В этом примере показано формирование луча, специфичного для порта 5 версии 8, с помощью Toolbox™ LTE.
В версии 8 имеется семь режимов передачи:
Одноантенный порт, порт 0
Разнесение передачи
Пространственное мультиплексирование с разомкнутым контуром, разнесение циклической задержки с большой задержкой (CDD)
Пространственное мультиплексирование с замкнутым контуром
Многопользовательский MIMO
Формирование диаграммы направленности на основе кодовой книги (пространственное мультиплексирование с замкнутым контуром с использованием одного уровня передачи)
Формирование диаграммы направленности для UE (одноантенный порт, порт 5)
В режиме 7 передачи, специфическое для UE формирование луча, применяется произвольное формирование луча, и пользовательское оборудование (UE) не уведомляется об используемой матрице предварительного кодирования, поэтому UE необходимо оценить канал, включающий в себя эффект формирования луча. Поскольку UE требует только конкретного опорного сигнала UE для демодуляции физического общего канала нисходящей линии связи (PDSCH), передача данных для UE, по-видимому, была принята только от одной передающей антенны, поэтому этот режим передачи описывается как «порт с одной антенной, порт 5».
Передачи в этой схеме выполняются на одном уровне с одним опорным сигналом и могут формироваться на любом количестве передающих антенн с использованием любого вектора формирования луча соответствующих размеров; выбор количества передающих антенн и значений вектора формирования луча в стандарте не указан.
В этом примере показано, как схема передачи «один антенный порт, порт 5» может быть реализована с использованием LTE Toolbox для передачи и приема PDSCH. Это также демонстрирует, что соответствующий выбор вектора формирования луча приводит к лучшей производительности.
В этом примере создается конфигурация опорного канала измерения (RMC) с использованием lteRMCDLи реконфигурировано для описания конфигурации формирования луча, специфичной для UE. Генерация конфигурируется для R.6, а PDSCH конфигурируется для TxScheme='Port5'схему передачи, связанную с формированием луча, специфичного для UE версии 8, в LTE Toolbox. Затем количество передающих антенн PDSCH устанавливается равным 4 (количество столбцов матрицы предварительного кодирования). W указывает NTxAnts), указывая, что специфическое для UE формирование луча будет формироваться на 4 передающие антенны. Обратите внимание, что rmc.CellRefP=1, что означает, что существует только один опорный сигнал, специфичный для соты; этот опорный сигнал и связанные с ним передачи, которые будут отображены на первую из 4 передающих антенн.
rmc = lteRMCDL('R.6'); % RMC configuration rmc.TotSubframes = 1; % Number of subframes to generate rmc.PDSCH.TxScheme = 'Port5'; % Set UE-specific beamforming scheme rmc.PDSCH.CSI = 'On'; % CSI scaling of soft bits
Настройки оценки канала определяются с использованием структуры cec. Консервативное окно усреднения пилот-сигнала 9 на 9 используется для уменьшения влияния шума на оценку канала. Оценка канала выполняется с использованием специфических для UE опорных сигналов в качестве Port5 используют схему передачи.
cec.PilotAverage = 'UserDefined'; % Type of pilot symbol averaging cec.FreqWindow = 9; % Frequency window size cec.TimeWindow = 9; % Time window size cec.InterpType = 'Cubic'; % 2D interpolation type cec.InterpWindow = 'Centered'; % Interpolation window type cec.InterpWinSize = 1; % Interpolation window size cec.Reference = 'DMRS'; % Reference for channel estimation
Следующие шаги используются для создания и приема определяемого UE PDSCH в виде диаграммы направленности:
Создание заполненной сетки ресурсов передачи: сетка передачи создается с каналами, зависящими от соты, но без PDSCH. Для этого lteRMCDLTool используется со вторым входным параметром (данных), установленным в пустой вектор. Это создает массив ресурсов, содержащий специфичные для соты каналы RMC: первичный сигнал синхронизации (PSS), вторичный сигнал синхронизации (SSS), опорный сигнал (RS), физический широковещательный канал (PBCH) и канал индикатора физического формата управления (PCFICH). Эта ресурсная решетка отображается на первую передающую антенну в txGrid как CellRefP=1.
