主要内容

NB-IoT NPDSCH块错误率模拟

该示例展示了如何使用LTE工具箱™创建频率选择性衰落和加性高斯白噪声(AWGN)信道下的NB-IoT窄带物理下行共享信道(NPDSCH)块错误率(BLER)模拟。

简介

LTE的3GPP第13版开始增加对窄带物联网应用的支持。金宝app版本13定义了一个NB-IoT终端类别,即Cat-NB1,版本14增加了Cat-NB2,允许更大的传输块大小。本例主要关注Release 13 NB-IoT。

该示例为许多信噪比点和传输参数生成了NB-IoT NPDSCH BLER曲线。NPSS和NSSS在适当的子帧中传输,NPSS用于实际的定时同步。NPSS和NSSS子帧不用于NPDSCH传输。NRS在NPDSCH子帧中传输,并用于实际的信道估计。本例中不考虑NPBCH传输间隙。

模拟配置

仿真长度为若干信噪比点的4个DL-SCH传输块。大量的numTrBlks应该用于产生有意义的吞吐量结果。信噪比可以是值的数组或标量。在不同的重复值上执行模拟,以比较重复的性能改进。

numTrBlks = 4;%模拟传输块数SNRdB = - 34:0;%信噪比范围,单位为dBIreps = [0 5 9];%模拟的次数范围

设置高层参数

设置以下高层参数,用于在下一节中配置NPDSCH:

  • 的变量NPDSCHDataType表示NPDSCH是否携带SystemInformationBlockType1-NB (SIB1-NB),以及NPDSCH是否携带广播控制通道(BCCH)。的允许值NPDSCHDataType“SIB1NB”“BCCHNotSIB1NB”而且“NotBCCH”.注意SIB1-NB属于BCCH。

  • NPDSCH是否携带SIB1-NB会影响NPDSCH的重复次数和传输块大小(TBS)(见3GPP TS 36.213 16.4.1.3和16.4.1.5 [2])。NPDSCHDataType设置为“SIB1NB”表示NPDSCH携带SIB1-NB;NPDSCHDataType设置为任意一个“BCCHNotSIB1NB”“NotBCCH”表示NPDSCH不携带SIB1-NB。

  • NPDSCH的重复模式和置乱序列的产生受到NPDSCH是否携带BCCH的影响(见3GPP TS 36.211 10.2.3 [1])。NPDSCHDataType设置为任意一个“SIB1NB”“BCCHNotSIB1NB”表示NPDSCH携带BCCH;NPDSCHDataType设置为“NotBCCH”表示NPDSCH未携带BCCH。

NPDSCHDataType =“NotBCCH”%允许的值为'SIB1NB', 'BCCHNotSIB1NB'或'NotBCCH'
  • 的变量安全部队根据3GPP TS 36.213配置NPDSCH的子帧数表16.4.3.1 -1 [2].的有效值安全部队是0。7。

当NPDSCH携带SIB1-NB时:

  • 的变量SchedulingInfoSIB1根据3GPP TS 36.213表16.4.1.3-3配置NPDSCH重复次数,根据表16.4.1.5.2-1配置TBS [2].的有效值SchedulingInfoSIB1是0…11。

当NPDSCH不携带SIB1-NB时:

  • 的变量IRep根据3GPP TS 36.213配置NPDSCH重复次数表16.4.4.3 -2 [2].的有效值IRep是0…15。

  • 的变量imc在一起IRep按照3GPP TS 36.213配置TBS表16.4.1.5.1-1 [2].的有效值imc是0…13。

Isf = 0;% DCI中的资源分配字段(DCI格式N1或N2)SchedulingInfoSIB1 = 0;MasterInformationBlock-NB中的调度信息字段(MIB-NB)Imcs = 4;DCI中调制和编码方案字段(DCI格式N1或N2)

eNB配置

配置起始帧和子帧号(enb。NFrame而且enb。NSubframe),为每个信噪比点的窄带物理单元IDenb。NNCellID, NRS天线端口数目(enb。NBRefP, 1个天线端口表示使用2000端口,2个天线端口表示使用2000和2001端口),为NB-IoT运行模式enb。OperationMode可以是任意值,如下所示:

