Этот пример демонстрирует release 8 порт 5 UE-специфическое формирование луча с помощью LTE Toolbox™.
В релизе 8 семь режимов передачи:
Один порт антенны, порт 0
Передайте разнесение
Разомкнутое пространственное мультиплексирование, циклическое разнесение с большой задержкой (CDD)
Пространственное мультиплексирование с обратной связью
Многопользовательский MIMO
Основанное на кодовой книге формирования луча (пространственное мультиплексирование с обратной связью с использованием одного слоя передачи)
Специфическое для UE формирование луча (порт одной антенны, порт 5)
В режиме 7 передачи применяется формирование луча UE, произвольное формирование луча и пользовательское оборудование (UE) не уведомляется об используемой матрице предварительного кодирования, поэтому UE нужно оценить канал, включая эффект формирования луча. Поскольку UE требует только конкретного опорного сигнала UE для демодуляции физического совместно используемого канала нисходящей линии связи (PDSCH), передача данных для UE, по-видимому, была принята только от одной передающей антенны, поэтому этот режим передачи описан как «порт 5 с одной антенной».
Передачи в этой схеме осуществляются на одном слое с одним опорным сигналом и могут быть сформированы лучом на любое количество передающих антенн с использованием любого вектора формирования луча с соответствующими размерами; выбор количества передающих антенн и значений векторов формирования луча не заданы в стандарте.
Этот пример показывает, как схема передачи «single antenna port, port 5» может быть реализована с помощью LTE Toolbox для передачи и приема PDSCH. Это также демонстрирует, что соответствующий выбор вектора формирования луча приводит к лучшей эффективности.
В этом примере строение опорного канала измерения (RMC) создаётся с помощью lteRMCDLи реконфигурировали для описания UEспецифического строения формирования луча. Генерация сконфигурирована для R.6, и PDSCH сконфигурирован для TxScheme='Port5', схему передачи, связанную с специфичным для UE релизом 8, в LTE Toolbox. Количество передающих антенн PDSCH затем устанавливается равным 4 (Количество столбцов матрицы предварительного кодирования W указывает NTxAnts), что указывает на то, что UE-специфическое формирование луча будет распространяться на 4 передающие антенны. Обратите внимание, что rmc.CellRefP=1, что означает, что существует только одна специфичная для клеток опорный сигнал; 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 заданы с помощью структуры cec. Консервативное окно усреднения пилот-сигнала 9 на 9 используется, чтобы уменьшить влияние шума на оценку канала. Оценка канала выполняется с использованием специфичных для UE опорных сигналов в качестве Port5 используется схема 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 специфичного для UE PDSCH в форме луча:
Создайте Заполненную Сетку Ресурсов Передачи: Передающая сетка создается с конкретными каналами ячеек, но без PDSCH. Для этого lteRMCDLTool используется со вторым входным набором (data), равным пустому вектору. Это создает массив ресурсов, содержащий специфичные для ячеек каналы RMC: Основной сигнал синхронизации (PSS), Вторичный сигнал синхронизации (SSS), Опорного сигнала (RS), Физический широковещательный канал (PBCH) и Канал индикатора формата физического управления (PCFICH) Этот ресурсный массив сопоставлен с первой передающей антенной в txGrid как CellRefP=1.
Установите вектор формирования луча: Вектор формирования луча rmc.PDSCH.W является полем структуры строения PDSCH. rmc.PDSCH.W вектор 1-by-NTxAnts (строка), указывающий комплексные усиления, которые будут применяться к передаче с одним слоем PDSCH и связанному с ней опорному сигналу.
Создайте и сопоставьте UE-специфические опорные сигналы: lteDMRSIndices создает индексы для отображения опорного сигнала UE на массив передающих ресурсов. lteDMRS создает специфический для UE сигнал уставки в виде вектора-столбца (size M-by-1, где M - количество специфичных для UE элементов ресурса (RE) опорных сигналов (RS) в подкадре), который имеет тот же размер, что и выход lteDMRSIndices. Обратите внимание, что как и в других операциях предварительного кодирования в LTE Toolbox (например, использование lteDLPrecode), полный вектор формирования луча W транспонирование того, что ожидалось бы от спецификации LTE, т.е. символы для слоев и антенн лежат в столбцах, а не в строках. Это связано с тем, что LTE Toolbox использует 2-й (столбец), а не 1-й (строка) размерность для представления передающих антенн (это согласуется с представлением многоканальных сигналов в MATLAB ®).