Установите Вектор Beamforming: beamforming вектор rmc.PDSCH.W является полем структуры конфигурации PDSCH. rmc.PDSCH.W - вектор 1-by-NTxAnts (строки), указывающий комплексное усиление, которое должно быть применено к одноуровневой передаче PDSCH и связанному с ним опорному сигналу.
Создание и отображение эталонных сигналов, специфичных для UE: lteDMRSIndices создает индексы для отображения заданного UE опорного сигнала на массив ресурсов передачи. lteDMRS создает опорный сигнал, специфичный для UE, в виде вектора столбца (размер M-by-1, где M - количество элементов ресурсов (RS), специфичных для UE, в подкадре), который имеет тот же размер, что и выходной сигнал lteDMRSIndices. Обратите внимание, что, как и в случае других операций предварительного кодирования в LTE Toolbox (например, использование lteDLPrecode), общий вектор формирования луча W является транспонированием того, что можно ожидать от спецификации LTE, т.е. символы для слоев и антенн лежат в столбцах, а не в строках. Это происходит потому, что LTE Toolbox использует второе (столбец), а не первое (строка) измерение для представления передающих антенн (это согласуется с представлением многоканальных сигналов в MATLAB ®).
Создание и отображение PDSCH: ltePDSCHIndices создает индексы для отображения PDSCH на одном уровне передачи и распространяет эти одноуровневые индексы на все плоскости передачи, что приводит к rmc.PDSCH.NTxAnts- матрица столбцов индексов. ltePDSCH скремблирует и модулирует предоставленные случайные входные данные, что приводит к вектору столбца символов модуляции, выполняет формирование луча вектора столбца путем умножения на rmc.PDSCH.W дать rmc.PDSCH.NTxAnts- матрица столбцов, размер которой будет таким же, как у выходных данных ltePDSCHIndices.
Создание сигнала передачи: OFDM модулирует сетку ресурсов передачи.
Моделирование канала распространения шума: моделирование канала выполняется путем умножения передаваемой формы сигнала txWaveform с фиксированной матрицей каналов H размера 1-by-NTxAnts который моделирует прием 4-антенной передачи на одной антенне. Следует отметить, что операции транспонирования требуются при применении канальной матрицы H как H определяется типичной формой NRxAnts-by-NTxAnts, тогда как txWaveform использует второе измерение для представления передающих антенн. Затем к принятому сигналу прикладывается аддитивный шум с SNR 28,0 дБ.
Синхронизация, демодуляция и оценка канала: С точки зрения приемника, передача, выполненная с использованием специфического для UE формирования луча, эффективно осуществляется с одной антенны. Поэтому оценка и выравнивание канала пытаются оценить и выровнять обратно к исходному одиночному уровню передачи; вектор формирования луча W является частью общего отклика канала HW.' это будет оценено и уравнено. Поэтому оценка канала выполняется с использованием специфических для UE опорных сигналов; 2-й аргумент предоставляет конфигурацию PDSCH, когда TxScheme='Port5'.
Прием PDSCH: ltePDSCHIndices обеспечивает матрицу ind который содержит rmc.PDSCH.NTxAnts столбцы. Требуется только первый столбец индексов, поскольку имеется только одна приемная антенна. ltePDSCHDecode вызывается для возврата оценок мягких битов rxBits вместе с комбинацией символов приема rxSymbols которая нанесена на график для случая каждого из векторов формирования луча. Обратите внимание, что в ltePDSCHDecodeдля формирования луча, специфичного для UE, приемник будет выполнять выравнивание MMSE по приемным антеннам для выполнения объединения с разнесением (в этом примере имеется только одна приемная антенна).
Этот пример выполняется дважды в цикле, первая итерация показывает совокупность приема PDSCH при передаче на всех четырех антеннах с одинаковым весовым коэффициентом, а вторая - при передаче на четырех антеннах с вектором формирования луча. W который соответствует отклику канала. В каждом случае показан график совокупности приема PDSCH. Второе созвездие демонстрирует более низкий уровень шума, чем первое, что указывает на лучшую производительность.
