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NB-IoT下行波形生成

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本示例展示了如何使用LTE Toolbox™软件为测试和测量应用程序生成LTE- advanced Pro Release 13窄带物联网(NB-IoT)波形。

简介

3GPP在LTE-Advanced Pro Release 13中推出了新的空中接口窄带物联网(NB-IoT)，针对低数据速率机器类型通信进行了优化。NB-IoT提高了成本和电源效率，因为它避免了基于LTE的系统所需的复杂信号开销。

LTE工具箱可用于生成符合标准的NB-IoT下行复杂基带波形，代表适合测试和测量应用的180 kHz窄带载波。波形由各个物理层通道和信号组成，MATLAB值类nbiodownlinkwaveformgenerator可用于全资源元(RE)网格和时域波形生成。LTE工具箱支持所有NB-IoT金宝app操作模式-独立、保护带和带内。

  • 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

  • 警卫带:部署在两个LTE运营商之间的警卫带上的NB-IoT运营商

  • 带内:部署在LTE运营商资源块中的NB-IoT运营商

带内模式可以根据所使用的物理单元标识(PCI)、Inband-SamePCI和Inband-DifferentPCI进一步分组。如果是Inband-SamePCI，物理层单元标识和PCI是相同的，UE可以从LTE信号中对端口和通道进行假设。运行模式体现在MIB- nb (NB-IoT MIB)中，为终端提供基本信息。网络可使用无线电资源控制信息将非锚定载波分配给在锚定载波中运行的UE，参见TS 36.331 6.7.3.2 [5]及[9］．

本例创建了NB-IoT下行链路，其中相关物理层通道和信号为:

  • 窄带主同步信号

  • 窄带二次同步信号(NSSS)

  • 窄带参考信号(NRS)

  • 窄带物理广播信道(NPBCH)

  • 窄带下行物理共享信道(NPDSCH)

  • 窄带下行物理控制信道(NPDCCH)

NB-IoT支金宝app持两种运营商配置:

  • 锚:终端用于初始NB-IoT小区选择、获取mib和sib (system information block)、空闲模式随机接入的载体。NPSS、NSSS、NPBCH和系统信息在运营商上传输。

  • 非锚:在连接模式下仅用于实际数据交换的载体。NPSS、NSSS、NPBCH和系统信息不在运营商上传输。

在本例中，我们演示了NB-IoT下行RE网格和波形生成。下面的部分解释了构成网格的物理信号和通道，以及关键概念，包括子帧重复、逻辑和传输通道映射，以及不同配置的对应网格。此外，还显示了波形生成所涉及的参数，以根据用户要求创建波形。

该示例输出复杂基带波形以及包含上述所有物理通道和信号的填充网格，以及关于每个子帧中包含的数据类型的信息。该波形可用于从射频测试到接收机实现模拟的一系列应用。

NB-IoT下行子帧分配

本节解释上述物理层信道和信号如何映射到下行链路子帧。

  • 下行位图:用于配置NB-IoT下行子帧的逻辑向量。NB-IoT下行子帧定义为用于不携带SIB1-NB的NPDCCH和NPDSCH的子帧，不包括携带NPSS、NSSS、NPBCH和NB-IoT系统信息块类型1 (SIB1-NB)的子帧。可通过参数配置NB-IoT下行子帧配置。DownlinkBitmap在类nbiodownlinkwaveformgenerator。

  • NPSS & NSSS:如下图所示，NPSS每帧在子帧5中传输，NSSS在子帧9中以帧号传输nf充实的nfMod 2 = 0。通过NPSS和NSSS，终端可以同步到NB-IoT小区。

  • NPBCH: NPBCH用于携带34位的MIB-NB (TS 36.212 6.4.1 [2])。MIB-NB被编码成一个1600位的码字(TS 36.211 10.2.4.1 [1])。码字被均匀地分割成8个子块，每个子块有200位，在子帧0上传输，并在随后连续的7帧中重复。1])。码字位的映射如下图所示。

  • NPDSCH: NPDSCH的关键特征是子帧重复。对于NPDSCH是否携带广播控制信道(BCCH)， NB-IoT定义了两种重复方案。BCCH是承载SIB1-NB、系统信息消息等的逻辑通道。不携带BCCH意味着NPDSCH可能携带寻呼控制信道(PCCH)、公共控制信道(CCCH)、专用控制信道(DCCH)、专用流量信道(DTCH)等(TS 36.300 6.1.3.2及5.3.1a [6])。两种重复方案如下图所示。NPDSCH重复参数包括码字中的子帧数NSF重复的次数NRep．图中的例子显示了与的重复模式NRepNPDSCH携带BCCH， = 4NRepNPDSCH不携带BCCH， = 8NSF这两种情况都是= 3。对于携带BCCH的情况，码字的所有子帧在重复码字之前被传输。对于不携带BCCH的情况，码字中的子帧由重复分钟(NRep, 4)在对其他子帧执行相同的重复之前。码字被重复后分钟(NRep, 4)多次执行相同的过程，直到完全重复完成，即由NRep次了。重复方案的详细规范见TS 36.211 10.2.3 [1］．

