行信道。

是不是很簡單。那么對于設(shè)備到設(shè)備（D2D）互相通信，你說，上行和下行怎么區(qū)分？

接下來，我們講講什么是物理信號。

05

物理信號

定義：由PHY層使用但不承載來自高層（即物理層之上的各層）信息的時頻資源，被稱為物理信號。

物理信號是用于不同目的的參考信號，例如解調(diào)、信道估計、同步和信道狀態(tài)信息。上下行鏈路中有不同的物理信號。

下行物理信號包括：

• 解調(diào)參考信號（DM-RS）

• 相位跟蹤參考信號（PT-RS）

• 信道狀態(tài)信息參考信號（CSI-RS）

• 主同步信號（PSS）

• 輔同步信號（SSS）

上行物理信號包括：

• 解調(diào)參考信號（DM-RS）

• 相位跟蹤參考信號（PT-RS）

• 探測參考信號（SRS）

我們簡要討論四個主要的參考信號：DM-RS、PT-RS、CSI-RS和SRS。

DM-RS用于估計解調(diào)的無線信道。DM-RS是UE特定的，可以進行波束賦形傳輸，僅針對調(diào)度資源，并且僅在必要時傳輸，包括下行鏈路和上行鏈路。DM-RS的設(shè)計考慮了提前解碼的要求，以支持低時延的應(yīng)用。對于低速場景，在時域上使用低密度DM-RS。對于高速場景，在時域上增加DM-RS的密度以跟蹤無線信道的快速變化。DM-RS具有衡包絡(luò)特征，可用于接收機粗同步和無線信道估計。

NR中引入PT-RS以補償振蕩器相位噪聲。通常，相位噪聲隨振蕩器載波頻率的升高而增加。因此可以在高頻（例如毫米波）使用PT-RS以抑制相位噪聲。OFDM信號中的相位噪聲引起的主要衰減之一是對所有子載波造成相同的相位旋轉(zhuǎn)，稱為公共相位誤差。

CSI-RS是下行參考信號，主要用于獲取CSI、波束管理、時間/頻率跟蹤和上行功率控制。它的設(shè)計非常靈活，以支持多樣化的用例。用于獲取CSI的CSI-RS用于確定信道的CSI參數(shù)，如用于鏈路自適應(yīng)和確定預(yù)編碼器的信道質(zhì)量指示（Channel Quality Indicator，CQI）、秩指示（Rank Indicator，RI）以及預(yù)編碼矩陣指示（Precoding Matrix Indicator，PMI）。

在上行鏈路中發(fā)送SRS來進行CSI測量，主要用于調(diào)度和鏈路自適應(yīng)。在NR中，SRS也將用于基于互易性的大規(guī)模MIMO預(yù)編碼器設(shè)計和上行波束管理。SRS采用模塊化和靈活的設(shè)計以支持不同的過程和UE能力。

06

雙工機制

與LTE一樣，NR支持TDD和FDD傳輸。雙工機制通常取決于頻譜分配。在較低頻率，頻譜分配大多是對稱的，這意味著選擇FDD傳輸。在較高頻率下，頻譜分配通常是不對稱的，這意味著需要選擇TDD傳輸。此外，NR支持動態(tài)TDD，上行和下行分配隨時間動態(tài)改變。

此外，5G 還提出了靈活雙工機制。首先我們來看看全雙工和靈活雙工的圖示。

全雙工

靈活雙工

6.1 全雙工技術(shù)

時分雙工：上下行鏈路同頻，分時。即：上下行鏈路使用同一頻段，但是上行和下行在不同時刻進行。

分頻雙工：上下行鏈路同時，分頻。即：上下行鏈路同時工作，但使用不同的頻段。

全雙工：上下行鏈路同頻，同時。這應(yīng)該才是真正意義上的全雙工，不過，似乎實現(xiàn)難度較大，仰仗各位大佬了。

6.2 靈活雙工技術(shù)

基本原理：隨著在線視頻業(yè)務(wù)的增加，以及社交網(wǎng)絡(luò)的推廣，未來移動流量呈現(xiàn)出多變特性：上下行業(yè)務(wù)需求隨時間、地點而變化等，目前通信系統(tǒng)采用相對固定的頻譜資源分配將無法滿足不同小區(qū)變化的業(yè)務(wù)需求。靈活雙工能夠根據(jù)上下行業(yè)務(wù)變化情況動態(tài)分配上下行資源，有效提高系統(tǒng)資源利用率。

