PUCCH1a многопользовательский тест соответствия вероятности пропущенного обнаружения ACK

Этот пример показывает, как использовать LTE Toolbox™ для измерения вероятности пропущенного обнаружения подтверждения (ACK) для многопользовательского физического канала управления восходящей линии связи (PUCCH) 1a. Условия испытаний определены в TS36.104 8.3.4.1 [1].

Введение

В этом примере сконфигурированы четыре различных UE, каждый из которых передает сигнал PUCCH формата 1a. Также генерируются соответствующие опорные сигналы демодуляции (DRS). Для каждого рассматриваемого значения ОСШ переданные сигналы подаются через различные каналы и складываются вместе с Гауссовым шумом. Это имитирует прием сигналов от четырех различных UE на базовой станции. Приемник декодирует PUCCH1a для интересующего пользователя, и измеряется вероятность пропущенного обнаружения ACK. Этот пример использует длину симуляции 10 подкадров. Это значение было выбрано для ускорения симуляции. Чтобы получить более точные результаты, следует выбрать большее значение. Цель, заданная в TS36.104 8.3.4.1 [1] для полосы пропускания 1,4 МГц (6 ресурсных блоков-RB) и одной передающей антенны, является вероятностью пропущенного обнаружения ACK, не превышающей 1% при ОСШ -4,1 дБ. Тест задан для 1 передающей антенны.

numSubframes = 10;                          % Number of subframes
SNRdB = [-16.1 -12.1 -8.1 -4.1 -0.1];        % SNR range
NTxAnts = 1;                                % Number of transmit antennas

UE 1 Строения

Создайте структуру строения пользовательского оборудования (UE). Эти параметры являются общими для всех пользователей.

ue = struct;                  % UE config structure
ue.NULRB = 6;                 % 6 resource blocks (1.4 MHz)
ue.CyclicPrefixUL = 'Normal'; % Normal cyclic prefix
ue.Hopping = 'Off';         % No frequency hopping
ue.NCellID = 150;           % Cell id as specified in TS36.104 Appendix A9
ue.Shortened = 0;           % No SRS transmission
ue.NTxAnts = NTxAnts;

Строение PUCCH 1a

Мы намерены передать ACK через PUCCH формата 1, поэтому создадим соответствующую структуру строения pucch. Мы даем камере произвольный идентификационный номер и настраиваем PUCCH Resource Indices, степени передачи и начальные значения канала для каждого пользователя. Разный seed случайного канала для каждого пользователя гарантирует, что каждый испытывает различные условия канала.

% Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ)  indicator bit set to one. Only
% one bit is required for PUCCH 1a
ACK = 1;
pucch = struct;  % PUCCH config structure
% Set the size of resources allocated to PUCCH format 2. This affects the
% location of PUCCH 1 transmission
pucch.ResourceSize = 0;
% Delta shift PUCCH parameter as specified in TS36.104 Appendix A9 [ <#8 1> ]
pucch.DeltaShift = 2;
% Number of cyclic shifts used for PUCCH format 1 in resource blocks with a
% mixture of formats 1 and 2. This is the N1cs parameter as specified in
% TS36.104 Appendix A9
pucch.CyclicShifts = 0;
% Vector of PUCCH resource indices for all UEs as specified in TS36.104
% Appendix A9
usersPUCCHindices = [2 1 7 14];
% PUCCH power for all UEs as specified in TS36.104 Appendix A9
usersPUCCHpower = [0 0 -3 3];

Канал распространения Строения

Этот раздел кода конфигурирует каналы распространения для четырех UE. Параметры заданы в тестах, описанных в TS36.104 8.3.4.1 [1], и являются: ETU 70Hz и 2 приема, т.е. базовая станция, антенны сконфигурированы как 2. Каждый UE увидит разный канал, поэтому в каждом случае используется разный seed. Это задано в ueChannelSeed параметр.

channel = struct;                   % Channel config structure
channel.NRxAnts = 2;                % Number of receive antennas
channel.DelayProfile = 'ETU';       % Channel delay profile
channel.DopplerFreq = 70.0;         % Doppler frequency in Hz
channel.MIMOCorrelation = 'Low';    % Low MIMO correlation
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