上图所示的重复子帧被映射到分配给NPDSCH传输的可用子帧。下面以一个典型的例子为例，说明了如何对携带SIB1-NB的NPDSCH子帧进行映射，它包含了一个终端最重要的系统信息。5])。

一个SIB1-NB在8个子帧中携带(NSF= 8)，并在16个重复的连续帧中每隔一帧映射到子帧4NRep时报》(NRep= 4、8或16，参见TS 36.213 16.4.1.3表16.4.1.3-3 [3.])。重复在256帧的周期内等距进行(TS 36.331 5.2.1.2a [5])。该周期内第一次NPDSCH传输的起始帧号取决于窄带物理单元标识NNCellID以及重复的次数NRep(TS 36.213 16.4.1.3表16.4.3.4 -4 [3.])。

NB-IoT下行网格

除了上面描述的子帧分配，下面生成的网格进一步解释了子帧中的RE分配。该网格为锚载波的两帧，包含携带NPDSCH和NPDCCH的NPSS、NSSS、NRS、NPBCH、SIB1-NB和NB-IoT下行子帧。网格是比较在独立的而且Inband-SamePCI操作模式。网格可以使用类nbiodownlinkwaveformgenerator中的网格显示方法生成，即创建一个对象ngen类型nbiodownlinkwaveformgenerator和调用ngen.displayResourceGrid．

  • 关系,: RE位置可以通过NRS端口数量和窄带物理单元标识(即参数字段)来配置NBRefP而且NNCellID在结构上ngen。配置,分别。

  • NPSS & NSSS:前11个子载波用于NPSS，一个物理资源块中的所有12个子载波用于NSSS。子帧中的前3个OFDM符号不用于NPSS/NSSS。NRS不在包含NPSS/NSSS的任何子帧中传输。NPSS/NSSS的REs仅在带内模式下被LTE单元特定参考信号(CRS)刺穿。影响穿孔的CRS端口数量可通过参数字段配置CellRefP在结构上ngen。配置(TS 36.211 10.2.6及10.2.7 [1])。

  • NPBCH:在两种运作模式下，REs由NRS和CRS使用最大数目的NRS和CRS天线端口(分别为2个和4个)刺穿(TS 36.211 10.2.4 [1])。这是因为终端不知道天线端口的使用数量和工作模式。

  • NPDSCH:用于操作模式独立的而且Guardband时，REs只被NRS刺穿;对于带内操作模式，REs被NRS和CRS同时刺穿。当工作模式为带内时，子帧中的前3个OFDM符号不用于携带SIB1-NB的NPDSCHControlRegionSize当NPDSCH由NB-IoT下行子帧承载时，子帧中的OFDM符号不使用。ControlRegionSize结构中是否有参数字段ngen。配置为NPDSCH RE分配配置LTE控制区域大小(TS 36.211 10.2.3.4 [1]， ts 36.213 16.4.1.4 [3.]及TS 36.331 6.7.2 [5])。LTE控制区大小用于配置带内运行模式下携带NPDSCH和NPDCCH的NB-IoT下行链路子帧中OFDM符号的起始位置。

  • NPDCCH: NRS和CRS穿刺与上述NPDSCH相同。当工作模式为带内时，优先ControlRegionSize子帧中的OFDM符号不用于NPDCCH。与NPDSCH相同，ControlRegionSize用于配置NPDCCH RE分配(TS 36.211 10.2.3.4 [1]， ts 36.213 16.4.1.4 [3.]及TS 36.331 6.7.2 [5])。

ngen = nbiodownlinkwaveformgenerator;图;以默认的“Standalone”操作模式显示资源网格ngen.displayResourceGrid;图;%将操作模式更改为'Inband-SamePCI'ngen.Config.OperationMode =“Inband-SamePCI”；ngen.displayResourceGrid;

的对象ngen包含以下内容:

  • NPDSCH的资源分配和传输块大小(TBS)表(见TS 36.213 16.4.1.3和16.4.1.5 [3.])

