使用LTE波形和SDR的图像传输和接收
本例展示了如何使用LTE波形和软件定义无线电(SDR)传输和接收图像。本例生成单天线或多天线LTE波形，用于在单个SDR平台上同时传输和接收。在波形生成过程中，示例将图像编码并打包到无线电帧中。然后，在接收时，本例从接收到的LTE波形解码图像。
简介
LTE工具箱™生成符合标准的基带IQ下行和上行参考测量通道(RMC)波形和下行测试模型(E-TM)波形。使用SDR，如基于Xilinx®Zynq®的无线电，您可以调制这些波形进行射频传输和接收。
本示例导入一个图像文件，并将其打包到使用LTE工具箱生成的基带RMC波形的多个无线电帧中。该示例通过使用受支持SDR的重复传输功能来创建连续的RF LTE波形。金宝app重复传输功能将基带RMC波形传输到SDR上的硬件存储器，并在空中无间隙连续传输波形。如果您使用能够多通道传输和接收的SDR设备，本示例将使用LTE传输分集生成并传输多天线LTE波形。
该示例通过使用相同的SDR捕获结果波形。如果您有适当的硬件，本例将在接收机中使用多通道接收。
本例支持这些sdr。金宝app
ADALM-Pluto来自模拟设备通信工具箱支持包ADALM-Pluto无线电金宝app
USRP™嵌入式系列无线电的通信工具箱支持包中的USRP™E310/E312金宝app
Xilinx®Zynq®基于无线电的通信工具箱支持包中的AD936x/FMCOMMS5金宝app
或者，如果SDR不可用，本例支持模拟加性高斯白噪声(AWGN)信道或将波形直接传递到解码阶段而不受损害。金宝app
示例设置
在运行示例之前，请设置通道变量为以下选项之一:
OverTheAir:使用SDR收发LTE波形GaussianNoise:传输波形通过AWGN通道传递(默认)NoImpairments:传输波形无损伤通过
频道=
“GaussianNoise”；
如果你设置通道来OverTheAir，配置发射增益和中心频率，并设置设备名称兑换为所需的特别提款权:
设置为
冥王星使用ADALM-Pluto Radio(默认)设置为
E3xx使用USRP嵌入式系列无线电设置为
AD936x或FMCOMMS5使用Xilinx zynq无线电
如果你设置频道为GaussianNoise，设置接收波形的信噪比。
如果频道= =“OverTheAir”设备名称=“冥王星”；centerFrequency =
2200000000；txGain =
－10；elseif频道= =“GaussianNoise”指定模拟信道接收信号的信噪比信噪比=
20.；结束
为LTE波形生成配置这些参数。
txsim。RC =“R.7”；%基本RMC配置，10mhz带宽txsim。NCellID =
88；细胞标识txsim。NFrame =
700；初始帧数txsim。NumAntennas =
1；发送和接收天线数量%
配置示例的所有作用域和图。
为图像图设置一个句柄。
如果~ (“imFig”，“var”) || ~把手(imFig) imFig =图;imFig。NumberTitle =“关闭”；imFig。Name =“阴谋”形象；imFig。可见=“关闭”；其他的clf (imFig);%清晰数字imFig。可见=“关闭”；结束
为通道估计图设置一个句柄。
如果~ (“hh”，“var”|| ~把手(hest) hest =数字(“可见”，“关闭”）;hh。NumberTitle =“关闭”；hh。Name =“信道估计”；其他的clf (hh);%清晰数字hh。可见=“关闭”；结束
在后面的示例中设置一个频谱范围以查看接收到的波形。
光谱分析仪(.．.SpectrumType =“能量密度”，.．.Title =“接收基带LTE信号频谱”，.．.YLabel =“功率谱密度”，.．.ShowLegend = true);
为均衡物理下行链路共享信道(PDSCH)符号设置星座图查看器。
星座= com . constellationdiagram(标题=均衡PDSCH符号，.．.ShowReferenceConstellation = false);
确定并设置本例中所有图形的位置。
[positionsValid,positions] = hPlotPositions;如果positionsValid imFig。位置=位置(5，:);hh。位置=位置(1，:);spectrumScope。位置=位置(6，:);星座。位置=位置(3，:);结束
发射机设计:系统架构
LTE发射机的总体结构由以下步骤组成:
导入并将图像转换为二进制数据流。
使用LTE工具箱生成基带LTE信号，将二进制数据流打包到下行共享信道(DL-SCH)的传输块中。
如果使用SDR，请使用SDR硬件准备用于传输的基带信号，并将基带数据发送到SDR，以便在所需的中心频率上连续传输。
准备镜像文件
该示例从图像文件读取数据，将其缩放以进行传输，并将其转换为二进制数据流。传输图像的大小直接影响传输图像数据所需的LTE无线电帧数。的比例因子0．5需要5次LTE无线电帧传输。增加缩放因子会产生更多的帧传输。减小缩放因子可以减少帧数。
指定映像文件名称及其缩放因子。
