NB-IoT NPDSCH块错误率仿真

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这个例子展示了如何使用LTE工具箱™在频率选择性衰落和加性高斯白噪声(AWGN)信道下创建窄带物理下行共享信道(NPDSCH)块错误率(BLER)仿真。

介绍

LTE的第13版3GPP开始增加对窄带物联网应用的支持。金宝app发布13定义了单一的窄带物联网终端类别，即Cat-NB1，发布14增加了Cat-NB2，允许更大的传输块大小。本例重点介绍第13版NB-IoT。

该示例为一些信噪比点和传输参数生成了窄带物联网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以NPDSCH子帧传输，用于实际的信道估计。本例中没有考虑NPBCH传输间隙。

模拟配置

模拟长度为4个DL-SCH传输块若干信噪比点。大量的numTrBlks应用于产生有意义的吞吐量结果。信噪比可以是值数组或标量。在不同的重复值上进行了仿真，比较了重复对性能的改善。

numTrBlks = 4;%模拟传输块数SNRdB = 32:4:0;%信噪比范围，单位为dB[0 5 9];%模拟的重复次数范围

设置更高层参数

在下一节中，设置以下用于配置NPDSCH的高层参数:

的变量NPDSCHDataType表示NPDSCH是否携带SystemInformationBlockType1-NB (SIB1-NB)，是否携带广播控制通道(BCCH)。的允许值NPDSCHDataType是“SIB1NB”那'bcchnotsib1nb'和'notbcch'．注意，SIB1-NB属于BCCH。
NPDSCH重复次数和传输块大小(TBS)受NPDSCH是否携带SIB1-NB的影响(见3GPP TS 36.213 16.4.1.3和16.4.1.5 [2])。NPDSCHDataType设置为“SIB1NB”说明NPDSCH携带SIB1-NB;NPDSCHDataType套装'bcchnotsib1nb'或'notbcch'表示NPDSCH未携带SIB1-NB。
NPDSCH重复模式和置乱序列生成受NPDSCH是否携带BCCH的影响(见3GPP TS 36.211 10.2.3 [1])。NPDSCHDataType套装“SIB1NB”或'bcchnotsib1nb'表示NPDSCH携带bch;NPDSCHDataType设置为'notbcch'表示NPDSCH未携带bch。

NPDSCHDataType ='notbcch'；%允许的值是'SIB1NB'， 'BCCHNotSIB1NB'或'NotBCCH'

的变量isf.根据3GPP TS 36.213配置NPDSCH的子帧数2］.有效值为isf.是0。7。

当NPDSCH承载SIB1-NB时：

的变量SchedulingInfoSIB1表16.4.1.3和表16.4.1.5.2-1所示的TBS [2］.有效值为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2］.有效值为IRep是0…15。
的变量imc在一起IRep表16.4.1.5.1-1 [2］.有效值为imc是0…13。

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

eNB配置

配置起始帧和子帧号(enb。NFrame和enb。NSubframe)中的每个信噪比点，即窄带物理单元IDenb。NNCellID，NR天线端口的数量（enb.nbrefp.其中，1个天线接口表示2000端口，2个天线接口表示2000端口和2001端口)，NB-IoT的运行模式enb。OperationMode可以是以下任意值:

'独立':部署在LTE频谱之外的窄带物联网运营商，例如用于GSM或卫星通信的频谱
“Guardband”: NB-IoT运营商，部署在两个LTE运营商之间的防护带
“Inband-SamePCI”：NB-IOT载波部署在LTE运营商的资源块中，enb.nbrefp.与CRS端口数量相同enb。CellRefP
“Inband-DifferentPCI”：NB-IOT载波部署在LTE运营商的资源块中，enb.nbrefp.不同的是enb。CellRefP

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

NPDSCHDataType要么是'bcchnotsib1nb'或'notbcch'
enb。OperationMode要么是“Inband-SamePCI”或“Inband-DifferentPCI”

enb。NFrame = 0;%模拟启动帧数enb。NSubframe = 0;%模拟启动子帧数enb。NNCellID = 0;% NB-IoT物理单元IDenb.nbrefp.= 2;% NRS天线接口数，只能为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;%允许的值为NBRefP或4enb。NCellID = enb.NNCellID;elseifstrcmpi（eNB.OperationMode，“Inband-DifferentPCI”) enb。CellRefP = 4;小区RS天线接口数(必须等于NBRefP或4)enb。NCellID = 1;结束如果(strcmpi (NPDSCHDataType'bcchnotsib1nb') | | strcmpi (NPDSCHDataType'notbcch') & &．．.(strcmpi (enb。OperationMode那“Inband-SamePCI”）||strcmpi（eNB.OperationMode，“Inband-DifferentPCI”）））eNB.ControlRegoonsize = 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。

