基于物理层集成的NR电池性能评估
此示例演示了在5G新无线电(NR)节点中集成高保真5G Toolbox™物理层。该示例模拟了一个5G NR小区,由一组连接到gNB的用户设备(UE)组成。节点上的NR堆栈包括RLC (radio link control)层、MAC (medium access control)层和物理层。该示例还建模了可以自定义的信道损伤。对于更快的MAC集中模拟,您可以切换到直通PHY层,或者您可以与自定义PHY层集成。
介绍
本例考虑了gNB和ue中的以下操作,以促进上行链路(UL)和下行链路(DL)传输和接收。
完整的PUSCH或PDSCH包以其分配的符号集的第一个符号传输。接收方在分配的符号集中的最后一个符号之后处理符号中的包。
这个例子建模:
基于槽和符号的DL和UL调度。
可配置的子载波间距导致不同的插槽持续时间。
频域资源在资源块组(rbg)方面的不连续分配。
UL和DL中的异步自适应混合自动重复请求(HARQ)机制。
PUSCH解调参考信号(DM-RS)和PDSCH DM-RS。
基于从gNB接收的CSI-RS的终端对DL信道质量的测量。默认情况下,对于所有终端的DL带宽中的每个资源块(RB), CSI-RS资源元素在每个插槽中传输。所有终端使用相同的CSI-RS配置。本例没有对测量UL通道质量的探测参考信号(SRS)建模。假设UL通道质量与CSI-RS上测量的DL通道质量相同。
自由空间路径损耗(FSPL)、加性高斯白噪声(AWGN)和聚类延迟线(CDL)传播信道模型。
单输入单输出(SISO)天线配置。
整个运营商的单带宽部分。
控制报文,如UL分配、DL分配、BSR (buffer status report)、PDSCH反馈、CQI (channel quality indicator)报告等,都假定发送出带外,即不需要资源传输,保证无差错接收。
NR协议栈
节点(gNB或UE)是NR堆栈层的组合。辅助类hNRGNB.m而且hNRUE.m分别创建gNB和UE节点,包含RLC、MAC和PHY层。
RLC层
RLC使用单个逻辑通道(LCH)在未确认模式(UM)下运行。对于RLC层,两者都有hNRGNB.m而且hNRUE.m使用hNRUMEntity.m实现RLC发射机和接收机的功能。
MAC层
对于MAC层,hNRGNB.m使用助手类hNRGNBMAC.m实现gNB MAC功能和hNRUE.m使用hNRUEMAC.m实现UE MAC功能。gNB MAC具有UL和DL调度器,分别将UL和DL资源分配给终端。有关分配PUSCH和PDSCH资源的UL和DL调度的详细信息,请参见NR软驱调度性能评估的例子。调度器在hNRSchedulerRoundRobin.m(循环策略),hNRSchedulerProportionalFair.m(比例公平战略),以及hNRSchedulerBestCQI.m(最佳CQI策略)辅助类。所有这些调度器都继承自基类hNRScheduler.m,包含核心调度功能。
PHY层和信道建模
本例使用5G Toolbox™进行UE和gNB的PHY层操作。在Tx端,操作包括物理层处理从MAC接收的传输块及其传输。在Rx端,对接收到的波形进行处理,并将解码后的信息发送到MAC。有关PDSCH和PUSCH处理链的详细信息,请参阅NR PDSCH吞吐量的例子,NR PUSCH吞吐量例子,分别。对于PHY层,hNRGNB.m使用助手类hNRGNBPhy.m实现gNB PHY层功能和hNRUE.m使用hNRUEPhy.m实现UE PHY层功能。对于信道损伤,示例建模了FSPL、AWGN和CDL传播信道模型。
该示例使用一个查找表将接收到的信干扰加噪声比(SINR)映射到CQI索引,以获得0.1块错误率(BLER)。查找表对应于3GPP TS 38.214表5.2.2.1-3中的CQI表。有关生成此查找表过程的详细信息,请参见5G NR下行CSI报告的例子。
MAC-PHY接口
下面是MAC层和PHY层之间的主要接口调用。有关详细信息,请参见hNRPhyInterface.m.