fileTx =“peppers.png”；%镜像文件名规模=
0．5；%图像缩放因子
导入指定的图像文件并将其转换为二进制流。
fData = imread(fileTx);从文件中读取映像数据origSize = size(fData);%原始输入图像大小scaledSize = max(floor(scale.*origSize(1:2))，1);计算新的图像大小heightIx = min(圆(((1:scaledSize(1)) -0.5)。/规模+ 0.5),origSize (1));widthIx = min(圆(((1:scaledSize(2)) -0.5)。/规模+ 0.5),origSize (2));fData = fData(height,widthIx，:);调整图像大小imsize = size(fData);存储新的图像大小binData = dec2bin(fData(:)，8);转换为8位无符号二进制trData =重塑((binData- .' 0 ')。1[])。”;%创建二进制流
使用先前为图像图创建的句柄，显示传输图像。在本例后面，如果LTE波形被成功解码，则接收图像显示在传输图像下方。
%绘图传输图像图(imFig);imFig。可见=“上”；次要情节(211);imshow (fData);标题(“传播形象”）;次要情节(212);标题(“接收到的图像将出现在这里……”）;集(gca),“可见”，“关闭”）;%隐藏轴
甘氨胆酸组(findall (,“类型”，“文本”),“可见”，“上”）;%取消隐藏标题
生成基带LTE信号
使用lteRMCDL(LTE工具箱)函数生成TS36.101附录A.3中定义的RMC的默认配置参数[1］．配置结构中的参数rmc允许根据需要进行定制。
rmc = lteRMCDL(txsim.RC);
根据图像数据的大小计算所需的LTE帧数。
trBlkSize = rmc.PDSCH.TrBlkSizes;txsim。TotFrames = ceil(numel(trData)/sum(trBlkSize(:)));
自定义RMC参数
rmc。NCellID = txsim.NCellID;rmc。NFrame = txsim.NFrame;rmc。TotSubframes = txsim.TotFrames*10;每帧10个子帧rmc。CellRefP = txsim.NumAntennas;配置单元参考端口数rmc.PDSCH.RVSeq = 0;
用虚拟数据填充子帧5。
rmc。OCNGPDSCHEnable =“上”；rmc。OCNGPDCCHEnable =“上”；
如果在两个或多个通道上传输，启用发送分集。
如果rmc。CellRefP >= 2 rmc.PDSCH.TxScheme =“TxDiversity”；rmc.OCNGPDSCH.TxScheme =“TxDiversity”；其他的rmc.PDSCH.TxScheme =“Port0”；rmc.OCNGPDSCH.TxScheme =“Port0”；结束rmc.PDSCH.NLayers = txsim.NumAntennas;流(“\n生成LTE传输波形:\n”+.．.“将图像数据打包到%d帧(s).\n\n”, txsim.TotFrames);
生成LTE传输波形:将图像数据打包成5帧(s)。
使用lteRMCDLTool(LTE工具箱)为了产生基带波形，eNodeBOutput，一个完整的资源网格，txGrid，以及RMC的完整配置。该工具获取二进制流，trData，从输入图像文件创建，并将其打包到PDSCH中的多个传输块中。
将图像数据打包到一个LTE帧中。[eNodeBOutput,txGrid,rmc] = lteRMCDLTool(rmc,trData);
传输LTE波形
如果使用SDR，请创建一个sdrTransmitter对象使用sdrtx函数。将中心频率、采样率、增益和信道配置设置为相应的属性sdrTransmitter对象。然后，使用transmitRepeat将基带LTE传输传输到SDR平台进行连续传输。
如果频道= =“OverTheAir”发射机属性sdrTransmitter = sdrtx(deviceName);sdrTransmitter。BasebandSampleRate = rmc.SamplingRate;% 15.36 MHz为默认RMC (R.7)，带宽为10 MHzsdrTransmitter。中心频率=中心频率;sdrTransmitter。增益= tx增益;sdrTransmitter。ChannelMapping = 1:txsim.NumAntennas;将SDR I/O直接传递给Zynq Radio或USRP上的主机跳过FPGA嵌入式系列无线电如果设备名称~ =“冥王星”sdrTransmitter。ShowAdvancedProperties = true;sdrTransmitter。BypassUserLogic = true;结束流(“\n生成LTE传输波形:\n”）缩放归一化信号以避免RF级饱和powerScaleFactor = 0.8;eNodeBOutput = eNodeBOutput.*(1./max(abs(eNodeBOutput))*powerScaleFactor);发射射频波形transmitRepeat (sdrTransmitter eNodeBOutput);结束