  • “独立”:部署在LTE频谱之外的NB-IoT运营商,例如用于GSM或卫星通信的频谱

  • “Guardband”:部署在两个LTE运营商之间的防护带内的NB-IoT运营商

  • “Inband-SamePCI”:部署在LTE运营商资源块中的NB-IoT运营商,与enb。NBRefP与CRS端口个数相同enb。CellRefP

  • “Inband-DifferentPCI”:部署在LTE运营商资源块中的NB-IoT运营商,与enb。NBRefP不同的是enb。CellRefP

enb。CellRefP当操作模式为“Inband-DifferentPCI”.NPDSCH子帧中的起始OFDM符号索引使用enb。ControlRegionSize时的值NPDSCHDataType而且enb。OperationMode满足以下条件:

  • NPDSCHDataType要么是“BCCHNotSIB1NB”“NotBCCH”

  • enb。OperationMode要么是“Inband-SamePCI”“Inband-DifferentPCI”

enb。NFrame = 0;%模拟起始帧数enb。NSubframe = 0;模拟起始子帧号enb。NNCellID = 0;NB-IoT物理小区IDenb。NBRefP = 2;% NRS天线端口数,应为1或2enb。OperationMode =“Inband-DifferentPCI”允许的值是“Inband-SamePCI”,“Inband-DifferentPCI”,“Guardband”或“Standalone”如果strcmpi (enb。OperationMode,“Inband-SamePCI”) enb。CellRefP = enb.NBRefP;%允许取值为NBRefP或4enb。NCellID = enb.NNCellID;elseifstrcmpi (enb。OperationMode,“Inband-DifferentPCI”) enb。CellRefP = 4;% Cell RS天线端口数(必须等于NBRefP或4)enb。NCellID = 1;结束如果(strcmpi (NPDSCHDataType“BCCHNotSIB1NB”) || strcmpi(NPDSCHDataType)“NotBCCH”) & &...(strcmpi (enb。OperationMode,“Inband-SamePCI”) || strcmpi(enb.)OperationMode,“Inband-DifferentPCI”enb))。ControlRegionSize = 3;%允许的值为0…13结束

传播信道模型配置

结构通道包含通道模型配置参数。

通道= struct;初始化通道配置结构通道。种子= 6;%沟道种子通道。NRxAnts = 1;% 1接收天线通道。DelayProfile =“环保署”%延迟配置文件通道。DopplerFreq = 5;%多普勒频率,单位为Hz通道。MIMOCorrelation =“低”%多天线相关性通道。NTerms = 16;衰落模型中使用的振荡器通道。ModelType =“GMEDS”瑞利衰落模型类型通道。InitPhase =“随机”%随机初始相通道。NormalizePathGains =“上”正常化延迟配置文件功率通道。NormalizeTxAnts =“上”用于发射天线归一化

信道估计器配置

在本例中为参数perfectChannelEstimator控制信道估计器的行为。有效值为真正的.当设置为真正的,则使用完美信道估计器,否则则使用基于接收到NRS值的实用估计器。

%通道估计器行为perfectChannelEstimator = true;

所述实用信道估计器配置有结构cec.具有5Hz多普勒的EPA延迟配置文件导致信道随时间缓慢变化。因此,通过将时间窗口设置为1资源元素(RE)和频率窗口设置为25,只对先导估计执行频率平均,以确保对资源块的所有子载波进行平均。

配置信道估计器cec。PilotAverage =“UserDefined”导频符号平均的类型cec。TimeWindow = 1;%时间窗口大小在REscec。FreqWindow = 25;%频率窗口大小在REscec。InterpType =“立方”% 2D插值类型cec。InterpWindow =“中心”插补窗口类型cec。InterpWinSize = 3;插值窗口大小%cec。Reference =“关系”信道估计器参考信号

