Отчет о тесте соответствия индикатора качества канала (CQI)

Этот пример демонстрирует, как измерить эффективность отчетности по индикатору качества канала (CQI) с помощью LTE Toolbox™ в условиях проверки на соответствие, как определено в TS36.101 разделе 9.3.2.1.1.

Введение

В этом примере подчеркивается использование lteCQISelect функция, которая обеспечивает оценку CQI. Также проверяется эффективность оценки CQI. Этот пример предоставляет тестовый набор, который показывает, что LTE Toolbox может удовлетворить тесту эффективности отчетов CQI, определенному в TS36.101 раздела 9.3.2.1.1 [1]. Требования к эффективности теста следующие:

  • индекс CQI, не находящийся в наборе {медиана CQI - 1, медиана CQI + 1}, должен сообщаться не менее 20% времени;

  • отношение пропускной способности, полученное при передаче транспортного формата, указанного каждым сообщаемым широкополосным индексом CQI и полученного при передаче фиксированного транспортного формата, сконфигурированного в соответствии с широкополосным медианом CQI, должно быть > = 1,05;

  • при передаче транспортного формата, указанного каждым сообщенным широкополосным индексом CQI, среднее значение BLER для указанных транспортных форматов должно быть больше или равным 0,02.

Этот пример проверяет, что эти требования выполняются.

Область Строения

Пример выполняется для длины симуляции 10 систем координат в ОСШ 6.0dB. Большое количество NFrames следует использовать для достижения значимых результатов.

NFrames = 10;
SNRdB = 6.0;

Строение eNodeB

Настройки eNodeB заданы в структуре enb. Это включает подструктуру PDSCH конфигурирование PDSCH в соответствии с требованиями теста соответствия: HARQ отключается путем установки последовательности RV в нуль и значения CSIMode сконфигурировано в соответствии TS36.101 таблицей 9.3.2.1.1-1 [1].

enb = struct('RC','R.3');         % Set up parameters of RMC R.3
enb = lteRMCDL(enb);
enb.CFI = 3;                      % Reconfigure Control Format Indicator
enb.OCNGPDSCHEnable = 'On';       % Enable OCNG for unallocated PDSCH REs
enb.TotSubframes = 1;             % Reconfigure for a single subframe
enb.PDSCH.RVSeq = 0;              % Disable HARQ
enb.PDSCH.CSIMode = 'PUCCH 1-0';  % Configure the CSI reporting mode
enb.PDSCH.CSI = 'On';             % CSI scaling of soft bits

Модели канала распространения Строения

Структура, channel, содержит параметры конфигурации модели канала.

channel.Seed = 10;                  % Channel seed
channel.NRxAnts = 2;                % 2 receive antennas
channel.DelayProfile = 'EPA';       % Delay profile
channel.DopplerFreq = 5.0;          % Doppler frequency
channel.MIMOCorrelation = 'High';   % Multi-antenna correlation
channel.ModelType = 'GMEDS';        % Rayleigh fading model type
channel.NormalizeTxAnts = 'On';     % Normalize for transmit antennas
channel.NormalizePathGains = 'On';  % Normalize delay profile power
channel.InitPhase = 'Random';       % Random initial phases
channel.NTerms = 16;                % Oscillators used in fading model

 % Set channel model sampling rate
ofdmInfo = lteOFDMInfo(enb);
channel.SamplingRate = ofdmInfo.SamplingRate;

Строение оценщика канала

Устройство оценки канала сконфигурировано со структурой cec. Переменная perfectChanEstimator управляет поведением оценщика канала. Допустимые значения true или false. Когда установлено значение true в противном случае используется совершенная оценка канала, основанная на значениях принятых пилот-сигналов. В этом примере мы активируем идеальную оценку канала.

% Configure channel estimator
cec.PilotAverage = 'UserDefined';   % Type of pilot symbol averaging
cec.FreqWindow = 9;                 % Frequency window size in REs
cec.TimeWindow = 9;                 % Time window size in REs
cec.InterpType = 'Cubic';           % 2D interpolation type
cec.InterpWindow = 'Centered';      % Interpolation window type
cec.InterpWinSize = 1;              % Interpolation window size

% Channel estimator behavior
perfectChanEstimator = true;

Установите задержку CQI

Установите задержку CQI в подкадрах. Это задержка передачи CQI от UE к eNodeB, как определено в TS36.101 таблице 9.3.2.1.1-1 [1]. Обратите внимание, что обратная связь CQI принята идеальной, причем значения передаются назад в буфере, а не в восходящей линии связи.