  • 结构ngen。配置与NB-IoT eNodeB配置，其中参数字段NPBCH，SIB1NPDSCH，NPDCCH而且NPDSCH分别配置携带SIB1-NB的NPBCH、NPDSCH，不携带SIB1-NB的NPDCCH和NPDSCH(即NB-IoT下行子帧携带的NPDSCH)。

ngen显示所有可用属性nsfTable = ngen。NSFTable显示TS 36.213 16.4.1.3的子帧表号enbConfig = ngen。配置显示NB-IoT eNodeB配置npbchConfig = ngen.Config.NPBCH显示NPBCH配置sib1npdschConfig = ngen.Config.SIB1NPDSCH%显示携带SIB1-NB时NPDSCH配置
ngen = NBIoTDownlinkWaveformGenerator属性:配置:[1 x1 struct] NSFTable: [8 x2表]NRepTable: [16 x2表]TBSTable: [112 x3表]NRepTableSIB1: [12 x2表]TBSTableSIB1: [12 x2表]NSFTable = 8 x2表安全部队NSF中国画0 1 1 2 2 3 3 4 5 4 5 6 6 8 7 10 enbConfig =结构体字段:TotSubframes: 20 NNCellID: 0 NBRefP: 1 CellRefP: 4 ControlRegionSize: 3 NFrame: 0 OperationMode:“Inband-SamePCI”DownlinkBitmap: [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] CarrierType:“锚”DLGapThreshold:32 DLGapPeriodicity: 64 DLGapDurationCoeff: 0.1250 NPSSPower: 0 NSSSPower: 0 NPBCH: [1x1 struct] SIB1NPDSCH: [1x1 struct] NPDCCH: [1x1 struct] NPDCCH: [1x1 struct] NPDCCH: [1x1 struct] npbchConfig = struct with fields: Power: 0 enableccoding: 'On' DataBlkSize: 34 DataSource: 'PN9' sib1npdschConfig = struct with fields: Enable: 'On' Power: 0 NRep: 4 enableccoding: 'On' DataBlkSize: 208 DataSource: 'PN9'

NPDCCH / NPDSCH配置

下面生成的RE网格说明了如何使用下行位图配置NB-IoT下行子帧使用的子帧，以及如何配置NB-IoT下行子帧携带的NPDCCH/NPDSCH参数。可通过参数字段配置NB-IoT下行子帧DownlinkBitmap在结构上ngen。配置．在本例中，使用非锚载体禁用网格中的NPSS、NSSS、NPBCH和SIB1-NB。

波形发生器支持多个NPDCCH和NPDSCH。金宝app每个NPDSCH和NPDCCH分别包含单个传输块和下行链路控制信息(DCI)消息。一个NPDCCH/NPDSCH的参数由一个结构体指定，多个NPDCCH/NPDSCH被表示为一个结构向量。

NPDCCH由结构中的以下参数配置ngen.Config.NPDCCH：

  • 启用:启用或禁用NPDCCH ('On'， 'Off')。

  • 权力: NPDCCH符号在频域的相对功率，假设NRS功率为1。

  • NCCE:用于承载NDPCCH的选定窄带控制信道元件(ncce)。取值可以是标量，也可以是两项的向量。标量或向量分别表示NPDCCH格式0或1。表项值0(或1)表示NCCE 0(或NCCE 1)， NCCE 0占用子载波0 ~ 5,NCCE 1占用子载波6 ~ 11。(ts 36.211 10.2.5.1 [1])。

  • NRep: NPDCCH考生的重复次数(TS 36.213 16.6 [3.])。允许的值为2 ^ n美元，其中n = 1…

  • 征求: NPDCCH的最大重复次数(TS 36.213 16.6 [3.])。影响NPDCCH传输间隙。允许的值为2 ^ n美元，其中n = 1…

  • RNTI:无线网络临时标识符，用于置乱。

  • StartSubframe:生成的RE网格中NPDCCH基于0的起始子帧索引。

  • DataBlkSize: DCI信息位的长度。

  • 数据源: DCI信息位。参数可以直接定义为位向量或使用随机数据类型，例如'PN9- itu '， 'PN9'， 'PN11'， 'PN15'， 'PN23'。对于后一种情况，将为所选类型生成一个随机位向量。