接收机设计:系统架构
LTE接收机的总体结构由以下步骤组成:
如果使用SDR，则捕获传输的LTE信号的适当帧数。否则，应用AWGN到
eNodeBOutput或不适用减值。确定并修正接收信号的频率偏移。
将捕获的信号同步到LTE帧的开始。
OFDM对接收到的信号进行解调，得到LTE资源网格。
对接收到的信号进行信道估计。
解码PDSCH和DL-SCH，从每个无线电帧的传输块中获得传输数据。
重新组合接收到的传输块数据，形成接收到的图像。
这个示例绘制了捕获波形的功率谱密度，并显示了估计通道、均衡的PDSCH符号和接收到的图像的可视化。
设立SDR接收器
捕获比传输多一个LTE帧，以允许接收机处理中的时序偏移环绕。
framesPerCapture = txsim.TotFrames+1;要捕获的LTE帧数。captureTime = framesPerCapture * 10e-3;捕获时间(秒)
为用于图像传输的设备创建具有指定属性的SDR接收器系统对象。接收机的采样率为15.36MHz，这是LTE带宽为50个资源块时的标准采样率。50rbs相当于10mhz的信号带宽。
如果频道= =“OverTheAir”sdrReceiver = sdrrx(deviceName);sdrReceiver。BasebandSampleRate = sdrTransmitter.BasebandSampleRate;sdrReceiver。CenterFrequency = sdrTransmitter.CenterFrequency;sdrReceiver。OutputDataType =“替身”；sdrReceiver。ChannelMapping = 1:txsim.NumAntennas;如果设备名称~ =“冥王星”sdrReceiver。ShowAdvancedProperties = true;sdrReceiver。BypassUserLogic = true;结束流(“开始一个新的射频捕获。”) rx波形=捕获(sdrReceiver,captureTime，“秒”）;elseif频道= =“GaussianNoise”rx波形= awgn(eNodeBOutput,SNR，“测量”）;其他的%无损伤rx波形= eNodeBOutput;结束
显示捕获波形的功率谱密度。
spectrumScope。SampleRate = rmc.SamplingRate;spectrumScope (rxWaveform);发行版(spectrumScope)
设置LTE接收机
该示例通过假设传输的PDSCH属性是已知的来简化LTE信号接收。
假设FDD双工模式和一个正常的循环前缀长度，以及四个单元特定的参考端口(CellRefP)用于主信息块(MIB)解码。MIB提供实际CellRefP的个数。
enb。PDSCH = rmc.PDSCH;enb。DuplexMode =“FDD”；enb。CyclicPrefix =“正常”；enb。CellRefP = 4;
信号的采样率控制捕获的带宽。使用所选的采样率从查找表中获取RBs的数量。
%带宽:{1.4 3 5 10 20}MHzSampleRateLUT = [1.92 3.84 7.68 15.36 30.72]*1e6;Ndlrblut = [6 15 25 50 100];enb。NDLRB = NDLRBLUT(SampleRateLUT==rmc.SamplingRate);如果isempty (enb.NDLRB)错误(“不支持采样率。金宝app金宝app支持的速率是%s。”，.．.“1.92 MHz, 3.84 MHz, 7.68 MHz, 15.36 MHz, 30.72 MHz”）;结束
配置信道估计，使用特定于小区的参考信号来执行。一个9乘9的平均窗口将噪声的影响最小化。
信道估计配置结构cec。PilotAverage =“UserDefined”；导频符号平均的类型cec。FreqWindow = 9;%频率窗口大小在REscec。TimeWindow = 9;%时间窗口大小在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%
过程捕获信号
由于LTE波形以循环的方式在空中连续传输，因此接收器捕获的第一帧不能保证是第一传输帧。这意味着帧可能会按顺序被解码。为了使接收到的帧能够按照正确的顺序重新组合，它们的帧号必须确定。MIB包含当前系统帧号的信息，因此需要对其进行解码。在确定帧号之后，本例解码PDSCH和DL-SCH并显示均衡后的PDSCH符号。在子帧5中不传输数据;因此，解码时忽略子帧捕获的数据。
当LTE帧已成功解码时，该示例将逐帧显示检测到的帧号以及每个子帧的均衡PDSCH符号星座。该示例还显示每帧单元参考点0和接收天线之间的信道幅值频率响应的估计。