频道=结构;初始化通道配置结构channel.seed = 6;%通道种子通道。NRxAnts = 1;% 1接收天线通道。DelayProfile =“环保署”；%延迟概要通道。DopplerFreq = 5;%多普勒频率，赫兹通道。MIMOCorrelation =“低”；% Multi-antenna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”；%随机初始阶段channel.normalizepathgains =“上”；％标准化延迟配置文件通道。NormalizeTxAnts =“上”；传送天线规格化

信道估计配置

在本例中，参数perfectChannelEstimator控制信道估计器行为。有效的值真正的或假．设置到真正的，则使用一个完美的信道估计器，否则使用一个实际的估计器，基于接收的NRS值。

信道估计器行为perfectChannelEstimator = true;

该实用信道估计器配置了一种结构CEC.．5Hz多普勒的EPA延迟剖面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，只对导频估计执行频率平均，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”；％类型的导频符号平均cec。TimeWindow = 1;％窗口窗口大小cec。FreqWindow = 25;%频率窗口大小，以REs表示cec。InterpType =“立方”；二维插值型cec。InterpWindow =“中心”；插值窗口类型cec。InterpWinSize = 3;插值窗口大小cec。R.eference =“关系”；信道估计器参考信号

NPDSCH配置

从上面定义的高层配置中获取以下NPDSCH参数:

重复次数(NRep的）
无重复时用于NPDSCH的子帧数(NSF的）
传输块大小(TBS的）

这些参数可以通过使用类获得hNPDSCHInfo．hNPDSCHInfo还提供了方法displaySubframePattern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，如果配置的IRep和imc值导致空TBS。这是如果没有为特定的TBS定义TBS的情况IRep和imc在3GPP TS 36.213表16.4.1.5.1-1 [2］.

为repIdx = 1:元素个数(ireps)

npdschInfo = hNPDSCHInfo;npdschInfo。NPDSCHDataType = NPDSCHDataType;npdschInfo。安全部队=安全部队;如果strcmpi (NPDSCHDataType“SIB1NB”的）% NPDSCH携带SIB1-NBnpdschInfo。SchedulingInfoSIB1 = SchedulingInfoSIB1;其他的% NPDSCH不携带SIB1-NBnpdschinfo.irep = iREPS（repidx）;% DCI重复数字段(DCI格式N1或N2)npdschInfo。imc= IMCS;DCI格式(DCI格式N1或N2)的调制和编码方案字段%验证IRep和IMCS输入如果npdschInfo isempty (npdschInfo.TBS)。TBSTable错误(['无效[ITBS,ISF](其中ITBS=IMCS=')num2str (imc)．．.'，isf ='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']）;结束结束

创建结构npdsch利用所获得的重复次数(npdschInfo。NRep)，则NPDSCH的子帧数(npdschInfo。NSF)从类实例npdschinfo.，输入参数NPDSCHDataType和无线电网络临时标识符RNTI。注意nsf = 8.时使用NPDSCHDataType是“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。因为当SIB1NB被设置为真正的，码率R.可以大于或等于1，这不是一个有效的场景。例如，这种情况发生时发生isf.设置为0，SchedulingInfoSIB1设置为3。

[~,信息]= lteNPDSCHIndices (enb npdsch);rmoutlen = info.G;%速率匹配后的位长度，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)'）配置参数大于或等于1。]）;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。下图显示了NPDSCH携带BCCH时的示例，NPDSCH由npdschInfo。NSF = 3不同的子帧，每一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%显示下面displayPattern = false;%显示NPDSCH重复模式如果displayPattern == true npdschInfo.displaySubframePattern;结束