NPDSCH配置

从上面定义的上层配置中获取以下NPDSCH参数:

  • 重复次数(NRep

  • 当无重复时NPDSCH使用的子帧数(NSF

  • 传输块大小(TBS

这些参数可以通过使用类来获得hNPDSCHInfohNPDSCHInfo还提供了方法displaySubframePattern以显示NPDSCH重复模式,这将在下一节中显示。

注意,当NPDSCH不携带SIB1-NB时,如果配置了IRep而且imc值导致空TBS。当TBS没有为特定对象定义时就是这种情况IRep而且imc3GPP TS 36.213表16.4.1.5.1-1 [2].

repIdx = 1:数字(ireps)
npdschInfo = hNPDSCHInfo;npdschInfo。NPDSCHDataType = NPDSCHDataType;npdschInfo。Isf = Isf;如果strcmpi (NPDSCHDataType“SIB1NB”携带SIB1-NB的% NPDSCHnpdschInfo。SchedulingInfoSIB1 = SchedulingInfoSIB1;其他的% NPDSCH不携带SIB1-NBnpdschInfo。IRep= ireps(repIdx);DCI中重复数字段的百分比(DCI格式N1或N2)npdschInfo。imc= IMCS;DCI中调制和编码方案字段(DCI格式N1或N2)验证IRep和IMCS的输入如果npdschInfo isempty (npdschInfo.TBS)。TBSTable错误([无效[ITBS,ISF](其中ITBS=IMCS='num2str (imc)...”,安全部队= 'num2str(安全部队)')对,返回空TBS,检查上表或3GPP TS 36.213表16.4.1.5.1-1'中的有效对]);结束结束

创建结构npdsch使用得到的重复次数(npdschInfo。NRep),表示NPDSCH的子帧数(npdschInfo。NSF)从类实例npdschInfo,输入参数NPDSCHDataType以及无线网络临时标识符RNTI。请注意,NSF = 8用于以下情况NPDSCHDataType“SIB1NB”

npdsch。NSF= npdschInfo.NSF; npdsch.NRep = npdschInfo.NRep; npdsch.NPDSCHDataType = NPDSCHDataType; npdsch.RNTI = 1;

使用DL-SCH码率验证配置的上层参数。码率是CRC编码后的比特数与速率匹配后的比特数之比。在这种情况下SIB1NB设置为真正的,码率R可以大于或等于1,这不是一个有效的场景。例如,这种情况发生的时候安全部队设置为0和SchedulingInfoSIB1设置为3。

[~,info] = lteNPDSCHIndices(enb,npdsch);rmoutlen = info.G;速率匹配后的比特长度,即码字长度trblklen = npdschInfo.TBS;%传输块大小R = (trblklen+24)/rmoutlen;% DL-SCH信道编码率,24表示CRC比特数如果R >= 1错误(['DL-SCH编码率('num2str(右)')大于或等于1的配置参数。']);结束

显示子帧重复模式

的变量displayPattern控制NPDSCH子帧重复模式的显示。下图为NPDSCH携带BCCH时的示例,NPDSCH由npdschInfo。NSF = 3不同的子帧,每种颜色代表一个子帧,代表1ms。每个子帧都是重复的npdschInfo。NRep = 4因此总共需要12个子帧来传输NPDSCH。

%当前配置的NPDSCH重复模式为%显示如下displayPattern = false;显示NPDSCH重复模式如果displayPattern == true npdschinfo . displaysubframpattern;结束

