Этот пример показывает, как LTE Toolbox™ может использоваться, чтобы создать Узкополосную связь NB-IoT Физический Восходящий Разделяемый Канал (NPUSCH) Частота появления ошибочных блоков (BLER) симуляция в выборочном частотой исчезновении и Аддитивном белом гауссовом шуме (AWGN) с помощью LTE Toolbox™.
3GPP ввел новый воздушный интерфейс, Узкополосная IOT (NB-IOT), оптимизированная для низкой машины скорости передачи данных, вводят коммуникации, Усовершенствованные LTE Pro Релиз 13. NB-IoT предоставляет стоимость и улучшения эффективности степени, когда это избегает потребности в сигнализации комплекса, наверху требуемой для основанных на LTE систем.
Пример генерирует кривую BLER NB-IoT NPUSCH для многих точек ОСШ и параметров передачи. NPUSCH и узкополосный сигнал ссылки демодуляции (DM-RS) передаются во всех слотах. Работая со слотом основанием слота для каждой точки ОСШ, следующие шаги выполняются для вычисления BLER:
Сгенерирована сетка ресурса, заполненная с NPUSCH
Сеткой является затем SC-FDMA, модулируемый, чтобы создать основополосную форму волны
Эта форма волны затем передается через шумный исчезающий канал
Работа получателя (демодуляция SC-FDMA, оценка канала и коррекция) выполняется
Компенсируемые символы декодируются, чтобы получить блок CRC
Производительность NPUSCH определяется с помощью результата блока CRC при выводе декодера канала
Продолжительность симуляции является 5 транспортными блоками UL-SCH для многих точек ОСШ SNRdB
для различных повторений simReps
. Большее число транспортных блоков, numTrBlks
должен использоваться, чтобы привести к значимым результатам пропускной способности. SNRdB
и simReps
могут быть заданным как скаляром или числовым массивом.
numTrBlks = 5; % Number of simulated transport blocks SNRdB = [-20 -18 -15 -12.5 -10 -6.4 -3.5 0.7]; % Range of SNR values in dB simReps = [2 16 64]; % Repetitions to simulate
В этом разделе мы конфигурируем параметры, требуемые для генерации NPUSCH. Существует два типа полезной нагрузки, заданной для передачи NPUSCH, формат 1 ('Данные') и формат 2 ('Управление'). Для формата 1 UE использует комбинацию MCS (модуляция и схема кодирования) и присвоение ресурса, сообщенное через DCI, чтобы определить транспортный размер блока от набора, заданного в таблице 16.5.1.2-2 [3] TS 36.213. Для формата 2 NPUSCH несет ACK/NACK на 1 бит. В этом примере формат задан через параметр chs.NPUSCHFormat
и транспортная длина блока через параметр infoLen
. Параметры, используемые в этом примере, согласно A16-5 FRC, заданному в приложении A.16 [4] TS 36.104.
Операция HARQ NB-IoT имеет один или два процесса UL HARQ, и операция HARQ является асинхронной для NB-IoT UEs за исключением повторений в пакете. Операция Bundling полагается на сущность HARQ для вызова того же процесса HARQ для каждой передачи, которая является частью того же пакета. В пакете повторные передачи HARQ неадаптивны и инициированы, не ожидая обратной связи от предыдущих передач согласно повторениям. Восходящее предоставление, соответствующее новой передаче или повторной передаче пакета, только получено после последнего повторения пакета. Повторная передача пакета является также пакетом. Для получения дополнительной информации смотрите раздел TS 36.321 5.4.2 [5]. В этом примере не моделируются повторные передачи пакета.
