5G тест обнаружения NR PRACH

Этот пример показывает, как смоделировать тест соответствия физического канала случайного доступа (PRACH) пропущенному обнаружению, как определено в TS 38.141-1 [1]. Можно узнать, как измерить вероятность правильного обнаружения преамбулы PRACH в присутствии сигнала преамбулы.

Введение

PRACH является передачей по восходящей линии связи, используемой пользовательским оборудованием (UE) для инициирования синхронизации с gNodeB. TS 38.141-1 Раздел 8.4.1.5 определяет вероятность обнаружения PRACH больше или равной 99% при определенных значениях ОСШ для набора строений PRACH и условий распространения. Существует несколько случаев обнаружения ошибки:

  • Обнаружение неправильной преамбулы

  • Не обнаруживает преамбулу

  • Обнаружение правильной преамбулы, но с неправильной оценкой времени

TS 38.141-1 утверждает, что правильное обнаружение достигается, когда ошибка расчета смещения по времени самого сильного пути меньше, чем допуск по временной ошибке, приведенный в таблице 8.4.1.1-1. Для условий распространения канала TDLC300-100 и формата преамбулы PRACH 0, допуск временной ошибки составляет 2,55 микросекунды.

В этом примере форма волны PRACH конфигурируется и передается через соответствующий канал. На стороне приемника пример выполняет обнаружение PRACH и вычисляет вероятность обнаружения PRACH. В примере рассматриваются параметры, определенные в TS 38.141-1 Таблица 8.4.1.5-1 и Таблица A.6-1. Это: режим normal mode (т.е. неограниченный набор), 2 приемные антенны, TDLC300-100 канал, нормальный циклический префикс, формат пакета 0, ОСШ -6,0 дБ. Если вы измените строение PRACH, чтобы использовать один из других форматов преамбулы PRACH, перечисленных в таблице A.6-1, необходимо обновить значения допуска временных ошибок и ОСШ в соответствии с TS 38.141-1 Таблица 8.4.1.1-1 и Таблицы 8.4.1.5-1 на 8.4.1.5-3, соответственно.

Область Строения

Пример рассматривает 10 подкадров в ряде ОСШ. Вы должны использовать большое количество numSubframes для достижения значимых результатов. Можно задать SNRdB как массив значений или скаляр. Таблица 8.4.1.5-1 в ТС 38.141-1 определяет смещение частоты foffset который моделируется между передатчиком и приемником.

numSubframes = 10;               % Number of 1 ms subframes to simulate at each SNR
SNRdB = [-21, -16, -11, -6, -1]; % SNR range in dB
foffset = 400.0;                 % Frequency offset in Hz
timeErrorTolerance = 2.55;       % Time error tolerance in microseconds

Строение поставщика услуг

Используйте nrCarrierConfig объект строения carrier для определения параметров поставщика услуг. В примере рассматривается несущая, характеризующаяся интервалом между поднесущими 15 кГц и шириной полосы 5 МГц. То есть, оператор связи охватывает 25 ресурсных блоков, согласно таблице 5.3.2-1 в TS 38.104 [2].

carrier = nrCarrierConfig;
carrier.SubcarrierSpacing = 15;
carrier.NSizeGrid = 25;

Строение PRACH

Таблица A.6-1 в TS 38.141-1 задает строения PRACH, которые будут использоваться для проверки соответствия обнаружению PRACH.

Установите строение PRACH при помощи nrPRACHConfig объект строения prach, согласно таблице A.6-1 и разделу 8.4.1.4.2 ТС 38.141-1.

% Define the value of ZeroCorrelationZone using the NCS table stored in
% the |nrPRACHConfig| object
ncsTable = nrPRACHConfig.Tables.NCSFormat012;
NCS = 13;
zeroCorrelationZone = ncsTable.ZeroCorrelationZone(ncsTable.UnrestrictedSet==NCS);

% Set PRACH configuration
prach = nrPRACHConfig;
prach.FrequencyRange = 'FR1';                    % Frequency range
prach.DuplexMode = 'FDD';                        % Frequency Division Duplexing (FDD)
prach.ConfigurationIndex = 27;                   % Configuration index for format 0
prach.SubcarrierSpacing = 1.25;                  % Subcarrier spacing
prach.SequenceIndex = 22;                        % Logical sequence index
prach.PreambleIndex = 32;                        % Preamble index
prach.RestrictedSet = 'UnrestrictedSet';         % Normal mode
prach.ZeroCorrelationZone = zeroCorrelationZone; % Cyclic shift index
prach.FrequencyStart = 0;                        % Frequency location

% Compute the OFDM-related information for this PRACH configuration
windowing = [];
ofdmInfo = nrPRACHOFDMInfo(carrier,prach,'Windowing',windowing);

Канал распространения Строения

Используйте nrTDLChannel объект, чтобы сконфигурировать модель канала распространения линии задержки (TDL) channel как описано в TS 38.141-1 Таблица 8.4.1.1-1.