txDataRequest:
MAC向PHY发送PDSCH(通过gNB)或PUSCH(通过UE)的请求。MAC在Tx时间开始时调用此请求。本例中没有对PHY处理时间进行建模。rxDataRequest:
从MAC到PHY接收PUSCH(通过gNB)或PDSCH(通过UE)的请求。MAC在Rx时间开始时调用这个请求。dlControlRequest:
MAC对PHY进行非数据下行传输或接收的请求。对于gNB,此请求由gNB MAC发送DL传输。对于UE,它由UE MAC发送用于DL接收。MAC在DL插槽的开始处为该插槽中的所有预定DL传输或接收发送请求。该接口用于除PDSCH以外的所有DL传输和接收。txDataRequest
而且rxDataRequest
用于PDSCH。本例中,gNB MAC使用该接口发送CSI-RS, UE MAC使用该接口接收CSI-RS。registerMACInterfaceFcn:
在PHY上注册MAC回调函数的一次性设置调用。gNB PHY使用回调将解码后的UL包发送到MAC, UE PHY使用回调将解码后的DL包和在CSI-RS上测量的DL通道质量发送到MAC。
可插拔的体育
您可以在系统中插入和使用不同的PHY层。在模拟运行中,所有节点都使用相同的PHY层变体。MAC不知道下面的PHY层的类型,因为MAC使用MAC-PHY接口与PHY层交互。默认情况下,示例使用5G Toolbox™来建模PHY层。要使用直通PHY层,请参见NR PUSCH软驱调度,NR软驱调度性能评估,基于NR TDD符号的调度性能评估的例子。直通PHY层不做任何数据包的物理层处理。
场景配置
中配置仿真参数simParameters
结构。
rng (“默认”);重置随机数生成器simParameters = [];清除simParameters变量simParameters。NumFramesSim= 30;%以10毫秒帧数表示的模拟时间simParameters。SchedulingType = 0;将该值设置为0(基于插槽的调度)或1(基于符号的调度)
指定计算单元中的ue数量,假设ue具有顺序无线网络临时标识符(rnti)1
来simParameters。NumUEs
.如果修改终端数量,请确保接入的行数simParameters。UEPosition
参数等于的值simParameters。NumUEs
.
simParameters。NumUEs = 4;为ue分配位置,假设gNB在(0,0,0). n × 3%矩阵,其中“N”是ue的个数。每一行都有a的(x, y, z)位置% UE(单位:米)simParameters。UEPosition= [100 0 0; 600 0 0; 1500 0 0; 2500 0 0];验证UE位置validateattributes (simParameters。UEPosition, {“数字”}, {“非空的”,“真实”的,“nrows”, simParameters。NumUEs,“ncols”3,“有限”},“simParameters。UEPosition”,“UEPosition”)
根据3GPP TS 38.104章节5.3.2的定义,将信道带宽设置为5 MHz,子载波间距(SCS)设置为15 kHz。假设将全部带宽分配给PUSCH或PDSCH。
simParameters。NumRBs = 25;simParameters。SCS = 15;%千赫simParameters。DLCarrierFreq = 2.635e9;%赫兹simParameters。ULCarrierFreq = 2.515e9;%赫兹UL和DL载波被假设为对称信道%的带宽simParameters。DLBandwidth = 5e6;%赫兹simParameters。ULBandwidth = 5e6;%赫兹
指定发射功率和天线增益。
simParameters。UETxPower = 23;% Tx功率为所有终端在dBmsimParameters。GNBTxPower = 29;% Tx电源的gNB在dBmsimParameters。GNBRxGain = 10;%接收机天线增益在gNB
为BLER为0.1的CQI索引映射表指定SINR。
simParameters。SINR90pc = [-2.46 2.54 7.54 12.05 14.54 17.04 18.54 21.04...23.04 25.43 27.93 28.43 30.43 33.43 36.43];
指定调度策略和分配给PDSCH和PUSCH的RBs的最大限制。传输限制仅适用于新的传输,而不适用于重新传输。
simParameters。SchedulerStrategy =“PF”;%支金宝app持的调度策略:'PF'、'RR'和'BestCQI'simParameters。RBAllocationLimitUL = 15;% For PUSCHsimParameters。RBAllocationLimitDL = 15;%用于PDSCH
日志记录和可视化配置
的CQIVisualization
而且RBVisualization
参数分别控制CQI可视化和RB赋值可视化的显示。要启用这些可视化图,请将这些参数设置为真正的
.