NPDSCH由结构中的以下参数配置ngen.Config.NPDSCH：

  • 启用:使能或禁用NPDSCH ('On'， 'Off')。

  • 权力: NPDSCH符号在频域的相对功率，假设NRS功率为1。

  • NPDSCHDataType: NPDSCH携带的数据类型，允许的值是'BCCHNotSIB1NB'或'NotBCCH'。这个值影响上面描述的重复方案。

  • NRep:重复次数(TS 36.211 16.4.1.3 [1])。

  • NSF: NPDSCH码字中的子帧数(TS 36.211 16.4.1.3 [1])。

  • 征求:与NPDCCH关联的NPDCCH的最大重复次数，其值应等于对应NPDCCH中相同字段的值。

  • StartSubframe:生成的RE网格中NPDSCH基于0的起始子帧索引。

  • DataBlkSize:传输块大小。

  • 数据源:传输块的信息位。用法与结构上的相同字段相同ngen.Config.NPDCCH．

ngen = nbiodownlinkwaveformgenerator;ngen.Config.CarrierType =“NonAnchor”；%锚定或非锚定ngen.Config.DownlinkBitmap = [1 0 1 1 1 1 1 1 0 1];ngen.Config.TotSubframes = 30;%配置第一个NPDCCH的参数npdcch1。使=“上”；npdcch1。权力= 0; npdcch1.NCCE = 1;% NPDCCH格式0与NCCE 1npdcch1。NRep= 2; npdcch1.Rmax = 16; npdcch1.RNTI = 0; npdcch1.StartSubframe = 0; npdcch1.DataBlkSize = 23; npdcch1.DataSource = randi([0 1],npdcch1.DataBlkSize,1);用户可以定义自己的信息位%配置第二个NPDCCH的参数npdcch2。使=“上”；npdcch2。权力= 0; npdcch2.NCCE = 0;% NPDCCH格式0与NCCE 0npdcch2。NRep= 4; npdcch2.Rmax = 16; npdcch2.RNTI = 1; npdcch2.StartSubframe = 3; npdcch2.DataBlkSize = 23; npdcch2.DataSource =“PN9”；%配置第一个NPDSCH的参数npdsch1。使=“上”；npdsch1。权力= 0; npdsch1.NPDSCHDataType =“BCCHNotSIB1NB”；npdsch1。NSF= 3; npdsch1.NRep = 2; npdsch1.Rmax = npdcch1.Rmax; npdsch1.RNTI = 0; npdsch1.StartSubframe = 10; npdsch1.DataBlkSize = 616; npdsch1.DataSource =“PN15”；%配置第二个NPDSCH的参数npdsch2。使=“上”；npdsch2。权力= 0; npdsch2.NPDSCHDataType =“NotBCCH”；npdsch2。NSF= 2; npdsch2.NRep = 4; npdsch2.Rmax = npdcch2.Rmax; npdsch2.RNTI = 1; npdsch2.StartSubframe = 20; npdsch2.DataBlkSize = 616; npdsch2.DataSource =“PN23”；制备NPDSCH和NPDCCH结构向量ngen.Config.NPDCCH = [npdcch1 npdcch2];ngen.Config.NPDSCH = [npdsch1 npdsch2];图;ngen.displayResourceGrid;

下面生成的RE网格解释了如何根据TS 36.211 10.2.3.4和10.2.5.5配置NPDSCH/NPDCCH的传输间隙[1］．间隙由参数字段定义征求以上所述，以及以下结构参数ngen。配置：

  • DLGapThreshold:触发传输间隙的阈值，即如果NPDSCH传输没有间隙征求<DLGapThreshold．允许值为32、64、128、256 (TS 36.331 6.7.1 [5])。

  • DLGapPeriodicity:子帧数的间隙周期性。它还定义了间隙的起始子帧，即起始子帧号科幻小说满足条件(sf modDLGapPeriodicity) = 0。允许值为64、128、256、512 (TS 36.331 6.7.1 [5])。

  • DLGapDurationCoeff:用于计算子帧数的间隙持续时间，与DLGapPeriodicity．间隔时间由DLGapPeriodicity$ \ * $DLGapDurationCoeff．允许值为1/ 8,1 / 4,3 / 8,1 /2 (TS 36.331 6.7.1 [5])。

下面的示例使用默认参数DLGapThreshold= 32,DLGapPeriodicity= 64和DLGapDurationCoeff= 1/8来解释NPDSCH传输间隙。下图说明了96 (NRep$ \ * $NSF) NPDSCH子帧被两个间隔中断，间隔时间为8个子帧，分别从子帧0和子帧64开始。

ngen = nbiodownlinkwaveformgenerator;ngen.Config.CarrierType =“NonAnchor”；%锚定或非锚定ngen.Config.TotSubframes = 150;ngen.Config.NPDCCH.Enable =“关闭”；%禁用NPDCCHngen.Config.NPDSCH.StartSubframe = 0;ngen.Config.NPDSCH.Rmax = ngen.Config.DLGapThreshold;根据给定的DLGapThreshold触发传输间隙的最小值ngen.Config.NPDSCH.NRep = 32;ngen.Config.NPDSCH.NSF = 3;图;ngen.displayResourceGrid;