Важно отметить, что все элементы обоих векторов формирования луча имеют одинаковую величину, и, следовательно, мощности передающих антенн одинаковы для всех 4 антенн, и общая мощность передачи для любого выбора вектора формирования луча одинакова. - это означает, что ни один из векторов формирования луча не имеет несправедливого преимущества, т.е. большей мощности передачи. Для 2-го цикла моделирования, W был выбран таким образом, что общий отклик канала равен 1: HW.'=1 поэтому W=conj(H). Для первого цикла моделирования (т.е. для W=[17 17 17 17]/34), если мы вычисляем HW.' результат: (16-4*j)/34, которая имеет величину sqrt (4/17), которая составляет приблизительно 0,485. Поэтому формирователь луча, который согласован с каналом, достиг отклика канала со значительно лучшим коэффициентом усиления (1 против приблизительно 0,485).
% Initialize storage variables for comparison rxSymbolsStore = cell(1, 2); WStore = zeros(2, 4); % Loop for transmitting with and without optimal beamforming for optimalbeamforming = 0:1 % Configure random number generators rng('default'); % Set PDSCH beamforming vector if (optimalbeamforming) % Use beamforming vector matched to channel response rmc.PDSCH.W = [17 8-15*1i -8+15*1i 15+8*1i]/34; else % Use equal transmission gains for each antenna rmc.PDSCH.W = [17 17 17 17]/34; end % Create a resource grid without the PDSCH. PDSCH can be turned off by % specifying the transport stream input to be empty [~, txGrid, info] = lteRMCDLTool(rmc,[]); % Create and map UE-specific reference signals rmc.PDSCH.NTxAnts = size(rmc.PDSCH.W,2); dmRsIndices = lteDMRSIndices(rmc,rmc.PDSCH); dmRsSymbols = lteDMRS(rmc,rmc.PDSCH); txGrid(dmRsIndices) = dmRsSymbols; % Create and map the PDSCH reference signals [pdschIndices, pdschIndicesDims] = ltePDSCHIndices(rmc, rmc.PDSCH, ... rmc.PDSCH.PRBSet); pdschSymbols = ltePDSCH(rmc, rmc.PDSCH, ... randi([0 1], pdschIndicesDims.G, 1)); txGrid(pdschIndices) = pdschSymbols; % OFDM modulate to create a transmit waveform txWaveform = lteOFDMModulate(rmc, txGrid); % Pass waveform through channel H = [17 8+15*1i -8-15*1i 15-8*1i]/34; % Channel response rxWaveform = (H*txWaveform.').'; % Add AWGN noise SNRdB = 28; SNR = 10^(SNRdB/20); N = 1/(sqrt(2.0*double(info.Nfft))*SNR); % Scale for IFFT gain noise = N*complex(randn(size(rxWaveform)), randn(size(rxWaveform))); rxWaveform = rxWaveform + noise; % Synchronization offset = lteDLFrameOffset(rmc,rxWaveform); rxWaveform = rxWaveform(1+offset:end,:); % OFDM demodulation to recover resource grid rxGrid = lteOFDMDemodulate(rmc, rxWaveform); % Channel and noise estimation [hest, nest] = lteDLChannelEstimate(rmc, rmc.PDSCH, cec, rxGrid); % Perform Minimum Mean Squared Error (MMSE) equalization and decode the % PDSCH ind = ltePDSCHIndices(rmc, rmc.PDSCH, rmc.PDSCH.PRBSet); ind = ind(:, 1); % Only use one receive antenna [rxBits, rxSymbols] = ltePDSCHDecode(rmc, rmc.PDSCH, rxGrid(ind), ... hest(ind), nest); % Store received symbols and beamforming vector for comparison rxSymbolsStore{optimalbeamforming+1} = rxSymbols; WStore(optimalbeamforming+1, :) = rmc.PDSCH.W; end
Производительность в двух контурах моделирования сравнивается путем построения графика принятых комбинаций PDSCH, а также отображения комбинированного отклика канала. HW.'. Как можно видеть на чертеже, система работает лучше, когда вектор формирования луча согласован с откликом канала. Следует отметить, что в спецификации LTE не предоставляется помощь в определении наилучшего вектора формирования луча. Возможными подходами к определению вектора формирования луча, например, могут быть использование взаимности каналов в дуплексе с временным разделением каналов (TDD) или использование оценки угла прихода сигнала восходящей линии связи в дуплексе с частотным разделением каналов (FDD).
hUESpecificBeamformingResults(rxSymbolsStore, H, WStore);
4 antennas, same gain, combined channel response HW.': 0.47059-0.11765i 4-antenna beam matched to channel, combined channel response HW.': 1
В этом примере используется эта вспомогательная функция.