块错误率模拟环路

该示例的这一部分显示了如何执行NB-IOT NPDSCH链路级别仿真和绘图BLER结果。在下图中描绘了发射和接收链。

随着所需传输块大小的随机比特流经历CRC编码，卷积编码和速率匹配以获得根据特定子帧重复模式重复的NPDSCH比特。然后施加扰乱，调制，层映射和预编码以形成复杂的NPDSCH符号。这些符号以及NRS信号映射到网格和OFDM调制以创建时域波形。然后通过衰落通道通过AWGN。然后将噪声波形同步和解调。在恢复的NPDSCH符号上执行信道估计和均衡，之后执行频道解码和解调以恢复传输块。在解扰之后，在速率恢复之前，重复子帧是软组合的。为每个SNR点计算传输块错误速率。块误差率的评估基于假设束中的所有子帧用于解码UE处的传输块。捆绑在MAC层中定义（参见3GPP TS 36.321 5.3.2.1 [3.])的npdsch。NSF $\ *$ npdsch。NRep用于承载传输块的子帧。

%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(长度(SNRdB), 1);simThroughput = 0(长度(SNRdB), 1);提单= 0(1,元素个数(SNRdB));％临时变量'enb_init'和'channel_init'用于创建在SNR循环中创建临时变量“enb”和“channel”'parfor'循环的独立仿真循环enb_init = enb;channel_init =通道;为snrIdx = 1:元素个数(SNRdB)% parfor snrIdx = 1:numel(SNRdB)%要启用并行计算以提高速度，请注释掉%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。如果没有安装这一点％'parcon'默认为正常的'for'语句。%根据循环变量设置随机数生成器种子%以确保独立的随机流rng (snrIdx“combRecursive”）;FPRINTF（在%gdB信噪比下模拟%d传输块\n'、numTrBlks SNRdB (snrIdx));enb = enb_init;%初始化eNodeB配置频道= channel_init;％初始化衰落通道配置txcw = [];%初始化传输的码字numBlkErrors = 0;%出错的传输块数量房地产= [];%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offset = 0;初始化帧定时偏移subframegrid = ltetbresourcegrid（eNB）;初始化子帧网格subframeIdx = NSubframe;numRxTrBlks = 0;而(numRxTrBlks < numTrBlks)%设置当前子帧和帧号enb.nsubframe = mod（subframedx，10）;eNB.NFRAME =楼层（（子帧）/ 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;%确定是否有NPSS或NSSS被传播，如果是，%不在这个子帧中传输NPDSCHisDataSubframe = isempty(npssSymbols) && isempty(nsssSymbols); / /使用实例创建一个新的传输块并对其进行编码％传输的码字是空的。接收器设置码字将%设置为空，表示一个bundle中的所有子帧都已经被设置为空% received(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)%生成子帧的NPDSCH符号和索引[txNpdschSymbols,房地产]= lteNPDSCH (txcw, enb, npdsch房地产);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%进行OFDM调制以产生时域波形[txWaveform, ofdmInfo] = nbOFDMModulate (enb subframeGrid);%添加25个样品填充。这是为了覆盖延迟的范围频道建模预期的％（组合实现延迟和信道延迟扩展%)txwaveform = [txwaveform;零（25，enb.nbrefp）];% #好< AGROW >%初始化每个子帧的信道时间通道。InitTime = subframeIdx / 1000;%通过通道模型传递数据通道。SamplingRate = ofdmInfo.SamplingRate;[rx波形，fadingInfo] = lteFadingChannel(channel, tx波形);计算噪声增益，包括下行功率的补偿%分配信噪比= 10 ^ (SNRdB (snrIdx) / 20);％规范化噪声功率，以考虑采样率，%是OFDM调制中使用的IFFT大小的函数%天线数量N0 = 1 /(√(2.0 * enb.NBRefP *双(ofdmInfo.Nfft)) *信噪比);创建加性高斯白噪声噪音= N0 *复杂(randn(大小(rxWaveform)),．．.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，提取适当的%子帧，并执行OFDM%解调如果(perfectChannelEstimator) offset = hPerfectTimingEstimate(fadingInfo);其他的在这个例子中，子帧偏移计算依赖于在子帧5中存在的nps％，因此我们需要填充％子帧以便它使帧偏移返回% lteNBDLFrameOffset是子帧5的偏移量sfTsamples = ofdmInfo.SamplingRate * 1 e - 3;如果（enb.nsubframe == 5）padding = zeros（[sftsamples * 5，size（rxwaveform，2）]）;offset = ltinbdlframeoffset（eNB，[填充; rxwaveform]）;如果(offset > 25) || (offset < 0) offset = lastOffset;结束lastOffset =抵消;结束结束％同步接收的波形rx波形= rx波形(1+偏移:结束，:);%对接收到的数据进行OFDM解调，重新创建％资源网格rxSubframe = nbOFDMDemodulate (enb rxWaveform);%信道估计如果(perfectChannelEstimator)完美信道估计百分比estChannelGrid = nbDLPerfectChannelEstimate(enb, channel, offset);noiseGrid = nbOFDMDemodulate(enb, noise(1+offset:end，:));噪音= var (noiseGrid (:));其他的[estChannelGrid, noiseEst] = lteDLChannelEstimate(．．.eNB，CEC，Rxsubframe）;结束如果(isDataSubframe)%获取NPDSCH索引npdschIndices = lteNPDSCHIndices(enb, npdsch);从接收的子帧中获取PDSCH资源元素。规模的由PDSCH功率因数Rho接收的子帧。PDSCH是的单元格参考符号%信道估计(用于PDSCH解码阶段)不是。[rxNpdschSymbols, npdschHest] = lteExtractResources(npdschIndices, npdschIndices, npdschIndices)．．.rxsubframe，estchannelgrid）;%解码NPDSCH[rxcw dstate,符号]= lteNPDSCHDecode (．．.enb, npdsch, rxNpdschSymbols, npdschest, noiseEst,dstate);解码传输块时，所有的子帧在一个包%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传输块的传输txcw = [];结束结束subframeIdx = subframeIdx + 1;结束%计算块错误率提单(snrIdx) = numBlkErrors / numTrBlks;FPRINTF（' 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FPRINTF（'NPDSCH吞吐量(%%)= %。4 f % % \ n”simThroughput (snrIdx) * 100 / maxThroughput (snrIdx));结束

