Введение

Этот пример конфигурирует два пользовательских оборудования (UE) для передачи сигнала формата 1 физического канала управления восходящей линии связи (PUCCH) от первого UE и сигнала формата 2 PUCCH от второго UE. Также генерируются соответствующие опорные сигналы демодуляции (DRS). Передаваемые сигналы проходят через два различных канала замирания и суммируются вместе с аддитивным белым гауссовым шумом (AWGN), имитируя прием сигналов от двух UE в eNireB. Каждый сигнал (т.е. сигнал, принадлежащий каждому UE) затем синхронизируется, SC-FDMA демодулируется, выравнивается, PUCCH демодулируется и затем окончательно декодируется. Создается график, показывающий, что каналы могут оцениваться независимо для двух различных сигналов, даже если они совместно используют одни и те же физические элементы ресурсов (RE).

Конфигурация UE 1

Первый UE конфигурируется с использованием структуры ue1.

ue1.NULRB = 6;                  % Number of resource blocks
ue1.NSubframe = 0;              % Subframe number
ue1.NCellID = 10;               % Physical layer cell identity
ue1.RNTI = 61;                  % Radio network temporary identifier
ue1.CyclicPrefixUL = 'Normal';  % Cyclic prefix
ue1.Hopping = 'Off';            % Frequency hopping
ue1.Shortened = 0;              % Reserve last symbols for SRS transmission
ue1.NTxAnts = 1;                % Number of transmit antennas

Конфигурация UE 2

Аналогично, структура конфигурации используется для конфигурирования второго UE, ue2. Эта структура идентична конфигурации ue1 за двумя исключениями:

ue2.NULRB = 6;                  % Number of resource blocks    
ue2.NSubframe = 0;              % Subframe number
ue2.NCellID = 10;               % Physical layer cell identity
ue2.RNTI = 77;                  % Radio network temporary identifier   
ue2.CyclicPrefixUL = 'Normal';  % Cyclic prefix
ue2.Hopping = 'Off';            % Frequency hopping
ue2.NTxAnts = 1;                % Number of transmit antennas

Конфигурирование PUCCH 1

Для первого UE используется PUCCH формата 1, так что соответствующая структура конфигурации pucch1 создается. Параметр CyclicShifts определяет количество циклических сдвигов, используемых форматом 1 PUCCH в блоках ресурсов, где должна передаваться смесь формата 1 PUCCH и формата 2 PUCCH. Параметр ResourceSize определяет размер ресурсов, используемых форматом 2 PUCCH, эффективно определяя начальную позицию передач формата 1 PUCCH; здесь мы указываем ResourceIdx=0 который будет использовать первый ресурс формата 1 PUCCH.

pucch1.ResourceIdx = 0;   % PUCCH resource index
pucch1.DeltaShift = 1;    % Delta shift
pucch1.CyclicShifts = 1;  % Number of cyclic shifts
pucch1.ResourceSize = 0;  % Size of resources allocated to PUCCH Format 2

Конфигурирование PUCCH 2

Для второго UE используется PUCCH формата 2, так что соответствующая структура конфигурации pucch2 создается. Значения параметров CyclicShifts и ResourceSize те же, что и в конфигурации формата 1 PUCCH. Значение ResourceIdx имеет значение первого ресурса формата 2 PUCCH, что означает, что физические блоки ресурсов, сконфигурированные для формата 1 PUCCH и формата 2 PUCCH, будут одинаковыми.

pucch2.ResourceIdx = 0;   % PUCCH resource index
pucch2.CyclicShifts = 1;  % Number of cyclic shifts
pucch2.ResourceSize = 0;  % Size of resources allocated to PUCCH Format 2