% SC-FDMA modulation information: required to get the sampling rate
info = lteSCFDMAInfo(ue);
channel.SamplingRate = info.SamplingRate;   % Channel sampling rate

% Channel seeds for each of the 4 UEs (arbitrary)
ueChannelSeed = [11 1 7 14];

Строение оценщика канала

Устройство оценки канала сконфигурировано с использованием структуры. Здесь кубическая интерполяция будет использоваться с окном усреднения 9x9 ресурсных элементов.

cec = struct;        % Channel estimation config structure
cec.TimeWindow = 9;  % Time averaging window size in resource elements
cec.FreqWindow = 9;  % Frequency averaging window size in resource elements
cec.InterpType = 'cubic';         % Cubic interpolation
cec.PilotAverage = 'UserDefined'; % Type of pilot averaging

Цикл симуляции для сконфигурированных точек ОСШ

Цикл используется, чтобы запустить симуляцию для набора точек ОСШ, заданную вектором SNRdB. Вектор ОСШ, сконфигурированный здесь, является областью значений точек ОСШ, включая точку ОСШ на -4.1dB, ОСШ, при котором должно быть достигнуто требование тестирования для частоты обнаружения АСК (99%).

% Preallocate memory for missed detection probability vector
PMISS = zeros(size(SNRdB));
for nSNR = 1:length(SNRdB)

    % Detection failures counter
    missCount = 0;
    falseCount = 0;

    % Noise configuration
    SNR = 10^(SNRdB(nSNR)/20);              % Convert dB to linear
    % The noise added before SC-FDMA demodulation will be amplified by the
    % IFFT. The amplification is the square root of the size of the IFFT.
    % To achieve the desired SNR after demodulation the noise power is
    % normalized by this value. In addition, because real and imaginary
    % parts of the noise are created separately before being combined into
    % complex additive white Gaussian noise, the noise amplitude must be
    % scaled by 1/sqrt(2*ue.NTxAnts) so the generated noise power is 1.
    N = 1/(SNR*sqrt(double(info.Nfft)))/sqrt(2.0*ue.NTxAnts);
    % Set the type of random number generator and its seed to the default
    % value
    rng('default');

    % Subframe and user loops
    % We now enter two further loops to process multiple subframes and
    % create each of the users' transmissions. The fading process time
    % offset, InitTime, is also generated for the current subframe

    offsetused = 0;
    for nsf = 1:numSubframes

        % Channel state information: set the init time to the correct value
        % to guarantee continuity of the fading waveform
        channel.InitTime = (nsf-1)/1000;

        % Loop for each user
        for user = 1:4

            % Create resource grid
            ue.NSubframe = mod(nsf-1,10);
            txgrid = lteULResourceGrid(ue);

            % Configure resource index for this user
            pucch.ResourceIdx = usersPUCCHindices(user);

            % ACK bit to transmit for the 1st (target) user, the PUCCH
            % Format 1 carries the Hybrid ARQ (HARQ) indicator ACK and for
            % other users it carries a random HARQ indicator. As there is a
            % single indicator, the transmissions will be of Format 1a. The
            % PUCCH Format 1 DRS carries no data.
            if (user==1)
                txACK = ACK;
            else
                txACK = randi([0 1],1,1);
            end

            % Generate PUCCH 1 and its DRS
            % Different users have different relative powers
            pucch1Sym = ltePUCCH1(ue,pucch,txACK)* ...
                10^(usersPUCCHpower(user)/20);
            pucch1DRSSym = ltePUCCH1DRS(ue,pucch)* ...
                10^(usersPUCCHpower(user)/20);

            % Generate indices for PUCCH 1 and its DRS
            pucch1Indices = ltePUCCH1Indices(ue,pucch);
            pucch1DRSIndices = ltePUCCH1DRSIndices(ue,pucch);

            % Map PUCCH 1 and PUCCH 1 DRS to the resource grid
            if (~isempty(txACK))
                txgrid(pucch1Indices) = pucch1Sym;
                txgrid(pucch1DRSIndices) = pucch1DRSSym;
            end