ue = struct(); % Initialize the UE structure ue.NBULSubcarrierSpacing = '15kHz'; % 3.75kHz, 15kHz ue.NNCellID = 10; % Narrowband cell identity chs = struct(); chs.NPUSCHFormat = 'Data'; % NPUSCH payload type ('Data' or 'Control') % The number of subcarriers used for NPUSCH 'NscRU' depends on the NPUSCH % format and subcarrier spacing 'NBULSubcarrierSpacing' as shown in TS 36.211 % Table 10.1.2.3-1. There are 1,3,6 or 12 continuous subcarriers for NPUSCH chs.NBULSubcarrierSet = 0:11; % Range is 0-11 (15kHz); 0-47 (3.75kHz) chs.NRUsc = length(chs.NBULSubcarrierSet); % The symbol modulation depends on the NPUSCH format and NscRU as given by % TS 36.211 Table 10.1.3.2-1 chs.Modulation = 'QPSK'; chs.CyclicShift = 0; % Cyclic shift required when NRUsc = 3 or 6 chs.RNTI = 20; % RNTI value chs.NLayers = 1; % Number of layers chs.NRU = 1; % Number of resource units chs.SlotIdx = 0; % The slot index chs.NTurboDecIts = 5; % Number of turbo decoder iterations % RV offset signaled via DCI (See 36.213 16.5.1.2) rvDCI = 0; % Calculate the RVSeq used according to the RV offset rvSeq = [2*mod(rvDCI+0,2) 2*mod(rvDCI+1,2)]; if strcmpi(chs.NPUSCHFormat,'Data') infoLen = 136; % Transport block size for NPUSCH format 1 elseif strcmpi(chs.NPUSCHFormat,'Control') if ~strcmpi(chs.Modulation,'BPSK') error('For NPUSCH format 2 (Control), the modulation must be BPSK'); end infoLen = 1; % ACK/NACK bit for NPUSCH format 2 if length(chs.NBULSubcarrierSet) ~= 1 error('The number of subcarriers must be 1 for control information'); end end
Структура channel
содержит параметры конфигурации модели канала.
channel = struct; % Initialize channel config structure channel.Seed = 6; % Channel seed channel.NRxAnts = 2; % 2 receive antennas channel.DelayProfile ='ETU'; % Delay profile channel.DopplerFreq = 1; % Doppler frequency in Hz channel.MIMOCorrelation = 'Low'; % Multi-antenna correlation channel.NTerms = 16; % Oscillators used in fading model channel.ModelType = 'GMEDS'; % Rayleigh fading model type channel.InitPhase = 'Random'; % Random initial phases channel.NormalizePathGains = 'On'; % Normalize delay profile power channel.NormalizeTxAnts = 'On'; % Normalize for transmit antennas
В этом примере используется совершенное средство оценки канала, который возвращает канал, смоделированный функциями lteFadingChannel
и lteHSTChannel
. lteULPerfectChannelEstimate
обеспечивает совершенную оценку канала MIMO после модуляции OFDM. Это достигается путем установки канала на желаемую настройку и отправки набора известных символов через него для каждой антенны передачи в свою очередь.
Для сигналов DM-RS в формате 1 NPUSCH скачкообразное движение группы последовательности может быть включено или отключено более высоким слоем специфичный для ячейки параметр groupHoppingEnabled
. Группа последовательности, скачкообразно двигающаяся для конкретного UE, может быть отключена через более высокий параметр слоя groupHoppingDisabled
, как описано в Разделе TS 36.211 10.1.4.1.3 [1]. В этом примере мы используем параметр SeqGroupHopping
, чтобы включить или отключить скачкообразное движение группы последовательности