simParameters。CQIVisualization = false;simParameters。RBVisualization = false;
设置enableTraces
作为真正的
记录跟踪。如果enableTraces
设置为假
,然后CQIVisualization
而且RBVisualization
将自动禁用,并且不会在模拟中记录跟踪。要加速模拟,请设置enableTraces
来假
.
enableTraces = true;
该示例定期更新度量图。设置模拟期间的更新次数。
simParameters。NumMetricsSteps = 20;
将日志写入MAT-files。该示例使用这些日志进行模拟后分析和可视化。
parametersLogFile =“simParameters”;用于记录模拟参数simulationLogFile =“simulationLogs”;用于记录模拟跟踪simulationMetricsFile =“simulationMetrics”;用于记录模拟指标启用数据包捕获(PCAP)simParameters。PCAPLogging= false;%设置为true,启用UEofInterest抓包功能simParameters。UEofInterest = 1;使用该RNTI记录UE的报文
应用流量配置
设置终端的DL和UL应用流量模式。
dlAppDataRate = 16e4*ones(simParameters.NumUEs,1);% DL应用程序数据速率,单位为每秒千比特(kbps)ulAppDataRate = 16e4*ones(simParameters.NumUEs,1);% UL应用程序数据速率,单位为kbps验证DL应用程序数据速率validateattributes (dlAppDataRate, {“数字”}, {“非空的”,“向量”,“元素个数”, simParameters。NumUEs,“有限”,“>”, 0},“dlAppDataRate”,“dlAppDataRate”)验证UL应用程序数据速率validateattributes (ulAppDataRate, {“数字”}, {“非空的”,“向量”,“元素个数”, simParameters。NumUEs,“有限”,“>”, 0},“ulAppDataRate”,“ulAppDataRate”)
导出参数
根据上一节中指定的主要配置参数计算派生的参数,并设置一些特定于示例的常量。
simParameters。DuplexMode = 0;% FDDsimParameters。NCellID = 1;%物理单元IDsimParameters。位置= [0 0 0];gNB在(x,y,z)坐标中的位置
指定CSI-RS资源配置,假设所有终端都在同一CSI-RS资源上测量信道质量。
csirsConfig = nrCSIRSConfig(”“国家免疫日, simParameters。NCellID,“NumRB”, simParameters。NumRBs,“RowNumber”2,“SubcarrierLocations”, 1“SymbolLocations”, 0);simParameters。CSIRSConfig = {CSIRSConfig};
指定CSI报告配置。
csiReportConfig =结构(“SubbandSize”8“CQIMode”,“子”);simParameters。CSIReportConfig = {CSIReportConfig};
配置通道模型。
channelModelUL = cell(1, simParameters.NumUEs);channelModelDL = cell(1, simParameters.NumUEs);waveformminfo = nrOFDMInfoNumRBs simParameters.SCS);为ueIdx = 1:simParameters。NumUEs%配置上行通道型号channel = nrCDLChannel;通道。DelayProfile =“CDL-C”;通道。DelaySpread = 300e-9;通道。Seed = 73 + (ueIdx - 1);通道。CarrierFrequency = simParameters.ULCarrierFreq;channel.TransmitAntennaArray.Size = [1 1 1 1 1 1];channel.ReceiveAntennaArray.Size = [1 1 1 1 1 1];通道。SampleRate = waveformInfo.SampleRate; channelModelUL{ueIdx} = channel;配置下行通道型号channel = nrCDLChannel;通道。DelayProfile =“CDL-C”;通道。DelaySpread = 300e-9;通道。Seed = 73 + (ueIdx - 1);通道。CarrierFrequency = simParameters.DLCarrierFreq;channel.TransmitAntennaArray.Size = [1 1 1 1 1 1];channel.ReceiveAntennaArray.Size = [1 1 1 1 1 1];通道。SampleRate = waveformInfo.SampleRate; channelModelDL{ueIdx} = channel;结束