块错误率模拟回路

本部分示例演示如何执行NB-IoT NPDSCH链路级模拟并绘制BLER结果。发送和接收链如下图所示。

具有所需传输块大小的随机比特流经过CRC编码、卷积编码和速率匹配得到NPDSCH比特,并按照特定的子帧重复模式进行重复。然后应用置乱、调制、层映射和预编码形成复杂的NPDSCH符号。这些符号与NRS信号一起被映射到网格和OFDM调制以创建时域波形。然后通过衰落信道传递,并添加AWGN。然后对噪声波形进行同步和解调。对恢复的NPDSCH符号进行信道估计和均衡,然后进行信道解码和解调以恢复传输块。在去置乱后,重复子帧在速率恢复前进行软组合。对每个信噪比点计算传输块错误率。块错误率的评估是基于一个包中的所有子帧都用于在终端解码传输块的假设。bundle是在MAC层定义的(参见3GPP TS 36.321 5.3.2.1 [3.])及npdsch。NSF$ \ * $npdsch。NRep用于携带传输块的子帧。

模拟起始点的绝对子帧数NSubframe = enb.NFrame*10+enb.NSubframe;初始化BLER和吞吐量结果maxThroughput = 0 (length(SNRdB),1);simThroughput = 0(长度(SNRdB),1);bler = 0(1,数字(SNRdB));临时变量'enb_init'和'channel_init'用于创建在信噪比循环中创建临时变量'enb'和'channel''parfor'循环的%独立模拟循环Enb_init = enb;Channel_init = channel;snrIdx = 1:数字(SNRdB)% parfor snrIdx = 1:数值(SNRdB)允许使用并行计算,以提高注释输出的速度%上面的'for'语句,并取消下面的'parfor'语句的注释。这需要并行计算工具箱。如果没有安装% 'parfor'将默认为普通的'for'语句。根据循环变量设置随机数生成器种子%,确保独立的随机流rng (snrIdx“combRecursive”);流(在%gdB信噪比\n'处模拟%d个传输块、numTrBlks SNRdB (snrIdx));Enb = enb_init;初始化eNodeB配置Channel = channel_init;初始化衰落信道配置TXCW = [];初始化传输的码字numBlkErrors = 0;出错传输块的百分比地产= [];初始化NPDSCH编码器状态Dstate = [];初始化NPDSCH解码器状态lastOffset = 0;初始化整体帧定时偏移量偏移量= 0;初始化帧定时偏移量subframeGrid = lteNBResourceGrid(enb);初始化子帧网格subframeIdx = NSubframe;numRxTrBlks = 0;(numRxTrBlks < numTrBlks)设置当前子帧和帧号enb。NSubframe = mod(subframeIdx,10);enb。NFrame = floor((subframeIdx)/10);生成NPSS符号和索引npssSymbols = lteNPSS(enb);npssIndices = lteNPSSIndices(enb);将符号映射到子帧网格subframeGrid(npssIndices) = npssSymbols;生成NSSS符号和索引nsssSymbols = lteNSSS(enb);nsssIndices = lteNSSSIndices(enb);将符号映射到子帧网格subframeGrid(nsssIndices) = nsssSymbols;确定是否传播NPSS或NSSS,如果是,%未在此子帧中传输NPDSCHisDataSubframe = isempty(npssSymbols) && isempty(nsssSymbols);创建一个新的传输块并对其进行编码%传输码字为空。接收端设置码字%为空,表示包中的所有子帧都已被删除收到的%(在第一次传输之前也是空的)如果isempty(txcw) txTrBlk = randi([0 1],trblklen,1);txcw = lteNDLSCH(rmoutlen,txTrBlk);结束如果(isDataSubframe)为子帧生成NPDSCH符号和索引[txNpdschSymbols,estate] = lteNPDSCH(enb,npdsch,txcw,estate);npdschIndices = lteNPDSCHIndices(enb,npdsch);将符号映射到子帧网格subframeGrid(npdschIndices) = txNpdschSymbols;生成NRS符号和索引nrsSymbols = lteNRS(enb);nrsIndices = lteNRSIndices(enb);将符号映射到子帧网格subframeGrid(nrsIndices) = nrsSymbols;结束%执行OFDM调制以生成时域波形[tx波形,ofdmInfo] = nbofdmmodulation (enb,subframeGrid);添加25个样本填充。这是为了覆盖延迟的范围%的预期从通道建模(组合%实现延迟和信道延迟扩展)tx波形= [tx波形;enb.NBRefP 0(25日)];% #好< AGROW >初始化每个子帧的通道时间通道。InitTime = subframeIdx/1000;通过通道模型传递数据通道。SamplingRate = ofdmInfo.SamplingRate;[rx波形,fadingInfo] = lteFadingChannel(通道,tx波形);计算噪声增益,包括下行功率补偿%分配信噪比= 10^(SNRdB(snrIdx)/20);%归一化噪声功率,以考虑采样率,其中%是用于OFDM调制的IFFT大小的函数,并且%天线数N0 = 1/(√(2.0*enb.NBRefP*double(ofdmInfo.Nfft))*信噪比);创建加性高斯白噪声噪声= N0*complex(randn(size(rx波形)),...randn(大小(rxWaveform)));将AWGN添加到接收的时域波形中rx波形= rx波形+噪声;%------------------------------------------------------------------%接收%------------------------------------------------------------------%执行定时同步,提取相应的%子帧的接收波形,并执行OFDM%解调如果(perfectChannelEstimator) offset = hPerfectTimingEstimate(fadingInfo);其他的在本例中,子帧偏移量计算依赖于%的NPSS出现在子帧5中,所以我们需要填充%子帧在它前面,使帧偏移量返回由% lteNBDLFrameOffset是子帧5的偏移量sfTsamples = ofdmInfo.SamplingRate*1e-3;如果(enb.NSubframe==5) padding = 0 ([sfTsamples*5,size(rx波形,2)]);offset = lteNBDLFrameOffset(enb,[填充;rxWaveform]);如果(offset > 25) || (offset < 0) offset = lastOffset;结束lastOffset = offset;结束结束同步接收到的波形rx波形= rx波形(1+offset:end,:);对接收到的数据进行OFDM解调以重建数据%资源网格rxSubframe = nbOFDMDemodulate(enb, rx波形);%信道估计如果(perfectChannelEstimator)%完美信道估计estChannelGrid = nbDLPerfectChannelEstimate(enb, channel, offset);noiseGrid = nbOFDMDemodulate(enb, noise(1+offset:end,:));noiseEst = var(noiseGrid(:));其他的[estChannelGrid, noiseEst] = lteDLChannelEstimate(...enb, cec, rxSubframe);结束如果(isDataSubframe)获取NPDSCH指数npdschIndices = lteNPDSCHIndices(enb, npdsch);从接收的子帧中获取PDSCH资源元素。规模的接收子帧百分比由PDSCH功率因数Rho。PDSCH是%按此量缩放,而单元格引用符号用于%信道估计(用于PDSCH解码阶段)则不是。[rxNpdschSymbols, npdschest] = lteExtractResources(npdschIndices,...rxSubframe estChannelGrid);解码NPDSCH[rxcw,dstate,symbols] = lteNPDSCHDecode(...enb, npdsch, rxNpdschSymbols, npdschest, noiseEst,dstate);解码传输块时,所有的子帧在一个捆绑%已收到如果dstate。EndOfTx [trblkout,blkerr] = lteNDLSCHDecode(trblklen,rxcw);numBlkErrors = numBlkErrors + blkerr;numRxTrBlks = numRxTrBlks + 1;重新初始化以启用新的传输块的传输TXCW = [];结束结束subframeIdx = subframeIdx + 1;结束计算块错误率bler(snrIdx) = numBlkErrors/numTrBlks;流(' npdsch bler = %。4 f \ n”提单(snrIdx));计算最大吞吐量和模拟吞吐量maxThroughput(snrIdx) = trblklen*numTrBlks;最大可能吞吐量simThroughput(snrIdx) = trblklen*(numTrBlks-numBlkErrors);%模拟吞吐量流('NPDSCH吞吐量(%%)= %。4 f % % \ n”simThroughput (snrIdx) * 100 / maxThroughput (snrIdx));结束
在-32dB信噪比下模拟4个传输块
模拟4传输块-32分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-28分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-24分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-20分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-16分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块在-12dB信噪比NPDSCH BLER = 0.2500 NPDSCH Throughput(%) = 75.0000 %模拟4个传输块在-8dB信噪比NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH Throughput(%) = 100.0000 %模拟4个传输块在-4dB信噪比NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH Throughput(%) = 100.0000 %模拟4个传输块在0dB信噪比NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH Throughput(%) = 100.0000 %
模拟4传输块-32分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-28分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-24分贝信噪比NPDSCH提单= 0.2500 NPDSCH吞吐量(%)= 75.0000%模拟4传输块-20分贝信噪比NPDSCH提单= 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000%模拟4传输块-16分贝信噪比NPDSCH提单= 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000%模拟4在-12dB信噪比下的传输块NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000 %模拟4个传输块在-8dB信噪比下的传输块NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000 %模拟4个传输块在-4dB信噪比下的传输块NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000 %

