主要内容

NB-IoT NPDSCH块错误率仿真

此示例显示了LTE工具箱™如何用于在频率选择衰落和添加性白色高斯噪声(AWGN)通道下创建NB-10T窄带物理下行链路共享通道(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;%模拟传输块的数量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:

  • 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“SIB1NB”“BCCHNotSIB1NB”“NotBCCH”.注意,SIB1-NB属于BCCH。

  • NPDSCH重复和传输块大小(TBS)的数量受到NPDSCH是否携带SIB1-NB的影响(参见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“BCCHNotSIB1NB”“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设置为“SIB1NB”“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'
  • 变量安全部队根据3GPP TS 36.213配置NPDSCH的子帧数2]。有效值安全部队是0。7。

当NPDSCH携带SIB1-NB时:

  • 变量SchedulingInfoSIB1表16.4.1.3和表16.4.1.5.2-1所示的TBS [2]。有效值SchedulingInfoSIB1是0…11。

当NPDSCH不携带SIB1-NB时:

  • 变量IREP.根据3GPP TS 36.213表格配置NPDSCH重复的数量表16.4.1.3-2 [2]。有效值IREP.是0…15。

  • 变量imc在一起IREP.表16.4.1.5.1-1 [2]。有效值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中的%调度信息字段(MIB-NB)IMCS = 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。NFrameenb.nsubframe.)中的每个信噪比点,即窄带物理单元IDenb。NNCellID, NRS天线端口数目(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”:在两个LTE运营商之间部署在保护带中的NB-IOT载波

  • “Inband-SamePCI”:部署在LTE运营商资源块中的窄带物联网运营商enb。NBRefP与CRS端口数量相同enb。CellRefP

  • 'inband-duilderpci':部署在LTE运营商资源块中的窄带物联网运营商enb。NBRefP不同的是enb。CellRefP

enb。CellRefP,当操作模式为'inband-duilderpci'.使用的子帧中的STDM符号索引使用enb。ControlRegionSize,当值的值NPDSCHDataTypeeNB.OperationMode.满足以下条件:

  • NPDSCHDataType要么是“BCCHNotSIB1NB”“NotBCCH”

  • eNB.OperationMode.要么是“Inband-SamePCI”'inband-duilderpci'

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-duilderpci'%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-duilderpci')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,“Inband-SamePCI”) | | strcmpi (enb。OperationMode,'inband-duilderpci'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。

channel = struct;初始化通道配置结构通道。种子= 6;%通道种子channel.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channel.mimocorrelation =.“低”%多天线相关性channel.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”%随机初始阶段通道。NormalizePathGains =“上”正规化延迟轮廓功率通道。NormalizeTxAnts =“上”传送天线规格化

信道估计器配置

在此示例中参数PerfectChannElestimator.控制信道估计器行为。有效的值真正的.当设置为真正的,除了接收的NRS的值,否则使用完美的信道估计器。

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”导频符号平均值的类型cec.timewindow = 1;%时间窗口大小,以REs表示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.reference =“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

  • 无重复时用于NPDSCH的子帧数(NSF

  • 传输块大小(TBS.

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。

请注意,当NPDSCH不携带SIB1-NB时,如果配置的情况下会触发错误IREP.imc值会导致一个空的TBS。这是TBS没有为特定对象定义的情况IREP.imc对3GPP TS 36.213表16.4.1.5.1-1 [2]。

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”% 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(IMCs)...”,安全部队= 'num2str(ISF)')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使用获得的重复次数(npdschInfo。NRep),则NPDSCH的子帧数(npdschInfo。NSF)从类实例npdschInfo,输入参数NPDSCHDataType和无线网络临时标识RNTI。请注意,NSF = 8时使用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。因为当SIB1NB被设定为真正的,码率R可以大于或等于1,这不是一个有效的场景。例如,这种情况发生在安全部队设置为0和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通道编码率,24表示CRC位数如果R >= 1错误([“DL-SCH编码率(”num2str(右)')对于配置的参数大于或等于1。']);结束

显示子帧重复模式

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时间,因此需要共12个子帧来发送NPDSCH。

当前配置的%npdsch重复模式是%显示在下面displayPattern = false;%显示NPDSCH重复模式如果displaypattern == true npdschinfo.displaysubframepattern;结束

阻止误差速率仿真环

本部分示例演示了如何执行窄带物联网NPDSCH链路级仿真和绘制BLER结果。发送和接收链如下图所示。

一个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,这些比特按照特定的子帧重复模式进行重复。然后通过置乱、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中,并对OFDM进行调制以生成时域波形。然后通过一个衰落信道并添加AWGN。然后对噪声波形进行同步和解调。对恢复后的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。解置后,在速率恢复之前对重复子帧进行软组合。计算每个信噪比点的传输块错误率。块错误率的评估是基于一个bundle中的所有子帧用于在UE上解码传输块的假设。一个bundle定义在MAC层(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。

仿真起点处的%绝对子帧号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循环中的临时变量'eNB'和“通道”%以创建“Parcon”循环的%独立仿真环enb_init = enb;channel_init =通道;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% '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%以确保独立的随机流rng (snrIdx“combRecursive”);流(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;%初始化衰落信道配置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抵消= 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%传输码字为空。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)%为子帧生成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);%加入25个样品填充物。这是为了涵盖延迟范围%期望从渠道建模(组合实现延迟和信道延迟扩展%)txWaveform = [txWaveform;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(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);将噪声功率归一化,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% on NPSS present in subframe 5,所以我们需要填充%子帧,以便返回的帧偏移量为%LtenbdlframeOffset是子帧5的偏移量sfTsamples = ofdmInfo.SamplingRate * 1 e - 3;如果(enb.NSubframe==5) padding = 0 ([sfTsamples*5,size(rx波形,2)]);offset = lteNBDLFrameOffset(enb,[填充;rxWaveform]);如果(偏移> 25)||(offset <0)offset = lastoffset;结束LastOffset =偏移;结束结束%同步接收的波形rxwaveform = rxwaveform(1 + offset: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estChannelGrid = nbDLPerfectChannelEstimate(enb, channel, offset);noiseGrid = nbOFDMDemodulate(enb, noise(1+offset:end,:));噪音= var (noiseGrid (:));其他的[EstchannelGrid,噪音] =拉德堪仲欣(...cec, enb rxSubframe);结束如果(isDataSubframe)%获得NPDSCH指数NPDSCHINDICES = LTEPDSCHINDICES(eNB,NPDSCH);%从接收的子帧获取PDSCH资源元素。规模由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,NPDSCHHEST,噪音,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subframedx = subframedx + 1;结束%计算块错误率提单(snrIdx) = numBlkErrors / numTrBlks;流(' npdsch bler = %. '4 f \ n”提单(snrIdx));%计算最大和模拟吞吐量maxthrougpul(snridx)= trblklen * numtrblks;最大可能吞吐量%simkrougupput(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个传输模块
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;抓住;包含('snr(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

  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《介质访问控制(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]= 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解调器函数网格= 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完美的信道估计器执行DL完美%信道估计enb.nbulsubcarrierspacing =“15 khz”;eNB.ntxants = eNB.nbrofp;eNB.totslots = 2;h = lteulperfectChanneLestimate(eNB,频道,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= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟运输4块8分贝信噪比NPDSCH提单= 1.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000%模拟4运输块4 db信噪比NPDSCH提单= 1.0000NPDSCH吞吐量(%)= 0.0000 %在0dB信噪比下模拟4个传输块NPDSCH BLER = 0.0000 NPDSCH吞吐量(%)= 100.0000 %