靈活雙工技術(shù)主要應(yīng)用于低功率節(jié)點的小基站和低功率的中繼節(jié)點。

想想為什么不用在宏基站呢？

07

物理層的挑戰(zhàn)

5G NR是第一個工作在毫米波頻率的蜂窩技術(shù)，支持GHz級別的帶寬，并使用大規(guī)模天線。這些方面給NR物理層帶來了許多挑戰(zhàn)，主要原因是對無線電波在毫米波的傳播特性以及硬件損傷（在基站和終端處）都缺乏了解。要實現(xiàn)高性能的NR，準確理解無線傳播和硬件損傷的特性非常重要。

7.1 無線傳播挑戰(zhàn)

因為天線孔徑與波長的平方成正比，因此對采用固定天線方向圖的接收天線，當頻率升高時，天線的傳輸損耗隨著頻率的平方而增加。隨著頻率升高穿透損耗會大幅增加，對于室外到室內(nèi)的場景將面臨挑戰(zhàn)。使用波束賦形和窄波束傳輸?shù)牧硪粋€影響是，由于波束的突然阻擋而造成的信道的動態(tài)變化會更大也更快。由于高頻覆蓋距離短，這也是毫米波不太被看好的原因之一，當然，在高流量短距離聚集場合（如體育館、廣場、大型會議等），可實現(xiàn)高速大容量通信。

NR的主要挑戰(zhàn)是，與在較低頻率使用的傳統(tǒng)技術(shù)效果相比，新型多天線技術(shù)在多大程度上可以補償在較高頻率下的性能損失甚至獲得增益。

目前，針對毫米波應(yīng)用研究，美帝和韓國棒子處于前沿（前面提到，美帝在5G上，一開始就押寶在高頻段的毫米波），我們國家也正在開展相關(guān)試驗研究，部分毫米波技術(shù)開始商用。

7.2 硬件挑戰(zhàn)

射頻功率放大器（Power Amplifier，PA）作為無線收發(fā)機前端的重要構(gòu)建模塊之一，一直是主要的耗電模塊。工作在密集和高度集成的天線陣列中，除非有足夠的隔離，否則PA性能可能受到相互耦合的影響。

射頻振蕩器是模擬前端的另一個非理想源，尤其是工作于毫米波波段時，更成為一個限制因素。射頻振蕩器在非常高的頻率下更難保持穩(wěn)定的振蕩，因為隨著損耗的增加諧振回路的品質(zhì)因數(shù)會降低，并且由于受限于晶體管技術(shù)的基本限制而無法產(chǎn)生功率。因此，隨著相位噪聲增加，相干傳輸可能變得越來越困難。

由于先進的信號處理硬件和算法可以補償一些更突出的損傷問題，因此數(shù)字轉(zhuǎn)換器，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Digital-to-Analog Converter，DAC）是連接模擬域和數(shù)字域的關(guān)鍵組件。不幸的是，因為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是混合信號器件，通常需要線性晶體管技術(shù)，因此并不遵循摩爾定律，不具有相同的比例效應(yīng)。在這種情況下，縮小幾何尺寸以增加可用的處理速度未必是一個好的選擇，因為這樣使得晶體管更像開關(guān)一樣工作。

此外，使用大規(guī)模MIMO，可能會降低有效分辨率，這將造成越來越多的量化噪聲，如果不加以抑制，可能會在很大程度上破壞信號。為了評估粗略量化的影響，我們可以基于確定性行為模型或隨機過程的進行建模。

為了便于硬件實現(xiàn)，我們先通過MATLAB數(shù)學工具來評估無線器件隨時間/頻率和空間變化的非理想行為。具體來說，這是因為這些模型可作為高級補償技術(shù)（如數(shù)字預(yù)失真（Digital Pre-Distortion，DPD）或相位噪聲跟蹤）的基礎(chǔ)。然而，在實際通信系統(tǒng)中極為復雜，射頻器件對信號損傷影響極大，一些信道模型可能并不適用。