chs.SeqGroupHopping = true; % Enable/Disable Sequence-Group Hopping for UE chs.Deltass = 0; % Higher-layer parameter groupAssignmentNPUSCH % Get number of time slots in a resource unit NULSlots if strcmpi(chs.NPUSCHFormat,'Data') if strcmpi(ue.NBULSubcarrierSpacing,'3.75kHz') chs.NULSlots = 16; elseif strcmpi(ue.NBULSubcarrierSpacing,'15kHz') if chs.NRUsc == 12 chs.NULSlots = 2; elseif chs.NRUsc == 6 chs.NULSlots = 4; elseif chs.NRUsc == 3 chs.NULSlots = 8; elseif chs.NRUsc == 1 chs.NULSlots = 16; else error('Invalid number of subcarriers (%d), should be one of 1,3,6,12',chs.NRUsc); end else error('Invalid subcarrier spacing (%s), should be either 3.75kHz or 15kHz',ue.NBULSubcarrierSpacing); end elseif strcmpi(chs.NPUSCHFormat,'Control') chs.NULSlots = 4; else error('Invalid NPUSCH Format (%s), should be either Data or Control',chs.NPUSCHFormat); end
Эта часть примера показывает, как выполнить симуляцию уровня ссылки NB-IoT NPUSCH и результаты BLER графика для многих уровней повторения. Для передачи формата 1 NPUSCH для передачи данных UL случайный поток битов с размером желаемого транспортного блока является закодированным CRC, закодированное турбо и уровень, соответствующий, чтобы создать биты NPUSCH. Эти биты чередованы на модуль ресурса, чтобы применить время, сначала сопоставляющее, чтобы создать кодовую комбинацию. Для формата 2 NPUSCH, используемого для сигнализации об обратной связи HARQ для NPDSCH, транспортное кодирование канала состоит из битных повторений, чтобы сформировать кодовую комбинацию. Скремблирование, модуляция, отображение слоя и предварительное кодирование затем применяются к кодовой комбинации, чтобы сформировать комплексные символы NPUSCH. Символы NPUSCH и соответствующий DM-RS затем сопоставлены на сетке ресурса, и сеткой является SC-FDMA, модулируемый, чтобы сгенерировать форму волны области времени. Форма волны затем передается через исчезающий канал с AWGN. Полученная форма волны синхронизируется, и совершенная оценка канала вычисляется, который используется, чтобы выполнить коррекцию MMSE, чтобы восстановить переданную сетку. Символы NPUSCH затем извлечены, и демодуляция и декодирование канала выполняются, чтобы восстановить транспортный блок. После дескремблирования повторяющиеся слоты мягко объединены перед восстановлением уровня. Транспортная частота появления ошибочных блоков вычисляется для каждой точки ОСШ. Оценка частоты появления ошибочных блоков основана на предположении, что все слоты в пакете используются, чтобы декодировать транспортный блок в UE. Пакет задан в слое MAC (см. 3GPP TS 36.321 5.4.2.1 [3]), когда слоты NPUSCH.NRU
NPUSCH.NULSlots
NPUSCH.NRep
раньше несли транспортный блок.
% Get the slot grid and number of slots per frame if strcmpi(ue.NBULSubcarrierSpacing,'15kHz') slotGridSize = [12, 7]; NSlotsPerFrame = 20; % Slots 0...19 tSlot = 5e-4; else slotGridSize = [48, 7]; NSlotsPerFrame = 5; % Slots 0...4 tSlot = 0.02; end for repIdx = 1:numel(simReps) chs.NRep = simReps(repIdx); % Number of repetitions of the NPUSCH NSlotsPerBundle = chs.NRU*chs.NULSlots*chs.NRep; % Number of slots in a codeword bundle TotNSlots = numTrBlks*NSlotsPerBundle; % Total number of simulated slots % Initialize BLER and throughput result maxThroughput = zeros(length(SNRdB),1); simThroughput = zeros(length(SNRdB),1); bler = zeros(1,numel(SNRdB)); % Initialize BLER result % The temporary variables 'ue_init', 'chs_init' and 'channel_init' are used to create % the temporary variables 'ue', 'chs' and 'channel' within the SNR loop to create % independent simulation loops for the 'parfor' loop ue_init = ue; chs_init = chs; channel_init = channel; for snrIdx = 1:numel(SNRdB) % parfor snrIdx = 1:numel(SNRdB) % To enable the use of parallel computing for increased speed comment out % the 'for' statement above and uncomment the 'parfor' statement below. % This needs