cqiDelay = 8; % subframes

Обработка системы

Основная обработка разделена на две фазы, сконфигурированные через cqiConfig переменная цикла. Эти фазы реализуют два измерения, требуемые в эксплуатационных испытаниях, определенных в TS36.101 раздела 9.3.2.1.1 [1]:

UE сообщило CQI. Первая фаза (cqiConfig=1) выполняет передачу и прием PDSCH, где схема модуляции и кодирования (MCS) выбрана на базис CQI, сообщенного UE, причем сообщенный CQI обновляется каждые 2 субкадра и передается назад с задержкой 8 субкадров. Регистрируются конечная пропускная способность, BLER и медианный CQI, и BLER (measuredBLER) и отклонение от медианного CQI (measuredAlpha, в процентах) проверяются на соответствие заданным требованиям к эффективности.

Средний CQI. На второй фазе (cqiConfig=2), передача и прием PDSCH выполняются с использованием медианного CQI (medianCQI) определено в первой фазе. Регистрируется конечная пропускная способность и коэффициент пропускной способности (measuredGamma) между использованием UE, о котором сообщалось, фазой CQI и срединной фазой CQI сообщается и проверяется на соответствие указанному эффективностью требованию.

Обработка выполняется на субкадре по базису субкадров с помощью следующих шагов:

  • Выберите CQI. Для UE, сообщенного CQI, текущий CQI считывается с самого старого значения в буфере CQI cqiBuffer; для медианного CQI CQI всегда устанавливается на medianCQI (это достигается путем заполнения CQI-буфера медианным значением CQI, и буфер не будет обновлен).

  • Выберите MCS согласно CQI. Индекс схемы модуляции и кодирования (MCS), соответствующий CQI, выбирается с помощью интерполяционной таблицы, заданной TS36.101 таблице A.4-1 CSI RMC RC.1 FDD (MCS.1).

  • Определите размер транспортного блока и порядок модуляции. Индекс MCS передается в lteMCS функция, которая вычисляет соответствующий индекс размера транспортного блока (TBS) и порядок модуляции; а lteTBS затем функция используется для вычисления TBS из индекса TBS и количества ресурсных блоков, выделенных PDSCH.

  • Передайте и примите форму волны. Данные транспортных блоков генерируются и передаются в lteRMCDLTool для создания переданной нисходящей формы волны. Затем эта форма волны передается через канал с замираниями, и добавляется шум AWGN. Принимаемый сигнал синхронизируют и демодулируют OFDM и выполняют оценку канала.

  • Измерьте пропускную способность PDSCH. PDSCH и DL-SCH декодируются, и проход/непрохождение CRC записывается, чтобы определить пропускную способность данных.

  • Обновление CQI. Если обновление CQI запланировано в этом подкадре, используйте оценку канала, чтобы обновить CQI с помощью lteCQISelect функция. Обновленное значение CQI записывается в буфер CQI. Если обновление CQI не запланировано в этом подкадре, то предыдущее значение CQI используется повторно.

% Initialize variables used for results recording
CQIReport = [];     % reported CQI values
SINRReport = [];    % corresponding SINR values
xaxis = [];         % corresponding subframe numbers

% For each CQI configuration (UE reported and median):
for cqiConfig = 1:2

    if (cqiConfig==1)
        cqiConfigStr = 'UE reported';
    else
        cqiConfigStr = 'median';
    end
    fprintf('\nSimulating with %s CQI at %gdB SNR for %d Frame(s)\n', ...
        cqiConfigStr,SNRdB,NFrames);

    % Initialize CQI values: for UE reported, set to all ones; for median,
    % set to the median of the CQI values for the UE reported run
    if (cqiConfig==1)
        cqiBuffer = ones(1,cqiDelay);
    else
        cqiBuffer = ones(1,cqiDelay)*medianCQI;
    end

    % Initialize variables
    rng('default');     % Default random number generator seed
    totalCRC = [];      % CRC values, used for throughput calculation
    totalTBS = [];      % TBS values, used for throughput calculation
    offsets = 0;        % Initialize frame offset value

    % For each subframe:
    for subframeNo = 0:(NFrames*10-1)

        % Update subframe number
        enb.NSubframe = mod(subframeNo,10);

        % Select CQI, reading the oldest value from the CQI buffer
        cqiPtr = mod(subframeNo,cqiDelay);
        CQI = cqiBuffer(cqiPtr+1);