Конфигурация модели распространения каналов

Канал распространения, через который будут передавать два UE, конфигурируется с использованием структуры channel. Частота дискретизации канала сконфигурирована так, чтобы соответствовать частоте дискретизации на выходе первого UE; следует отметить, что на выходе второго UE используется одинаковая частота дискретизации, поскольку ue1.NULRB и ue2.NULRB одинаковые. При использовании этой конфигурации канала для каждого UE, Seed параметр структуры устанавливается по-разному для каждого UE, так что в результате возникают различные условия распространения.

channel.NRxAnts = 4;                % Number of receive antennas       
channel.DelayProfile = 'ETU';       % Delay profile
channel.DopplerFreq = 300.0;        % Doppler frequency   
channel.MIMOCorrelation = 'Low';    % MIMO correlation
channel.InitTime = 0.0;             % Initialization time
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

% Set sampling rate
info = lteSCFDMAInfo(ue1);
channel.SamplingRate = info.SamplingRate;

Конфигурация шума

SNR задается $$\mathrm{SNR}{=}_{}{}_{\mathrm{}}$$Es/N0, $${\mathrm{где}}_{}$$Es - энергия интересующего сигнала, $${а}_{\mathrm{}}$$N0 - мощность шума. Мощность добавляемого шума может быть определена так, $${\mathrm{чтобы}}_{}$$Es $${и}_{\mathrm{}}$$N0 нормализовались после демодуляции SC-FDMA для достижения требуемого SNR.SNRdB. Шум, добавленный перед демодуляцией SC-FDMA, будет усилен IFFT. Усиление представляет собой квадратный корень размера IFFT. В этом моделировании это принимается во внимание делением требуемой мощности шума на эту величину. Кроме того, поскольку действительная и мнимая части шума создаются отдельно перед объединением в сложный аддитивный белый гауссов шум, амплитуда шума должна быть масштабирована на $$\mathrm{}\sqrt{\mathrm{1/2}}$$, так что генерируемая мощность шума равна 1.

SNRdB = 21.0;

% Normalize noise power
SNR = 10^(SNRdB/20);
N = 1/(SNR*sqrt(double(info.Nfft)))/sqrt(2.0);

% Configure random number generators
rng('default');

Конфигурация оценки канала

Блок оценки канала конфигурируется с использованием структуры cec. Здесь будет использоваться кубическая интерполяция с окном усреднения 12 на 1 RE. Это конфигурирует блок оценки канала для использования специального режима, который обеспечивает возможность сжатия и ортогонализации различных перекрывающихся передач PUCCH.

cec = struct;                     % Channel estimation config structure
cec.PilotAverage = 'UserDefined'; % Type of pilot averaging
cec.FreqWindow = 12;              % Frequency averaging window in REs (special mode)
cec.TimeWindow = 1;               % Time averaging window in REs (Special mode)     
cec.InterpType = 'cubic';         % Cubic interpolation

Поколение формата 1 PUCCH

Теперь вся необходимая конфигурация завершена, формат 1 PUCCH и его DRS генерируются. Формат 1 PUCCH переносит индикаторы HARQ hi1 и в этом случае имеется 2 индикатора, что означает, что передача будет иметь формат 1b. DRS формата 1 PUCCH не несет данных.

% PUCCH 1 modulation/coding
hi1 = [0; 1];  % Create HARQ indicators
disp('hi1:');

hi1:

disp(hi1.');

     0     1

pucch1Sym = ltePUCCH1(ue1, pucch1, hi1);    

% PUCCH 1 DRS creation
pucch1DRSSym = ltePUCCH1DRS(ue1, pucch1);

Поколение формата PUCCH 2

DRS формата 2 PUCCH содержит индикаторы HARQ. hi2 и в этом случае имеется 2 индикатора, что означает, что передача будет иметь формат 2b. Сам формат 2 PUCCH несет кодированную информацию о качестве канала (CQI). Информация cqi здесь кодируется, а затем модулируется.