the Parallel Computing Toolbox (TM). If this is not installed % 'parfor' will default to the normal 'for' statement. % Set the random number generator seed depending on the loop variable % to ensure independent random streams rng(snrIdx,'combRecursive'); ue = ue_init; % Initialize ue configuration chs = chs_init; % Initialize chs configuration channel = channel_init; % Initialize fading channel configuration numBlkErrors = 0; % Number of transport blocks with errors dstateULSCH = []; % UL-SCH, need to be re-initialized for each trblk estate = []; % Initialize NPDSCH encoder state dstate = []; % Initialize NPDSCH decoder state trblk = []; % Initialize the transport block txgrid = []; % Full grid initialization statedmrs = []; % DM-RS state % Display the number of slots being generated fprintf('\nGenerating %d slots corresponding to %d transport block(s) at %gdB SNR\n',TotNSlots,numTrBlks,SNRdB(snrIdx)); for slotIdx = 0+(0:TotNSlots-1) % Calculate the frame number and slot number within the frame ue.NFrame = fix(slotIdx/NSlotsPerFrame); ue.NSlot = mod(slotIdx,NSlotsPerFrame); % Create the slot grid slotGrid = zeros(slotGridSize); if isempty(trblk) if strcmpi(chs.NPUSCHFormat,'Data') % UL-SCH encoding is performed for the two RV values used for % transmitting the codewords. The RV sequence used is determined % from the rvDCI value signaled in the DCI and alternates % between 0 and 2 as given in TS 36.213 Section 16.5.1.2 % Define the transport block which will be encoded to create the % codewords for different RV trblk = randi([0 1],infoLen,1); % Determine the coded transport block size [~, info] = hNPUSCHIndices(ue,chs); outblklen = info.G; % Create the codewords corresponding to the two RV values used % in the first and second block, this will be repeated till all % blocks are transmitted chs.RV = rvSeq(1); % RV for the first block cw = hNULSCH(chs,outblklen,trblk); % CRC and Turbo coding is repeated chs.RV = rvSeq(2); % RV for the second block cw = [cw hNULSCH(chs,outblklen,trblk)]; %#ok<AGROW> % CRC and Turbo coding is repeated else trblk = randi([0 1],1); % 1 bit ACK % For ACK, the same codeword is transmitted every block as % defined in TS 36.212 Section 6.3.3 cw = hNULSCH(trblk); end blockIdx = 0; % First block to be transmitted end % Set the RV used for the current transport block chs.RV = rvSeq(mod(blockIdx,size(rvSeq,2))+1); % NPUSCH encoding and mapping onto the slot grid [txsym, estate] = hNPUSCH(ue,chs,cw(:,mod(blockIdx,size(cw,2))+1),estate); slotGrid(hNPUSCHIndices(ue,chs)) = txsym; % NPUSCH DRS and mapping on to the slot grid [dmrs,statedmrs] = hNPUSCHDRS(ue,chs,statedmrs); slotGrid(hNPUSCHDRSIndices(ue,chs)) = dmrs; % If a full block is transmitted, increment the clock counter so that % the correct codeword can be selected if estate.EndOfBlk blockIdx = blockIdx + 1; end % Perform SC-FDMA modulation to create the time domain waveform [txWaveform,scfdmaInfo] = lteSCFDMAModulate(ue,chs,slotGrid); % Add 25 sample padding. This is to cover the range of delays % expected from channel modeling (a combination of % implementation delay and channel delay spread) txWaveform = [txWaveform; zeros(25, size(txWaveform,2))]; %#ok<AGROW> % Initialize channel time for each slot channel.InitTime = slotIdx*tSlot; % Pass data through channel model channel.SamplingRate = scfdmaInfo.SamplingRate; [rxWaveform,fadingInfo] = lteFadingChannel(channel, txWaveform); % Calculate noise gain SNR = 10^(SNRdB(snrIdx)/20); % Normalize noise