对已知单元ID执行频率偏移校正。
frequencyOffset = lteFrequencyOffset(enb, rx波形);rx波形= lteFrequencyCorrect(enb, rx波形，frequencyOffset);流("\n修正了%i Hz的频率偏移。\n"frequencyOffset)
修正了-2.447074e+00 Hz的频率偏移。
执行盲小区搜索以获得小区身份和定时偏移。使用“PostFFT”SSS检测方法提高检测速度。
cellSearch。SSSDetection =“PostFFT”；cellSearch。MaxCellCount = 1;[NCellID,frameOffset] = lteCellSearch(enb, rx波形，cellSearch);enb。NCellID = NCellID;流("检测到单元格标识%i.\n", NCellID);
检测到88的单元格标识。
将捕获的样本同步到LTE帧的开始，并删除不完整帧的任何样本。
rx波形= rx波形(frameOffset+1:end，:);samplesPerFrame = 10e-3*rmc.SamplingRate;% LTE帧周期为10毫秒tailSamples = mod(length(rx波形)，samplesPerFrame);rx波形= rx波形(1:end-tailSamples，:);enb。NSubframe = 0;流("修正了%i个样本的时间偏移。\n"frameOffset)
修正了0个样本的定时偏移。
OFDM解调波形并对4个小区特定参考端口进行信道估计，因为eNodeB的小区特定参考端口是未知的。
rxGrid = lteOFDMDemodulate(enb, rx波形);[hest,nest] = lteDLChannelEstimate(enb,cec,rxGrid);sfDims = lteResourceGridSize(enb);Lsf = sfDims(2);每子帧的OFDM符号的百分比LFrame = 10*Lsf;每帧OFDM符号的百分比numFullFrames = length(rx波形)/samplesPerFrame;
初始化这些变量以处理接收到的帧。
rxDataFrame = 0 (sum(enb.PDSCH.TrBlkSizes(:))，numFullFrames);recFrames = 0 (numFullFrames,1);rxSymbols = [];txSymbols = [];
对于每一帧，解码MIB、PDSCH和DL-SCH。
为帧= 0:(numFullFrames-1) fprintf(\n对帧%i的帧%i执行DL-SCH解码，.．.框架+ 1,numFullFrames)从接收到的资源网格的每一帧中提取子帧#0%和渠道估算。enb。NSubframe = 0;rxsf = rxGrid(:，frame*LFrame+(1:Lsf)，:);hestsf = hest(:，frame*LFrame+(1:Lsf)，:，:);% PBCH解调。提取资源元素(REs)%对应于接收网格和通道中的PBCH%估计网格解调。enb。CellRefP = 4;pbchIndices = ltePBCHIndices(enb);[pbchRx,pbchHest] = lteExtractResources(pbchIndices,rxsf,hestsf);[~，~，nfmod4,mib,CellRefP] = ltePBCHDecode(enb,pbchRx, pbchest,nest);%如果PBCH解码成功CellRefP~=0，则更新信息如果~ CellRefP流(“帧未检测到PBCH。\n”）;继续；结束enb。CellRefP = CellRefP;解码MIB以获得当前帧号enb = ltimib (mib,enb);结合函数输出的nfmod4值% ltePBCHDecode，作为从MIB建立的NFrame值%是系统帧数对4的模。enb。NFrame = enb.NFrame+nfmod4;流(" MIB解码成功。\n")流("帧号:%d.\n", enb.NFrame);存储接收的帧号recFrames(frame+1) = enb.NFrame;处理帧内的子帧(忽略子帧5)为Sf = 0:9如果科幻小说~ = 5忽略子帧5提取子帧enb。NSubframe = sf;rxsf = rxGrid(:，frame*LFrame+sf*Lsf+(1:Lsf)，:);使用CellRefP的正确数目执行信道估计[hestsf,nestsf] = lteDLChannelEstimate(enb,cec,rxsf);物理控制格式指示通道(PCFICH)%解调。从中提取PCFICH对应的REs%用于解调的接收网格和信道估计。pcfichIndices = ltePCFICHIndices(enb);[pcfichRx, pcfichest] = lteExtractResources(pcfichices,rxsf,hestsf);[cfiBits,recsym] = ltePCFICHDecode(enb,pcfichRx, pcfichest,nestsf);控制格式指示符(CFI)解码enb。