            % SC-FDMA modulation
            txwave = lteSCFDMAModulate(ue,txgrid);

            % Channel modeling and superposition of received signals.
            % The additional 25 samples added to the end of the waveform
            % are to cover the range of delays expected from the channel
            % modeling (a combination of implementation delay and channel
            % delay spread). On each iteration of the loop we accumulate
            % the sum of each transmitted signal, simulating the reception
            % of all four users at the base station.
            channel.Seed = ueChannelSeed(user);
            if (user==1)
                rxwave = lteFadingChannel(channel,[txwave; zeros(25,NTxAnts)]);
            else
                rxwave = rxwave + ...
                    lteFadingChannel(channel,[txwave; zeros(25,NTxAnts)]);
            end
        end

        % Receiver

        % Add AWGN noise at the receiver
        noise = N*complex(randn(size(rxwave)),randn(size(rxwave)));
        rxwave = rxwave + noise;

        % Use the resource indices for the user of interest
        pucch.ResourceIdx = usersPUCCHindices(1);

        % Synchronization
        % The uplink frame timing estimate for UE1 is calculated using
        % the PUCCH 1 DRS signals and then used to demodulate the
        % SC-FDMA signal.
        % An offset within the range of delays expected from the channel
        % modeling (a combination of implementation delay and channel
        % delay spread) indicates success.
        offset = lteULFrameOffsetPUCCH1(ue,pucch,rxwave);
        if (offset<25)
            offsetused = offset;
        end

        % SC-FDMA demodulation
        % The resulting grid (rxgrid) is a 3-dimensional matrix. The number
        % of rows represents the number of subcarriers. The number of
        % columns equals the number of SC-FDMA symbols in a subframe. The
        % number of subcarriers and symbols is the same for the returned
        % grid from lteSCFDMADemodulate as the grid passed into
        % lteSCFDMAModulate. The number of planes (3rd dimension) in the
        % grid corresponds to the number of receive antenna.
        rxgrid = lteSCFDMADemodulate(ue,rxwave(1+offsetused:end,:));

        % Channel estimation
        [H,n0] = lteULChannelEstimatePUCCH1(ue,pucch,cec,rxgrid);

        % PUCCH 1 indices for UE of interest
        pucch1Indices = ltePUCCH1Indices(ue,pucch);

        % Extract resource elements (REs) corresponding to the PUCCH 1 from
        % the given subframe across all receive antennas and channel
        % estimates
        [pucch1Rx,pucch1H] = lteExtractResources(pucch1Indices,rxgrid,H);

        % Minimum Mean Squared Error (MMSE) Equalization
        eqgrid = lteULResourceGrid(ue);
        eqgrid(pucch1Indices) = lteEqualizeMMSE(pucch1Rx,pucch1H,n0);

        % PUCCH 1 decoding
        rxACK = ltePUCCH1Decode(ue,pucch,1,eqgrid(pucch1Indices));

        % Detect missed (empty rxACK) or incorrect HARQ-ACK (compare
        % against transmitted ACK.
        if (isempty(rxACK) || any(rxACK~=ACK))
            missCount = missCount + 1;
        end


    end

    PMISS(nSNR) = missCount/numSubframes;

end

Результаты

Наконец, мы строим график моделируемых результатов с учетом целевой эффективности, как предусмотрено в стандарте.

plot(SNRdB,PMISS,'b-o','LineWidth',2,'MarkerSize',7);
grid on;
hold on;
plot(-4.1,0.01,'rx','LineWidth',2,'MarkerSize',7);
xlabel('SNR (dB)');
ylabel('Probability of ACK missed detection');
title('Multi user PUCCH Format 1a test (TS36.104 Section 8.3.4.1)');
axis([SNRdB(1)-0.1 SNRdB(end)+0.1 -0.05 0.4]);
legend('simulated performance','target');

Избранная библиография

  1. 3GPP TS 36.104 «Радиопередача и прием базовой станции (BS)»