power to take account of sampling rate, which is % a function of the IFFT size used in SC-FDMA modulation N0 = 1/(sqrt(2.0*double(scfdmaInfo.Nfft))*SNR); % Create additive white Gaussian noise noise = N0*complex(randn(size(rxWaveform)), ... randn(size(rxWaveform))); % Add AWGN to the received time domain waveform rxWaveform = rxWaveform + noise; %------------------------------------------------------------------ % Receiver %------------------------------------------------------------------ % Perform timing synchronization, extract the appropriate % subframe of the received waveform, and perform OFDM % demodulation offset = hPerfectTimingEstimate(fadingInfo); % Synchronize the received waveform rxWaveform = rxWaveform(1+offset:end, :); % Perform SC-FDMA demodulation on the received data to recreate the % resource grid rxSlot = lteSCFDMADemodulate(ue,chs,rxWaveform); % Perfect channel estimation ue.TotSlots = 1; % Channel estimate for 1 slot estChannelGrid = lteULPerfectChannelEstimate(ue,chs,channel, offset); noiseGrid = lteSCFDMADemodulate(ue,chs,noise(1+offset:end ,:)); noiseEst = var(noiseGrid(:)); % Get NPUSCH indices npuschIndices = hNPUSCHIndices(ue,chs); % Get NPUSCH resource elements from the received slot [rxNpdschSymbols, npdschHest] = lteExtractResources(npuschIndices, ... rxSlot, estChannelGrid); % Decode NPUSCH [rxcw,dstate,symbols] = hNPUSCHDecode(... ue, chs, rxNpdschSymbols, npdschHest, noiseEst,dstate); % Decode the transport block when all the slots in a block have % been received if dstate.EndOfBlk % Soft-combining at transport channel decoder [out, err, dstateULSCH] = hNULSCHDecode(chs,infoLen,rxcw,dstateULSCH); end % If all the slots in the bundle have been received, count the % errors and reinitialize for the next bundle if dstate.EndOfTx if strcmpi(chs.NPUSCHFormat,'Control') err = ~isequal(out,trblk); end numBlkErrors = numBlkErrors + err; % Re-initialize to enable the transmission of a new transport % block trblk = []; dstateULSCH = []; statedmrs = []; end end % Calculate the block error rate bler(snrIdx) = numBlkErrors/numTrBlks; fprintf('NPUSCH BLER = %.4f \n',bler(snrIdx)); % Calculate the maximum and simulated throughput maxThroughput(snrIdx) = infoLen*numTrBlks; % Max possible throughput simThroughput(snrIdx) = infoLen*(numTrBlks-numBlkErrors); % Simulated throughput fprintf('NPUSCH Throughput(%%) = %.4f %%\n',simThroughput(snrIdx)*100/maxThroughput(snrIdx)); end % Plot Block Error Rate vs SNR Results if repIdx == 1 figure; grid on; hold on; xlabel('SNR (dB)'); ylabel('BLER'); legendstr = {['NRep = ' num2str(chs_init.NRep)]}; else legendstr = [legendstr ['NRep = ' num2str(chs_init.NRep)]]; %#ok<AGROW> end plot(SNRdB, bler, '-o'); end % Set figure title title(sprintf(' NPUSCH Carrying %s: NRUsc = %d, NRU = %d, TBS = %d',... chs_init.NPUSCHFormat,chs_init.NRUsc,chs_init.NRU,infoLen)); legend(legendstr);
Generating 20 slots corresponding to 5 transport block(s) at -20dB SNR NPUSCH BLER = 1.0000 NPUSCH Throughput(%) = 0.0000 % Generating 20 slots corresponding to 5 transport block(s) at -18dB SNR NPUSCH BLER = 1.0000 NPUSCH Throughput(%) = 0.0000 % Generating 20 slots corresponding to 5 transport block(s) at -15dB SNR NPUSCH BLER = 1.0000 NPUSCH Throughput(%) = 0.0000 % Generating 20 slots corresponding to 5 transport block(s) at -12.5dB SNR NPUSCH BLER = 1.0000 NPUSCH Throughput(%) = 0.0000 % Generating 20 slots corresponding to 5 transport block(s) at -10dB SNR NPUSCH BLER = 1.0000 NPUSCH