% PUCCH 2 DRS modulation
hi2 = [1; 1];  % Create HARQ indicators
disp('hi2:');

hi2:

disp(hi2.');

     1     1

pucch2DRSSym = ltePUCCH2DRS(ue2, pucch2, hi2);

% PUCCH 2 coding
cqi = [0; 1; 1; 0; 0; 1];  % Create channel quality information
disp('cqi:');

cqi:

disp(cqi.');

     0     1     1     0     0     1

codedcqi = lteUCIEncode(cqi);

% PUCCH 2 modulation
pucch2Sym = ltePUCCH2(ue2, pucch2, codedcqi);

Формирование индекса PUCCH

Индексы для передач PUCCH и PUCCH DRS создаются

pucch1Indices = ltePUCCH1Indices(ue1, pucch1);    
pucch2Indices = ltePUCCH2Indices(ue2, pucch2);        

pucch1DRSIndices = ltePUCCH1DRSIndices(ue1, pucch1);  
pucch2DRSIndices = ltePUCCH2DRSIndices(ue2, pucch2);

Передача для UE 1

Теперь передается общий сигнал для первого UE. Этапы заключаются в том, чтобы преобразовать формат 1 PUCCH и соответствующий сигнал DRS в пустую сетку ресурсов, выполнить модуляцию SC-FDMA и затем передавать через канал распространения с замиранием.

% Create resource grid
grid1 = lteULResourceGrid(ue1);
grid1(pucch1Indices) = pucch1Sym;
grid1(pucch1DRSIndices) = pucch1DRSSym;

% SC-FDMA modulation
txwave1 = lteSCFDMAModulate(ue1, grid1);

% Channel modeling. An additional 25 samples added to the end of the
% waveform to cover the range of delays expected from the channel modeling
% (a combination of implementation delay and channel delay spread)
channel.Seed = 13;
rxwave1 = lteFadingChannel(channel,[txwave1; zeros(25,1)]);

Передача для UE 2

Теперь передается общий сигнал для второго UE. Обратите внимание, что другое случайное начальное число channel.Seed используется по сравнению с используемым для первого UE. Это гарантирует, что для двух передач будут использоваться разные распространения.

% Create resource grid
grid2 = lteULResourceGrid(ue2);
grid2(pucch2Indices) = pucch2Sym;            
grid2(pucch2DRSIndices) = pucch2DRSSym; 

% SC-FDMA modulation
txwave2 = lteSCFDMAModulate(ue2, grid2);

% Channel modeling. An additional 25 samples added to the end of the
% waveform to cover the range of delays expected from the channel modeling
% (a combination of implementation delay and channel delay spread)
channel.Seed = 15;
rxwave2 = lteFadingChannel(channel, [txwave2; zeros(25, 1)]);

Прием на базовой станции

Вход приемника базовой станции моделируется путем сложения двух замирающих сигналов вместе с гауссовым шумом с мощностью, как описано выше.

rxwave = rxwave1 + rxwave2;         

% Add noise
noise = N*complex(randn(size(rxwave)), randn(size(rxwave)));
rxwave = rxwave + noise;

Синхронизация и демодуляция SC-FDMA для UE 1

Оценка синхронизации кадра восходящей линии связи для UE1 вычисляется с использованием сигналов DRS PUCCH 1 и затем используется для демодуляции сигнала SC-FDMA. Результирующая сетка rxgrid1 является 3-мерной матрицей. Число строк представляет количество поднесущих. Количество столбцов равно количеству символов SC-FDMA в подкадре. Количество поднесущих и символов одинаково для возвращенной сетки из lteSLSCFDMADemodulate при переходе сетки в lteSLSCFDMAInfo. Количество плоскостей (3-е измерение) в сетке соответствует количеству приемных антенн.