NB-IoT下行波形生成

根据TS 36.101 a .3.12，为NPDSCH性能要求生成参考测量通道(RMC)的时域波形[7]，或在TS 36.141章节6.1.3-6.1.6中定义的NB测试模型(N-TM) [8］．可以使用类nbiodownlinkwaveformgenerator中的波形生成方法来生成波形，调用方法为对象ngen方法可以通过使用ngen.generateWaveform．

rc =“R.NB.5-1”；%允许的值是‘R.NB.5’,‘R.NB.5-1’,‘R.NB.6’,‘R.NB.6-1’,‘R.NB.7’,‘N-TM’ngen = nbiodownlinkwaveformgenerator (rc);[波形，网格，ofdmInfo] = ngen. generate波形;ofdmInfo显示OFDM配置spectrumScope =频谱分析仪(ngen.Config.NBRefP);spectrumScope。方法=“韦尔奇”；spectrumScope。ShowLegend = true;spectrumScope。SampleRate = ofdmInfo.SamplingRate;如果ngen.Config.NBRefP == 1 spectrumScope。ChannelNames = {[“RMC信号”钢筋混凝土(港口2000)]};spectrumScope(波形);其他的% NBRefP == 2spectrumScope。ChannelNames = {[“RMC信号”钢筋混凝土(港口2000)),.．.［“RMC信号”钢筋混凝土(港口2001)]};spectrumScope(波形(:1)波形(:,2));结束
ofdmInfo = struct with fields: SamplingRate: 1920000 Nfft: 128 Windowing: 6 cyclicprefixlength: [10 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9] SubframeChannelTypes: ["NPDCCH" "Unused" "Unused"…］

下图比较了生成的时域波形的信号频谱。从频谱分析仪中可以看出，黄色信号比蓝色信号功率更大。这是因为黄色的RE使用率较高。

%设置一个独立的非锚载波，禁用NPDCCH并使% REs网格已被NPDSCH/NRS完全占用。ngen = nbiodownlinkwaveformgenerator;ngen.Config.CarrierType =“NonAnchor”；ngen.Config.NPDCCH.Enable =“关闭”；%禁用NPDCCHngen.Config.NPDSCH.StartSubframe = 0;ngen.Config.NPDSCH.NRep = 8;ngen.Config.NPDSCH.NSF = 5;显示网格，生成时域信号图;ngen.displayResourceGrid;[waveform1，~，ofdmInfo1] = ngen. generate波形;设置一个独立的锚定载体，禁用NPDSCH和NPDCCH%认为它只包含NPSS/NSSS/NPBCH/SIB1-NB/NRS。ngen = nbiodownlinkwaveformgenerator;ngen.Config.NPDCCH.Enable =“关闭”；%禁用NPDCCHngen.Config.NPDSCH.Enable =“关闭”；%禁用NPDSCH显示网格，生成时域信号图;ngen.displayResourceGrid;waveform2 = ngen. generate波形;绘制生成的两种波形的信号频谱。释放(spectrumScope);spectrumScope。ShowLegend = true;spectrumScope。ChannelNames = {“NPDSCH/NRS(2000港口)已完全占用非锚泊航母”，.．.只带NPSS/NSSS/NPBCH/SIB1-NB/NRS的锚载船(端口2000)};spectrumScope。SampleRate = ofdmInfo1.SamplingRate;spectrumScope (waveform1 waveform2);

附录

下面的例子使用了helper类:

选定的参考书目

  1. 3GPP TS 36.211《物理通道和调制》

  2. 3GPP TS 36.212“多路复用和信道编码”

  3. 3GPP TS 36.213“物理层程序”

  4. 3GPP TS 36.321“介质访问控制(MAC);协议规范”

  5. 3GPP TS 36.331“无线电资源控制(RRC);协议规范”

  6. 3GPP TS 36.300”总体描述;第二阶段”

  7. 3GPP TS 36.101《用户设备(UE)无线电发射和接收》

  8. 3GPP TS 36.141《基站(BS)一致性测试》

  9. O. Liberg, M. Sundberg, y . p。Wang, J. Bergman和J. Sachs，蜂窝物联网:技术、标准和性能，爱思唯尔，2018。