        % Select MCS according to CQI using TS36.101 Table A.4-1 CSI RMC
        % RC.1 FDD (MCS.1), which defines the relationship between CQI
        % indices and MCS indices
        IMCSTable = [-1 0 0 2 4 6 8 11 13 16 18 21 23 25 27 27];
        IMCS = IMCSTable(CQI+1);

        % Determine TBS and modulation order
        [ITBS,modulation] = lteMCS(IMCS);
        enb.PDSCH.Modulation = {modulation};
        if (mod(enb.NSubframe,5)==0)
            TBS = 0;
        else
            TBS = double(lteTBS(size(enb.PDSCH.PRBSet,1),ITBS));
        end
        enb.PDSCH.TrBlkSizes(enb.NSubframe+1) = TBS;

        % Determine if a CQI update is required in this subframe, according
        % to reporting periodicity N_pd = 2ms and configuration index
        % cqi-pmi-ConfigurationIndex = 1 from TS36.101 Table 9.3.2.1.1-1
        cqiPeriod = 2; % periodicity N_pd
        cqiOffset = 1; % offset deriving from cqi-pmi-ConfigurationIndex
        cqiUpdate = (mod(subframeNo,cqiPeriod)==cqiOffset);

        % Establish if this subframe actually needs executed for PDSCH
        % reception, CQI estimation or initial timing offset estimation:
        if((TBS~=0 && subframeNo>=(cqiDelay+cqiOffset)) || ...
                (cqiConfig==1 && cqiUpdate) || subframeNo==0)

            % Generate random bits for the subframe
            data = randi([0 1],TBS,1);

            % Create OFDM resource grid containing RMC transmission and
            % perform OFDM modulation.
            txWaveform = lteRMCDLTool(enb,data);

            % The initialization time for channel modeling is set each
            % subframe to simulate a continuously varying channel
            channel.InitTime = subframeNo/1000;

            % Pass data through the fading channel model.
            % An additional 25 samples are added to the end of the
            % waveform. These are to cover the range of delays expected
            % from the channel modeling (a combination of implementation
            % delay and channel delay spread)
            rxWaveform = lteFadingChannel(channel, ...
                            [txWaveform ; zeros(25,size(txWaveform,2))]);

            % Calculate noise gain including compensation for downlink
            % power allocation
            SNR = 10^((SNRdB-enb.PDSCH.Rho)/20);

            % Normalize noise power to take account of sampling rate, which
            % is a function of the IFFT size used in OFDM modulation, and
            % the number of antennas
            N0 = 1/(sqrt(2.0*enb.CellRefP*double(ofdmInfo.Nfft))*SNR);

            % Create additive white Gaussian noise
            noise = N0*complex(randn(size(rxWaveform)), ...
                                randn(size(rxWaveform)));

            % Add AWGN to the received time domain waveform
            rxWaveform = rxWaveform + noise;

            % Perform synchronization
            % An offset within the range of delays expected from the
            % channel modeling (a combination of implementation delay and
            % channel delay spread) indicates success
            if (mod(subframeNo,10)==0)
                offset = lteDLFrameOffset(enb,rxWaveform);
                if (offset > 25)
                    offset = offsets(end);
                end
                offsets = [offsets offset]; %#ok<AGROW>
            end
            rxWaveform = rxWaveform(1+offset:end,:);

            % Perform OFDM demodulation on the received data to create
            % the received resource grid
            rxGrid = lteOFDMDemodulate(enb,rxWaveform);

            % Channel estimation
            if (perfectChanEstimator)
                chEstGrid = ...
                   lteDLPerfectChannelEstimate(enb,channel,offset);
                n = lteOFDMDemodulate(enb,noise(1+offset:end,:));
                noiseEst = var(reshape(n,numel(n),1));
            else
                [chEstGrid,noiseEst] = ...
                    lteDLChannelEstimate(enb,enb.PDSCH, ...
                        cec,rxGrid); %#ok<UNRCH>
            end

            % If this subframe requires PDSCH reception:
            if(TBS~=0 && subframeNo>=(cqiDelay+cqiOffset))

                % Decode the PDSCH
                ind = ltePDSCHIndices(enb,enb.PDSCH,enb.PDSCH.PRBSet);
                pdschRx = lteExtractResources(ind,rxGrid) * ...
                        (10^(-enb.PDSCH.Rho/20));
                pdschChEst = lteExtractResources(ind,chEstGrid);
                [rxBits,rxSymbols] = ltePDSCHDecode(enb,enb.PDSCH, ...
                                        pdschRx,pdschChEst,noiseEst);