channel = nrTDLChannel;
channel.DelayProfile = "TDL-C";             % Delay profile
channel.DelaySpread = 300e-9;               % Delay spread in seconds
channel.MaximumDopplerShift = 100.0;        % Maximum Doppler shift in Hz
channel.SampleRate = ofdmInfo.SampleRate;   % Input signal sample rate in Hz
channel.MIMOCorrelation = "Low";            % MIMO correlation
channel.TransmissionDirection = "Uplink";   % Uplink transmission
channel.NumTransmitAntennas = 1;            % Number of transmit antennas
channel.NumReceiveAntennas = 2;             % Number of receive antennas
channel.NormalizePathGains = true;          % Normalize delay profile power
channel.Seed = 42;                          % Channel seed. Change this for different channel realizations
channel.NormalizeChannelOutputs = true;     % Normalize for receive antennas

Цикл для значений ОСШ

Используйте цикл, чтобы запустить симуляцию для набора точек ОСШ, заданных вектором SNRdB. Вектор ОСШ, сконфигурированный здесь, представляет собой область значений точек ОСШ, включая точку на -6,0 дБ, ОСШ, при которой для формата преамбулы 0 должно быть достигнуто тестовое требование для скорости обнаружения PRACH (99%), как описано в таблице 8.4.1.5-1 в TS 38.141-1.

hNRPRACHWaveformGenerator генерирует выходной сигнал, нормированный к той же степени передачи, что и для передачи данных восходящей линии связи в 5G Toolbox™. Поэтому та же нормализация должна происходить на шуме, добавленном в PRACH. Шум, добавленный перед демодуляцией OFDM, будет усилен ОБПФ в множителе, равном квадратному корню размера IFFT (). $N_{FFT}$Чтобы гарантировать, что степень добавляемого шума нормализуется после демодуляции и, таким образом, для достижения желаемого ОСШ, требуемая степень шума делится на. $N_{FFT}$В сложение, когда действительная и мнимая части шума создаются отдельно перед объединением в комплексный аддитивный белый Гауссов шум, амплитуда шума масштабируется$1/\sqrt2$ таким образом, что сгенерированный шум степени равен 1.

В каждой тестовой точке ОСШ вычислите обнаружение вероятности на субкадре по базису субкадров, используя следующие шаги:

  • Коробка передач PRACH: используйте hNRPRACHWaveformGenerator чтобы сгенерировать сигнал PRACH. Передайте преамбулы PRACH со смещениями времени, указанными в TS 38.141-1 Фигура 8.4.1.4.2-2. Установите базовое значение смещения по времени в 50% от количества циклических сдвигов для генерации PRACH. Это смещение увеличивается для каждой преамбулы, добавляя значение шага 0,1 микросекунды, до конца тестируемой области значений, которое составляет 0,9 микросекунды для формата преамбулы PRACH 0. Затем этот шаблон повторяется.

  • Моделирование шумного канала: передайте форму волны через канал TDL и добавьте аддитивный белый Гауссов шум. Добавьте дополнительные выборки в конец формы волны, чтобы покрыть область значений задержек, ожидаемых от моделирования канала (комбинация задержки реализации и расширения задержки канала). Эта задержка реализации затем удаляется, чтобы гарантировать, что задержка реализации интерпретируется как фактическое смещение времени в детекторе преамбулы.

  • Применение смещения частоты: применить смещение частоты к полученной форме волны, как определено спецификацией.

  • Обнаружение PRACH: Выполните обнаружение PRACH с помощью hPRACHDetect для всех индексов преамбулы камер (0-63). Используйте обнаруженный индекс PRACH и смещение, возвращенные hPRACHDetect определить, где обнаружение было успешным в соответствии с ограничениями, обсуждаемыми в разделе «Введение».

% Initialize variables storing probability of detection at each SNR
pDetection = zeros(size(SNRdB));

% Get the maximum number of delayed samples by a channel multipath
% component. This is calculated from the channel path with the largest
% delay and the implementation delay of the channel filter. The example
% requires this to flush the channel filter to obtain the received signal.
channelInfo = info(channel);
maxChDelay = ceil(max(channelInfo.PathDelays*channel.SampleRate)) + channelInfo.ChannelFilterDelay;

% Total number of PRACH slots in the simulation period
numPRACHSlots = floor(numSubframes / prach.SubframesPerPRACHSlot);

% Store the configuration parameters needed to generate the PRACH waveform
waveconfig.NumSubframes = prach.SubframesPerPRACHSlot;
waveconfig.Windowing = windowing;
waveconfig.Carriers = carrier;
waveconfig.PRACH.Config = prach;

% The temporary variables 'prach_init', 'waveconfig_init', 'ofdmInfo_init',
% and 'channelInfo_init' are used to create the temporary variables
% 'prach', 'waveconfig', 'ofdmInfo', and 'channelInfo' within the SNR loop
% to create independent instances in case of parallel simulation
prach_init = prach;
waveconfig_init = waveconfig;
ofdmInfo_init = ofdmInfo;
channelInfo_init = channelInfo;

for snrIdx = 1:numel(SNRdB) % comment out for parallel computing
% parfor snrIdx = 1:numel(SNRdB) % uncomment for parallel computing
% To reduce the total simulation time, you can execute this loop in
% parallel by using the Parallel Computing Toolbox. Comment out the 'for'
% statement and uncomment the 'parfor' statement. If the Parallel Computing
% Toolbox(TM) is not installed, 'parfor' defaults to normal 'for' statement