图块错误率vs信噪比结果

如果repIdx == 1 fh = figure;网格;持有;包含(“信噪比(dB)”);ylabel (“提单”);Legendstr = {['NRep = 'num2str (npdsch.NRep)]};其他的传奇str =[传奇str]'NRep = 'num2str (npdsch.NRep)];% #好< AGROW >结束图(跳频);情节(SNRdB,提单,“o”);

结束%设置图形标题如果strcmpi (NPDSCHDataType“SIB1NB”) npdsch。NSF = 8;结束标题([' 'char (npdsch.NPDSCHDataType)”:TBS = 'num2str (trblklen)...”;NSF = 'num2str (npdsch.NSF)“;”num2str (enb_init.NBRefP)“NRS端口”]);传奇(legendstr);

下面的图显示了模拟运行numTrBlks设置为1000,同时使用完美的信道估计器。

附录

下面的例子使用了helper函数:

选定的参考书目

  1. 3GPP TS 36.211《物理通道和调制》

  2. 3GPP TS 36.213“物理层程序”

  3. 3GPP TS 36.321《媒介访问控制(MAC)协议规范》

  4. 3GPP TS 36.101《用户设备(UE)无线电发射和接收》

本地函数

NB-IoT DL OFDM调制器函数[波形,信息]= nbofdmmodulation (enb,grid)根据TS 36.104表E.5.1-1a应用默认窗口大小如果(~ isfield (enb“窗口”enb))。窗口= 6;结束使用NB-IoT SC-FDMA在OFDM调制上获得1/2子载波移位enb。NBULSubcarrierSpacing =“15 khz”;[波形,信息]= lteSCFDMAModulate(enb,grid);结束NB-IoT DL OFDM解调器函数grid = nbOFDMDemodulate(enb, rx波形)使用NB-IoT SC-FDMA在OFDM调制上获得1/2子载波移位enb。NBULSubcarrierSpacing =“15 khz”;grid = lteSCFDMADemodulate(enb, rx波形,0.55);% CP分数为0.55结束% NB-IoT DL完美信道估计器函数H = nbDLPerfectChannelEstimate(enb,channel,timefreqoffset)重新配置NB-IoT UL完美的信道估计器,以执行完美的DL%信道估计enb。NBULSubcarrierSpacing =“15 khz”;enb。NTxAnts = enb.NBRefP;enb。TotSlots = 2;H = lteULPerfectChannelEstimate(enb, channel,timefreqoffset);结束
NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-28分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-24分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-20分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-16分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4传输块-12分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000NPDSCH Throughput(%) = 0.0000 % Simulating 4 transport blocks at -8dB SNR NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH Throughput(%) = 0.0000 % Simulating 4 transport blocks at -4dB SNR NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH Throughput(%) = 0.0000 % Simulating 4 transport blocks at 0dB SNR NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH Throughput(%) = 100.0000 %