设置UEs的PUSCH准备时间。gNB确保PUSCH任务在终端收到PUSCHPrepTime
在传输时间之前。
simParameters。PUSCHPrepTime= 200;%(微秒)
计算模拟中的槽数。
numSlotsSim = (simParameters.)NumFramesSim* 10 * simParameters.SCS)/15;
设置示例根据插槽数量更新度量可视化的间隔。因为本例使用一个槽的时间粒度,所以MetricsStepSize
字段必须为整数。
simParameters。MetricsStepSize = ceil(numSlotsSim / simParameters.NumMetricsSteps);
为每个终端指定一个逻辑通道,本例中为所有节点(UE和gnb)设置逻辑通道配置。
numLogicalChannels = 1;在本例中,假设每个UE中只有1个逻辑通道%逻辑信道id(数据无线电承载逻辑信道id从4开始)simParameters.LCHConfig.LCID = 4;
在范围[0,3]中指定RLC实体类型。0、1、2、3分别表示RLC UM单向DL实体、RLC UM单向UL实体、RLC UM双向实体和RLC AM实体。
simParameters.RLCConfig.EntityType = 2;
创建RLC通道配置结构。
rlcChannelConfigStruct。Lcgid = 1;%逻辑通道与逻辑通道组ID的对应关系rlcChannelConfigStruct。优先级= 1;每个逻辑通道的优先级rlcChannelConfigStruct。PBR = 8;每个逻辑通道的优先比特率(PBR),单位为千字节/秒rlcChannelConfigStruct。BSD = 10;每个逻辑通道的BSD (Bucket size duration) %,单位为毫秒rlcChannelConfigStruct。EntityType= simParameters.RLCConfig.EntityType; rlcChannelConfigStruct.LogicalChannelID = simParameters.LCHConfig.LCID;
请根据已配置的调度类型设置映射类型。
如果~ isfield (simParameters“SchedulingType”|| simParameters。SchedulingType == 0%如果未指定调度类型或指定基于槽位的调度simParameters。PUSCHMappingType =“一个”;simParameters。PDSCHMappingType =“一个”;其他的基于符号的调度simParameters。PUSCHMappingType =“B”;simParameters。PDSCHMappingType =“B”;结束
gNB和ue安装
创建gNB和UE对象,初始化UE的通道质量信息,并在gNB和UE上设置逻辑通道。辅助类hNRGNB.m而且hNRUE.m分别创建gNB节点和UE节点,包含RLC层、MAC层和PHY层。
gNB = hNRGNB(simParameters);创建gNB节点%创建调度程序开关(simParameters.SchedulerStrategy)情况下“农达”%循环调度程序调度器= hNRSchedulerRoundRobin(simParameters);情况下“PF”比例公平调度程序调度器= hnrschedulerproporalfair (simParameters);情况下“BestCQI”%最佳CQI调度器调度器= hNRSchedulerBestCQI(simParameters);结束addScheduler (gNB,调度器);将调度器添加到gNBsimParameters。ChannelModel = channelModelUL;gNB。PhyEntity = hNRGNBPhy(simParameters);创建PHY层实例configurePhy (gNB simParameters);%配置PHY层setPhyInterface (gNB);%设置接口为PHY层创建UE节点集UEs = cell(simParameters。NumUEs, 1);为ueIdx = 1: simParameters。NumUEsueParam = simParameters; ueParam.Position = simParameters.UEPosition(ueIdx, :);UE的位置ueParam。ChannelModel = channelModelDL{ueIdx};ueParam。CSIReportConfig = CSIReportConfig;ue {ueIdx} = hNRUE(ueParam, ueIdx);问题{ueIdx}。PhyEntity = hNRUEPhy(ueParam, ueIdx);创建PHY层实例configurePhy(问题{ueIdx}, ueParam);%配置PHY层setPhyInterface(用正餐{ueIdx});设置接口到PHY层为终端在gNB上设置逻辑通道configureLogicalChannel(gNB, ueIdx, rlcChannelConfigStruct);在UE上设置逻辑通道configureLogicalChannel(ue {ueIdx}, ueIdx, rlcChannelConfigStruct);为开关网络流量模式创建一个对象,并将其添加到指定UE的%。