% Synchronization
offset1 = lteULFrameOffsetPUCCH1(ue1, pucch1, rxwave);

% SC-FDMA demodulation
rxgrid1 = lteSCFDMADemodulate(ue1, rxwave(1+offset1:end, :));

Оценка и выравнивание канала для UE 1

Получают оценку канала между каждым передатчиком и приемником базовой станции и используют ее для выравнивания его эффектов. Создание оценки канала lteULChannelEstimatePUCCH1 используется. Функция оценки канала конфигурируется структурой cec. Функция возвращает матрицу 3-D комплексных весов, которые применяются к каждому элементу ресурса каналом в передаваемой сетке. Первое измерение является поднесущей, второе измерение является символом SC-FDMA, а третье измерение является приемной антенной. Влияние канала на сетку принимаемых ресурсов выравнивается с помощью lteEqualizeMMSE. Эта функция использует оценку канала (H1) для выравнивания полученной сетки ресурсов (rxGrid1).

% Channel estimation
[H1, n0] = lteULChannelEstimatePUCCH1(ue1, pucch1, cec, rxgrid1);

% Extract REs corresponding to the PUCCH from the given subframe across all
% receive antennas and channel estimates
[pucchrx1, pucchH1] = lteExtractResources(pucch1Indices, rxgrid1, H1);

% Equalization
eqgrid1 = lteULResourceGrid(ue1);   
eqgrid1(pucch1Indices) = lteEqualizeMMSE(pucchrx1, pucchH1, n0);

Декодирование PUCCH 1

Наконец, декодируется канал формата 1 PUCCH и извлекаются полезные биты индикатора HARQ.

rxhi1 = ltePUCCH1Decode(ue1, pucch1, length(hi1), ...
    eqgrid1(pucch1Indices));
disp('rxhi1:');

rxhi1:

disp(rxhi1.');

   0   1

Приемник для UE 2

Оценка синхронизации кадра восходящей линии связи для UE2 вычисляется с использованием сигналов DRS PUCCH 2 и затем используется для демодуляции сигнала SC-FDMA. В этом случае также обнаруживаются индикаторы гибридного ARQ, передаваемые по DRS формата PUCCH 2. Результирующая сетка rxgrid2 является 3-мерной матрицей. Создание оценки канала lteULChannelEstimatePUCCH2 используется. Влияние канала на полученную сетку ресурсов выравнивается с помощью lteEqualityMMSE. Наконец, декодируется канал формата 2 PUCCH и извлекаются полезные биты информации CQI.

% Synchronization (and PUCCH 2 DRS demodulation/decoding)
[offset2,rxhi2] = lteULFrameOffsetPUCCH2(ue2,pucch2,rxwave,length(hi2));
disp('rxhi2:');

rxhi2:

disp(rxhi2.');

   1   1

    
% SC-FDMA demodulation
rxgrid2 = lteSCFDMADemodulate(ue2, rxwave(1+offset2:end, :));

% Channel estimation
[H2, n0] = lteULChannelEstimatePUCCH2(ue2, pucch2, cec, rxgrid2, rxhi2);

% Extract REs corresponding to the PUCCH from the given subframe across all
% receive antennas and channel estimates
[pucchrx2, pucchH2] = lteExtractResources(pucch2Indices, rxgrid2, H2);

% Equalization
eqgrid2 = lteULResourceGrid(ue2);  
eqgrid2(pucch2Indices) = lteEqualizeMMSE(pucchrx2, pucchH2, n0);

% PUCCH 2 demodulation
rxcodedcqi = ltePUCCH2Decode(ue2, pucch2, eqgrid2(pucch2Indices));

% PUCCH 2 decoding
rxcqi = lteUCIDecode(rxcodedcqi, length(cqi));
disp('rxcqi:');

rxcqi:

disp(rxcqi.');

   0   1   1   0   0   1

Отображение оцененных каналов

Создается график, показывающий, что каналы могут быть оценены независимо для двух различных сигналов, даже несмотря на то, что они совместно используют одни и те же физические RE. Оценка канала формата 1 PUCCH показана красным цветом, а оценка канала формата 2 PUCCH показана синим цветом.

hPUCCHMixedFormatDisplay(H1, eqgrid1, H2, eqgrid2);

Приложение

В этом примере используется эта вспомогательная функция.