    % Set the random number generator settings to default values
    rng('default');

    % Initialize variables for this SNR point, required for initialization
    % of variables when using the Parallel Computing Toolbox
    prach = prach_init;
    waveconfig = waveconfig_init;
    ofdmInfo = ofdmInfo_init;
    channelInfo = channelInfo_init;

    % Reset the channel so that each SNR point will experience the same
    % channel realization
    reset(channel);

    % Normalize noise power to take account of sampling rate, which is a
    % function of the IFFT size used in OFDM modulation. The SNR is defined
    % per resource element for each receive antenna.
    SNR = 10^(SNRdB(snrIdx)/20);
    N0 = 1/(sqrt(2.0*channel.NumReceiveAntennas*double(ofdmInfo.Nfft))*SNR);

    % Detected preamble count
    detectedCount = 0;

    % Loop for each PRACH slot
    numActivePRACHSlots = 0;
    for nSlot = 0:numPRACHSlots-1

        prach.NPRACHSlot = nSlot;

        % Generate PRACH waveform for the current slot
        waveconfig.PRACH.Config.NPRACHSlot = nSlot;
        [waveform,~,winfo] = hNRPRACHWaveformGenerator(waveconfig);

        % Skip this slot if the PRACH is inactive
        if (isempty(winfo.WaveformResources.PRACH))
            continue;
        end

        numActivePRACHSlots = numActivePRACHSlots + 1;

        % Set PRACH timing offset in microseconds as per TS 38.141-1 Figure 8.4.1.4.2-2
        baseOffset = ((winfo.WaveformResources.PRACH.Resources.PRACHSymbolsInfo.NumCyclicShifts/2)/prach.LRA)/prach.SubcarrierSpacing*1e3; % (microseconds)
        timingOffset = baseOffset + mod(nSlot,10)/10; % (microseconds)
        sampleDelay = fix(timingOffset / 1e6 * ofdmInfo.SampleRate);

        % Generate transmit waveform
        txwave = [zeros(sampleDelay,1); waveform(1:(end-sampleDelay))];

        % Pass data through channel model. Append zeros at the end of the
        % transmitted waveform to flush channel content. These zeros take
        % into account any delay introduced in the channel. This is a mix
        % of multipath delay and implementation delay. This value may
        % change depending on the sampling rate, delay profile and delay
        % spread
        rxwave = channel([txwave; zeros(maxChDelay, size(txwave,2))]);

        % Add noise
        noise = N0*complex(randn(size(rxwave)), randn(size(rxwave)));
        rxwave = rxwave + noise;

        % Remove the implementation delay of the channel modeling
        rxwave = rxwave((channelInfo.ChannelFilterDelay + 1):end, :);

        % Apply frequency offset
        t = ((0:size(rxwave, 1)-1)/channel.SampleRate).';
        rxwave = rxwave .* repmat(exp(1i*2*pi*foffset*t), 1, size(rxwave, 2));

        % PRACH detection for all cell preamble indices
        [detected, offsets] = hPRACHDetect(carrier, prach, rxwave, (0:63).');

        % Test for preamble detection
        if (length(detected)==1)

            % Test for correct preamble detection
            if (detected==prach.PreambleIndex)

                % Calculate timing estimation error
                trueOffset = timingOffset/1e6; % (s)
                measuredOffset = offsets(1)/channel.SampleRate;
                timingerror = abs(measuredOffset-trueOffset);

                % Test for acceptable timing error
                if (timingerror<=timeErrorTolerance/1e6)
                    detectedCount = detectedCount + 1; % Detected preamble
                else
                    disp('Timing error');
                end
            else
                disp('Detected incorrect preamble');
            end
        else
            disp('Detected multiple or zero preambles');
        end

    end % of nSlot loop

    % Compute final detection probability for this SNR
    pDetection(snrIdx) = detectedCount/numActivePRACHSlots;

end % of SNR loop
Detected multiple or zero preambles
Detected multiple or zero preambles
Detected multiple or zero preambles

Результаты

В конце цикла ОСШ пример строит график вычисленных вероятностей обнаружения для каждого значения ОСШ относительно целевой вероятности.

hPRACHDetectionResults(SNRdB, numSubframes, pDetection);

Приложение

Этот пример использует следующие вспомогательные функции:

Ссылки

  1. 3GPP ТС 38.141-1. "NR; Проверка соответствия базовой станции (BS). Часть 1: Проведена проверка соответствия ". 3-ья Генерация Партнерский проект; Группа технических спецификаций Радиосеть доступ.

  2. 3GPP ТС 38.104. "NR; радиопередача и прием базовой станции (BS). "3-ья Генерация партнерский проект; Группа технических спецификаций Радиосеть доступ.

См. также

Функции

Объекты

Похожие темы