                % Decode the DL-SCH
                [decbits,crc] = lteDLSCHDecode(enb,enb.PDSCH,TBS,rxBits);

                % Record the CRC and TBS values for final throughput
                % calculation
                totalCRC = [totalCRC crc]; %#ok<AGROW>
                totalTBS = [totalTBS TBS]; %#ok<AGROW>

            end

            % Update CQI:
            if (cqiConfig==1 && cqiUpdate)

                % Perform CQI selection
                [thisCQI,thisSINR] = ...
                    lteCQISelect(enb,enb.PDSCH,chEstGrid,noiseEst);

                % Feed the CQI value back to UE (in a buffer)
                cqiBuffer(cqiPtr+1) = thisCQI;

                % Record values for plotting
                CQIReport = [CQIReport thisCQI];    %#ok<AGROW>
                SINRReport = [SINRReport thisSINR]; %#ok<AGROW>
                xaxis = [xaxis subframeNo];         %#ok<AGROW>

            end

        end

        % For subframes where CQI was not updated, re-use the previous
        % value in the buffer
        if (cqiConfig==1 && ~cqiUpdate)
            cqiBuffer(cqiPtr+1) = cqiBuffer(mod(cqiPtr-1,cqiDelay)+1);
        end

    end

    % Display results for the current CQI configuration
    fprintf('\nResults with %s CQI:\n',cqiConfigStr);
    tputTotal = sum(totalTBS);
    if (cqiConfig==1)

        % Compute and display throughput
        tputUEReported = sum(totalTBS.*(1-totalCRC));
        fprintf('Throughput: %d bits (%0.2f%%)\n', ...
            tputUEReported,tputUEReported/tputTotal*100);

        % Compute and display BLER
        measuredBLER = mean(totalCRC);
        fprintf('BLER: %0.3f (requirement is >= 0.02)\n',measuredBLER);

        % Compute and display median CQI
        medianCQI = ceil(median(CQIReport));
        fprintf('Median CQI: %d\n',medianCQI');

        % Compute and display proportion of CQI values
        % outside +/- 1 of the median
        measuredAlpha = (sum(CQIReport<(medianCQI-1)) + ...
             sum(CQIReport>(medianCQI+1)))/length(CQIReport)*100;
        fprintf(['Percentage of CQI indices outside +/- 1 of median:' ...
            ' %0.2f%% (requirement is >= 20%%)\n'],measuredAlpha);

    else

        % Compute and display throughput
        tputMedian = sum(totalTBS.*(1-totalCRC));
        fprintf('Throughput: %d bits (%0.2f%%)\n', ...
            tputMedian,tputMedian/tputTotal*100);

        % Compute and display throughput ratio
        measuredGamma = tputUEReported/tputMedian;
        fprintf(['Throughput ratio (gamma): %0.3f' ...
            ' (requirement is >= 1.05)'],measuredGamma);

    end

end
Simulating with UE reported CQI at 6dB SNR for 10 Frame(s)

Results with UE reported CQI:
Throughput: 980384 bits (77.98%)
BLER: 0.219 (requirement is >= 0.02)
Median CQI: 10
Percentage of CQI indices outside +/- 1 of median: 30.00% (requirement is >= 20%)

Simulating with median CQI at 6dB SNR for 10 Frame(s)

Results with median CQI:
Throughput: 722304 bits (60.27%)
Throughput ratio (gamma): 1.357 (requirement is >= 1.05)

Графическое изображение результатов

Получается рисунок с двумя подграфиками. Первый подграфик показывает оцененный SINR для каждого субкадра; второй подграфик показывает сообщенный CQI для каждого субкадра. Это иллюстрирует, как SINR и соответствующий сообщенный CQI изменяются с течением времени из-за замирания канала.

figure;
subplot(2,1,1);
plot(xaxis,SINRReport,'rx-');
xlabel('Subframe number');
ylabel('Estimated SINR (dB)');
title('Estimated SINR versus subframe number');
hold on;
subplot(2,1,2);
plot(xaxis,CQIReport,'bo-');
xlabel('Subframe number');
ylabel('Selected CQI Index');
title('Selected CQI Index versus subframe number');

Избранная библиография

  1. 3GPP TS 36.101 «Радиопередача и прием пользовательского оборудования (UE)»