产生终端上行数据流量ulApp = networkTrafficOnOff(“GeneratePacket”,真的,...“定时”, simParameters。NumFramesSim*10e-3,“停止时间”0,“DataRate”ulAppDataRate (ueIdx));问题{ueIdx}。addApplication (ueIdx simParameters.LCHConfig。LCID ulApp);为指定的开关网络流量模式创建一个对象% UE,并将其添加到gNB。该节点生成下行数据UE在gNB上的流量百分比dlApp = networkTrafficOnOff(“GeneratePacket”,真的,...“定时”, simParameters。NumFramesSim*10e-3,“停止时间”0,“DataRate”dlAppDataRate (ueIdx));gNB。addApplication (ueIdx simParameters.LCHConfig。LCID dlApp);结束
启用PCAP日志记录。
如果simParameters。PCAPLogging为每次模拟运行生成唯一的文件名ueCapturefileName = strcat(“CellID -”num2str (simParameters.NCellID),“_ue -”num2str (simParameters.UEofInterest),“_”num2str(现在));enablePacketLogging(用正餐{simParameters.UEofInterest}。PhyEntity ueCapturefileName);取消注释下面的代码以启用gNB的数据包捕获% gnbCapturefileName = strcat('CellID-', num2str(simParameters.NCellID), '_gNB-', num2str(now));% enablePacketLogging (gNB。PhyEntity gnbCapturefileName);结束
模拟
初始化无线网络模拟器nrNodes = [{gNB};问题);networkSimulator = hWirelessNetworkSimulator(nrNodes);
创建对象来记录MAC和PHY跟踪。
如果enableTraces为MAC跟踪日志创建一个对象simSchedulingLogger = hNRSchedulingLogger(simParameters, networkSimulator, gNB, UEs);为PHY跟踪日志创建一个对象simPhyLogger = hNRPhyLogger(simParameters, networkSimulator, gNB, UEs);为CQI和RB网格可视化创建一个对象如果simParameters。CQIVisualization || simParameters。RBVisualizationgridVisualizer = hNRGridVisualizer(simParameters,“MACLogger”, simSchedulingLogger);结束结束
为MAC和PHY指标可视化创建一个对象。
metricsVisualizer = hNRMetricsVisualizer“EnableSchedulerMetricsPlots”,真的,“EnablePhyMetricsPlots”,真的,“NetworkSimulator”networkSimulator,“GNB”gNB,“问题”、问题);
运行指定的模拟NumFramesSim
帧。
从'NumFramesSim'计算模拟持续时间(秒)simulationTime = simParameters。NumFramesSim * 1e-2;%运行模拟运行(networkSimulator simulationTime);
获取模拟指标并将其保存在mat文件中。模拟指标保存在一个mat文件中,文件名为simulationMetricsFile
.
metrics = getMetrics(metricsVisualizer);保存(simulationMetricsFile,“指标”);
在模拟结束时,将系统性能指标的实现值与它们的理论峰值进行比较(考虑到零开销)。显示的性能指标包括实现的数据速率(UL和DL)、实现的光谱效率(UL和DL)和观测到的ue的BLER (DL和UL)。峰值按3GPP TR 37.910计算。
displayPerformanceIndicators (metricsVisualizer)
峰值UL吞吐量:31.11 Mbps。实现小区UL吞吐量:18.20 Mbps实现小区UL吞吐量:[5.54 5.18 4.14 3.34]实现小区UL Goodput: 17.89 Mbps实现UL Goodput,每个UE:[5.54 5.13 3.97 3.25]峰值UL频谱效率:6.22比特/秒/Hz。cell实现UL频谱效率:3.58比特/秒/Hz峰值DL吞吐量:31.11 Mbps。实现小区DL吞吐量:17.77 Mbps每个终端的DL吞吐量:[5.34 5.09 4.11 3.22]实现小区DL Goodput: 17.12 Mbps每个终端的DL Goodput:[5.34 4.91 3.75 3.11]峰值DL频谱效率:6.22比特/秒/Hz。实现小区DL频谱效率:3.42 bits/s/Hz上行方向各UE分组错误率:[0 0.006 0.029 0.018]下行方向各UE分组错误率:[0 0.025 0.062 0.029]