Throughput(%) = 0.0000 % Generating 20 slots corresponding to 5 transport block(s) at -6.4dB SNR NPUSCH BLER = 0.4000 NPUSCH Throughput(%) = 60.0000 % Generating 20 slots corresponding to 5 transport block(s) at -3.5dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 20 slots corresponding to 5 transport block(s) at 0.7dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 160 slots corresponding to 5 transport block(s) at -20dB SNR NPUSCH BLER = 1.0000 NPUSCH Throughput(%) = 0.0000 % Generating 160 slots corresponding to 5 transport block(s) at -18dB SNR NPUSCH BLER = 1.0000 NPUSCH Throughput(%) = 0.0000 % Generating 160 slots corresponding to 5 transport block(s) at -15dB SNR NPUSCH BLER = 0.6000 NPUSCH Throughput(%) = 40.0000 % Generating 160 slots corresponding to 5 transport block(s) at -12.5dB SNR NPUSCH BLER = 0.2000 NPUSCH Throughput(%) = 80.0000 % Generating 160 slots corresponding to 5 transport block(s) at -10dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 160 slots corresponding to 5 transport block(s) at -6.4dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 160 slots corresponding to 5 transport block(s) at -3.5dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 160 slots corresponding to 5 transport block(s) at 0.7dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 640 slots corresponding to 5 transport block(s) at -20dB SNR NPUSCH BLER = 1.0000 NPUSCH Throughput(%) = 0.0000 % Generating 640 slots corresponding to 5 transport block(s) at -18dB SNR NPUSCH BLER = 0.6000 NPUSCH Throughput(%) = 40.0000 % Generating 640 slots corresponding to 5 transport block(s) at -15dB SNR NPUSCH BLER = 0.2000 NPUSCH Throughput(%) = 80.0000 % Generating 640 slots corresponding to 5 transport block(s) at -12.5dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 640 slots corresponding to 5 transport block(s) at -10dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 640 slots corresponding to 5 transport block(s) at -6.4dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 640 slots corresponding to 5 transport block(s) at -3.5dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 % Generating 640 slots corresponding to 5 transport block(s) at 0.7dB SNR NPUSCH BLER = 0.0000 NPUSCH Throughput(%) = 100.0000 %
Большее число транспортных блоков, numTrBlks
должен использоваться, чтобы привести к значимым результатам пропускной способности. Следующий график показывает симуляцию, запущенную с набором numTrBlks
к 5 000 для различных повторений.
3GPP TS 36.211 "Физические каналы и модуляция"
3GPP TS 36.212 "Мультиплексирование и кодирование канала"
3GPP TS 36.213 "Процедуры физического уровня"
3GPP TS 36.104 "Передача радио базовой станции (BS) и прием"
3GPP TS 36.321 "Среднее управление доступом (MAC); спецификация Протокола"
3GPP TS 36.331 "Радио-управление ресурсами (RRC); спецификация Протокола"
3GPP TS 36.300 "Полное описание; Этап 2 дюйма
О. Либерг, М. Зундберг, Y.-P. Ван, Дж. Бергман и Дж. Сакс, сотовый Интернет вещей: технологии, стандарты и производительность, Elsevier, 2018.
Следующие локальные функции используются в этом примере:
hNPUSCHIndices
: индексы NPUSCH для слота
hNULSCH
: Узкополосный транспортный канал UL-SCH кодирует
hNPUSCH
: NPUSCH кодируют
hNPUSCHDRS
: сигналы NPUSCH DM-RS
hNPUSCHDRSIndices
: индексы сигнала NPUSCH DM-RS
hNPUSCHDecode
: NPUSCH декодируют
hNULSCHDecode
: Узкополосный транспортный канал UL-SCH декодирует
hPerfectTimingEstimate
: Совершенная синхронизация сместила вычисление