Введение

3GPP представила новый радиоинтерфейс, NB-IoT, оптимизированный для низкоскоростной связи машинного типа в LTE-Advanced Pro Release 13. NB-IoT обеспечивает повышение стоимости и энергоэффективности, поскольку позволяет избежать необходимости в сложных служебных сигналах, необходимых для других систем на основе LTE.

Вы можете использовать LTE Toolbox для создания стандартных комплексных сигналов восходящей линии связи NB-IoT, представляющих узкополосную несущую 180 кГц, подходящую для тестирования и измерений. Каналы и сигналы физического уровня восходящего канала NB-IoT:

В этом примере мы демонстрируем распределение NPRACH в сетке ресурсов и генерацию сигналов NPRACH. В частности, в этом примере рассматривается аспект дуплексирования с частотным разделением NB-IoT PRACH, определенный в LTE Advanced-Pro Release 15. В TS 36.211 раздел 10.0.1 [1] это называется структурой кадра типа 1.

Пример генерирует комплексный сигнал основной полосы частот вместе с заполненной сеткой, содержащей сигнал NPRACH.

Распределение NPRACH

В этом разделе приводится общее описание распределения NPRACH по времени и частоте.

С точки зрения времени передача NPRACH определяется как NRep повторения преамбул NPRACH, в которых преамбула NPRACH определяется как набор P группы символов. TS 36.211 Раздел 10.1.6.1 определяет группу символов как последовательность N идентичные символы, которым предшествует циклический префикс. По этой причине группу символов, а не символ OFDM, можно рассматривать как атомную единицу NPRACH. Длительность группы символов NPRACH является функцией формата преамбулы, как описано в таблице 10.1.6.1-1 TS 36.211. На этом рисунке показана схема групп символов для трех форматов преамбулы NPRACH.

С точки зрения частоты NPRACH характеризуется однотоновой передачей со скачкообразной перестройкой частоты и интервалом между поднесущими, определенным в таблице 10.1.6.2-1 TS 36.211. Каждая группа символов занимает одну поднесущую, следуя шаблону скачкообразной перестройки частоты, описанному в TS 36.211, раздел 10.1.6.1. SubcarrierOffset определяет частотное местоположение первой поднесущей, назначенной NPRACH. NumSubcarriers определяет общее количество поднесущих, назначенных NPRACH. Среди них местоположение поднесущей первой группы символов первой преамбулы определяется посредством NInit. Для всех последующих преамбул частота первой группы символов каждой преамбулы NPRACH зависит от псевдослучайной последовательности, определенной в TS 36.211, раздел 7.2 и инициализированной NNCellID. На этом рисунке показана схема шаблона скачкообразной перестройки частоты для первых двух повторов формата преамбулы 0, учитывая конфигурацию NPRACH, используемую в этом примере. Можно видеть, что первые группы символов двух преамбул занимают разные поднесущие.

Конфигурирование NPRACH

В этом разделе мы конфигурируем параметры, необходимые для генерации NPRACH. Список всех допустимых диапазонов для параметров в ue и chs конструкции, см. lteNPRACH.

% Define the user equipment (UE) parameters
ue = struct();
ue.NBULSubcarrierSpacing = '15kHz'; % Uplink subcarrier spacing ('3.75kHz', '15kHz')
ue.NNCellID = 0;                    % Narrowband cell identity
ue.Windowing = 0;                   % Number of time-domain samples over which the function applies windowing and overlapping of OFDM symbols.
                                    % Set Windowing to empty ([]) to use its default value.

% Define the channel parameters
chs = struct();
chs.NPRACHFormat = '0';    % Preamble format ('0','1','2')
chs.Periodicity = 80;      % NPRACH resource periodicity in ms
chs.SubcarrierOffset = 12; % Frequency location of the first subcarrier allocated to NPRACH
chs.NumSubcarriers = 24;   % Number of subcarriers allocated to NPRACH
chs.NRep = 8;              % Number of NPRACH repetitions
chs.StartTime = 8;         % NPRACH starting time in ms
chs.NInit = 2;             % Initial subcarrier for NPRACH
chs.NPRACHPower = 30;      % NPRACH power scaling in dB for plot visualization

Генерация формы сигнала PRACH NB-IoT

В этом разделе мы создадим сетку ресурсов NPRACH и форму сигнала временной области. В примере генерируется форма сигнала, охватывающая chs.Periodicity миллисекунды и дискретизируется с одинаковой частотой дискретизации, используемой для сигналов восходящей линии связи с интервалом между поднесущими, заданным ue.NBULSubcarrierSpacing.

[waveform,info,resourceGrid] = lteNPRACH(ue,chs);

График переданной сетки

Постройте график сетки ресурсов NPRACH. Можно наблюдать шаблон скачкообразной перестройки частоты символов NPRACH. Обратите внимание, что график сетки ресурсов использует уровни мощности NPRACH для назначения цветов элементам ресурса. Чтобы отключить график сетки ресурсов, задайте значение displayGrid кому 'off'.

displayGrid = 'on'; % Display the NPRACH resource grid ('on','off')
hNPRACHResourceGridPlot(chs,resourceGrid,displayGrid);

Резюме и дальнейшие исследования

В этом примере показано, как сформировать форму сигнала временной области и визуализировать сетку ресурсов для одной конфигурации PRACH NB-IoT. Генерируемая форма сигнала NPRACH охватывает chs.Periodicity миллисекунды и дискретизируется с одинаковой частотой дискретизации, используемой для сигналов восходящей линии связи с интервалом между поднесущими, заданным ue.NBULSubcarrierSpacing. Это позволяет генерировать сигнал NPRACH и добавлять его к существующему сигналу восходящей линии связи NB-IoT. Дополнительные сведения о генерации сигнала восходящей линии связи NB-IoT см. в разделе Генерация сигнала восходящей линии связи NB-IoT.

Избранная библиография

Локальные функции

В этом примере используется эта локальная функция:

function hNPRACHResourceGridPlot(chs,resourceGrid,displayGrid)
%hNPRACHResourceGridPlot Plots the NPRACH resource grid
%   hNPRACHResourceGridPlot(CHS,RESOURCEGRID,DISPLAYGRID) plots the NPRACH
%   resource grid. Set DISPLAYGRID to 'off' to disable the plot of the
%   resource grid.

    if strcmpi(displayGrid,'on')
        figure
        
        % Create an image of the NPRACH resource grid
        im = image(resourceGrid);
        
        % Adjust plot colors, axes, and add title and labels
        cmap = parula(64);
        colormap(im.Parent,cmap);
        axis xy;
        xlabel('OFDM symbols')
        ylabel('Subcarriers')
        title(sprintf('NB-IoT PRACH RE Grid (Format = ''%s'')',chs.NPRACHFormat))
       
    end
end