仿真可视化
以下是运行时可视化的五种类型:
在PUSCH或PDSCH带宽上显示终端的CQI值:详见中“渠道质量可视化”图形说明NR PUSCH软驱调度的例子。
显示资源网格分配给终端:二维时频网格显示终端的资源分配情况。您可以在“场景配置”部分启用此可视化。具体请参见中“资源网格分配”图描述NR PUSCH软驱调度的例子。
显示UL调度指标图:有关详细信息,请参见中“上行调度器性能指标”图描述NR软驱调度性能评估的例子。
显示DL调度度量图:有关详细信息,请参见中“下行调度器性能指标”图描述NR软驱调度性能评估的例子。
DL和UL块错误率显示:“块错误率(BLER)可视化”中显示的两个子图显示了随着模拟的进行,在上行链路和下行链路方向观察到的BLER(每个UE)。剧情每天更新
metricsStepSize
槽。
模拟日志
用于仿真的参数和仿真日志保存在mat文件中,用于仿真后的分析和可视化。仿真参数保存在一个mat文件中,文件名为配置参数的值parametersLogFile
.每个时间步骤日志、调度分配日志和BLER日志保存在mat文件中simulationLogFile
.模拟完成后,打开文件进行加载DLTimeStepLogs
,ULTimeStepLogs
SchedulingAssignmentLogs
,RLCLogs
在工作空间中。
时间步长日志:DL和UL时间步日志格式相同。日志格式的详细信息,请参见《模拟日志》章节NR PUSCH软驱调度.
调度分配日志:所有调度任务的信息和相关信息都记录在这个文件中。日志格式的详细信息,请参见《模拟日志》章节NR软驱调度性能评估的例子。
提单日志:上行链路和下行链路上观测到的块错误信息记录在该文件中。该表显示了示例日志条目。
日志的每一行表示一个槽位。该列包含长度等于ue数量的信息向量。关于UE的信息的索引等于它的RNTI。
如果enableTraces simulationLogs = cell(1,1);%读取日志并保存在mat文件中如果simParameters。DuplexMode == 0% FDDlogInfo = struct(“DLTimeStepLogs”[],“ULTimeStepLogs”[],“SchedulingAssignmentLogs”[],“BLERLogs”[],“AvgBLERLogs”[]);[logInfo。DLTimeStepLogs logInfo。ULTimeStepLogs] = getSchedulingLogs(simSchedulingLogger);其他的% TDDlogInfo = struct(“TimeStepLogs”[],“SchedulingAssignmentLogs”[],“BLERLogs”[],“AvgBLERLogs”[]);logInfo。TimeStepLogs = getSchedulingLogs(simSchedulingLogger);结束[logInfo。BLERLogs logInfo。AvgBLERLogs] = getBLERLogs(simPhyLogger);% BLER日志logInfo。SchedulingAssignmentLogs = getGrantLogs(simSchedulingLogger);%调度任务日志simulationLogs{1} = logInfo;保存(parametersLogFile,“simParameters”);将模拟参数保存在mat文件中保存(simulationLogFile,“simulationLogs”);将模拟日志保存在mat文件中结束
您可以运行脚本NRPostSimVisualization以获得日志的模拟后可视化。有关运行此脚本的选项的详细信息,请参阅NR软驱调度性能评估例子
进一步的探索
您可以使用这个示例进一步研究这些选项。
自定义调度
您可以修改已存在的调度策略,创建新的调度策略。在系统级模拟中插入自定义调度器示例说明如何创建自定义调度策略并将其插入系统级模拟。
使用直通物理层
对于以MAC为重点的模拟,您可以通过在节点上安装直通PHY层对象来使用直通PHY层。对于gNB,创建类型的对象hNRGNBPassthroughPhy,对于UE,创建一个类型的对象hNRUEPassthroughPhy.有关详细信息,请参见“gNB和UEs设置”部分NR软驱调度性能评估的例子。
基于所描述的仿真参数,该示例根据各种度量指标评估系统的性能。不同的可视化显示了系统的运行时性能。通过使用保存的日志进行更彻底的后模拟分析,可以提供每个插槽操作的详细图像。
使用RLC AM
您还可以通过修改输入结构字段将RLC实体的工作模式从UM切换到确认模式(AM)EntityType
而且SeqNumFieldLength
在configureLogicalChannel
的函数hNRNode.m.的“进一步探索”部分了解更多细节NR软驱调度性能评估.
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