在-32db snr上模拟4个运输块

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-12分贝信噪比NPDSCH提单= 0.2500 NPDSCH吞吐量(%)= 75.0000%模拟运输4块8分贝信噪比NPDSCH提单= 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000%模拟4在-4dB SNR NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH Throughput(%) = 100.0000 %模拟4个传输块在0dB SNR 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传输块-12分贝信噪比NPDSCH提单= 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000%模拟运输4块8分贝信噪比NPDSCH提单= 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000%模拟4在-4dB SNR NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH Throughput(%) = 100.0000 %模拟4个传输块在0dB SNR NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH Throughput(%) = 100.0000 %

Plot Block错误率vs信噪比结果

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

结束设置数字标题如果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(s)”]）;传奇(legendstr);

下面的图显示了模拟运行时的情况numTrBlks当使用完美信道估计器时设置为1000。

附录

下面的例子使用了helper函数:

选定的参考书目

3GPP TS 36.211 "物理通道和调制"
3GPP TS 36.213《物理层程序》
3GPP TS 36.321《介质访问控制(MAC)协议规范》
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]= nbOFDMModulate (enb、网格)%应用默认窗口大小根据TS 36.104表E.5.1-1a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副载波移位enb。NBULSubcarrierSpacing =“15 khz”；(波形信息]= lteSCFDMAModulate (enb、网格);结束% NB-IoT - DL OFDM解调器函数Grid = nbofdmdemodulate（eNB，rxwaveform）%使用NB-IoT SC-FDMA在OFDM调制上获得1/2副载波移位enb。NBULSubcarrierSpacing =“15 khz”；网格= lteSCFDMADemodulate (enb, rxWaveform, 0.55);% CP含量为0.55结束% NB-IoT DL完美信道估计器函数H = nbDLPerfectChannelEstimate (enb、通道timefreqoffset)%重新配置NB-IoT UL完美信道估计器，以执行DL完美%信道估计enb。NBULSubcarrierSpacing =“15 khz”；enb。NTxAnts = enb.NBRefP;enb。TotSlots = 2;H = lteULPerfectChannelEstimate(enb, channel,timefreqoffset);结束

NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH吞吐量（％）= 0.0000％模拟4 -28DB SNR NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH吞吐量（％）= 0.0000％模拟4输送块-24DB SNR NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH吞吐量（％）=0.0000％模拟4 -20dB的传输块NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH吞吐量（％）= 0.0000％模拟4 -16DB SNR NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH吞吐量（％）= 0.0000％模拟-12dB SNR的4个传输块NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH吞吐量（％）= 0.0000％模拟4 -8DB SNR NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH吞吐量（％）= 0.0000％模拟4 -4DB SNR NPDSCH BLER = 1.0000 NPDSCH吞吐量（％）=0.0000％模拟0DB SNR NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH吞吐量（％）= 100.0000％