Создайте и сопоставьте PDSCH: ltePDSCHIndices создает индексы для отображения PDSCH на одном слое передачи и расширяет эти одноуровневые индексы на все плоскости передачи, получая rmc.PDSCH.NTxAnts-свернутая матрица индексов. ltePDSCH скремблирует и модулирует предоставленные случайные входные данные, получая в результате вектора-столбца символов модуляции, выполняет формирование луча вектора-столбца умножением на rmc.PDSCH.W дать rmc.PDSCH.NTxAnts-столбец матрица, размер которой совпадает с размером выхода ltePDSCHIndices.
Создайте сигнал передачи: OFDM модулирует сетку ресурса передачи.
Моделирование шумного канала распространения: Моделирование канала выполняется путем умножения переданной формы волны txWaveform с матрицей фиксированного канала H размера 1-by-NTxAnts который моделирует прием передачи с 4 антеннами на одной антенне. Обратите внимание, что операции транспонирования требуются при применении матрицы канала H как H определяется типичной формой NRxAnts-by-NTxAnts, тогда как txWaveform использует 2-ую размерность, чтобы представлять передающие антенны. Затем к принимаемому сигналу прикладывают аддитивный шум при 28,0 дБ ОСШ.
Синхронизация, демодуляция и оценка канала: С точки зрения приемника, передача, выполненная с использованием UE-специфического формирования луча, эффективно от одной антенны. Поэтому оценка и эквализация канала пытаются оценить и выровнять назад к исходному одному слою передачи; вектор формирования луча W является частью общей характеристики канала HW.' который будет оценен и выровнен. Поэтому оценка канала выполняется с использованием специфичной для UE опорных сигналов; второй аргумент предоставляет PDSCH строения при TxScheme='Port5'.
Прием PDSCH: ltePDSCHIndices обеспечивает матричные ind который содержит rmc.PDSCH.NTxAnts столбцы. Требуется только первый столбец индексов, поскольку существует только одна приемная антенна. ltePDSCHDecode вызывается для возврата оценок мягких бит rxBits наряду с созвездием приёмного символа rxSymbols который построен на графике для случая каждого из векторов формирования луча. Обратите внимание, что в ltePDSCHDecodeдля специфичного для UE формирования луча приемник будет выполнять MMSE эквализацию через приемные антенны, чтобы выполнить объединение разнесения (в этом примере существует только одна приемная антенна).
Этот пример запускается дважды в цикле, первая итерация показывает приемное созвездие PDSCH при передаче на всех четырех антеннах с таким же взвешиванием, а вторая - при передаче на четырех антеннах с вектором формирования луча W который согласован с откликом канала. В каждом случае показан график созвездия приема PDSCH. Второе созвездие показывает более низкий уровень шума, чем первое, что указывает на лучшую эффективность.
Важно отметить, что все элементы обоих векторов формирования луча имеют одинаковую величину, и, следовательно, степени передающей антенны одинаковы для всех 4 антенн, и общая степень передачи для любого выбора вектора формирования луча одинаковая - это означает, что ни одному из векторов формирования луча не предоставляется несправедливое преимущество, то есть больше мощности передачи. Для второго цикла симуляции W был выбран таким образом, чтобы общая характеристика канала была 1: HW.'=1 поэтому W=conj(H). Для первого цикла симуляции (т.е. для W=[17 17 17 17]/34), если вычислить HW.' результатом является (16-4*j)/34, которая имеет величину sqrt (4/17), которая составляет приблизительно 0,485. Поэтому устройство формирования луча, которое согласовано с каналом, достигло характеристики канала со значительно лучшим усилением (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
Эффективность в двух циклах моделирования сравнивается путем построения графика принятых созвездий PDSCH и также отображения объединенной характеристики канала HW.'. Как видно из рисунка, система работает лучше, когда вектор формирования луча согласован с характеристикой канала. Обратите внимание, что в спецификации LTE не предоставляется никакой помощи в определении наилучшего вектора формирования луча. Возможные подходы к определению вектора формирования луча для примера будут заключаться в использовании взаимности канала во Временном Делении Дуплексной (TDD) или использовании оценки угла прихода сигнала восходящей линии связи в Частотном Делении Дуплексной (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
Этот пример использует эту вспомогательную функцию.