CFI = lteCFIDecode(cfiBits);%获取PDSCH指数[pdschIndices,pdschIndicesInfo] = ltePDSCHIndices(enb, enb.)PDSCH enb.PDSCH.PRBSet);[pdschRx, pdschHest] = lteExtractResources(pdschIndices, rxsf, hestsf);%执行解编码，层反映射，解调和%对接收到的数据使用的估计解码器%通道[rxEncodedBits, rxEncodedSymb] = ltePDSCHDecode(enb,enb.)PDSCH pdschRx,.．.pdschHest nestsf);将解码的符号附加到流rxSymbols = [rxSymbols;rxEncodedSymb {}):;% #好< AGROW >%传输块大小outLen = enb.PDSCH.TrBlkSizes(enb.NSubframe+1);解码下行链路共享信道(DL-SCH)[decbits{sf+1}， blkcrc(sf+1)] = lteDLSCHDecode(enb,enb。PDSCH,.．.outLen rxEncodedBits);% #好< SAGROW >%重新编码传输的PDSCH符号用于EVM计算%编码传输的DLSCHtxRecode = lttedlsch (enb,enb. pdsch,pdschIndicesInfo.G,decbits{sf+1});调制传输PDSCHtxRemod = ltePDSCH(enb, enb。PDSCH txRecode);解码传输的PDSCH[~，refSymbols] = ltePDSCHDecode(enb, enb.)PDSCH txRemod);将编码符号添加到流中txSymbols = [txSymbols;refSymbols {}):;% #好< AGROW >星座(rxEncodedSymb {:});%图当前星座释放(星座);释放先前的星座图结束结束重新组合已解码的位流(“检索解码传输块数据。\n”）;Rxdata = [];为I = 1:长度(十位)如果我~ = 6忽略子帧5Rxdata = [Rxdata;decbits{我}{}):;% #好< AGROW >结束结束存储接收帧中的数据rxDataFrame(:，frame+1) = rxdata;绘制cellrefp0和接收天线之间的信道估计focalFrameIdx = frame*LFrame+(1:LFrame);图(hh);hh。可见=“上”；focalFrameIdx冲浪(abs(命令(:,1,1)));阴影平；包含(OFDM符号索引）;ylabel (“副载波指数”）;zlabel (“级”）;标题(《信道幅值频率响应估计》）;结束
对burst中5帧中的第1帧执行DL-SCH Decode:
成功解码MIB。
帧数:700。
检索已解码的传输块数据。
对burst中5帧中的第2帧执行DL-SCH Decode:
成功解码MIB。
帧号:701。
检索已解码的传输块数据。
对burst中5帧中的第3帧执行DL-SCH Decode:
成功解码MIB。
帧数:702。
检索已解码的传输块数据。
对burst中5帧中的第4帧执行DL-SCH Decode:
成功解码MIB。
帧数:703。
检索已解码的传输块数据。
对burst中5帧中的5帧执行DL-SCH Decode:
成功解码MIB。
帧数:704。
检索已解码的传输块数据。
如果频道= =“OverTheAir”释放(sdrTransmitter);释放(sdrReceiver);结束
结果确认与显示
为了确定接收数据的质量，该示例计算传输数据和接收数据之间的误码率(BER)。接收到的数据转换成图像。
确定第一个传输帧的索引(最低接收帧数)。
[~，frameIdx] = min(recFrames);
初始化这些变量进行图像重建。
decodedRxDataStream = 0 (length(rxDataFrame(:))，1);frameLen = size(rxDataFrame,1);
将接收到的数据块(按正确顺序)重新组合成连续的流。
为currFrame = mod(frameIdx-1,numFullFrames)+1;获取当前帧索引decodedRxDataStream((n-1)*frameLen+1:n*frameLen) = rxDataFrame(:，currFrame);frameIdx = frameIdx+1;增量帧索引结束
通过“系统对象”的EVM和误码率，可以计算出解码后数据的EVM和误码率。
如果~isempty(rxSymbols) evmCalculator = com . evm ();evmCalculator。MaximumEVMOutputPort = true;[evm.RMS,维生素。Peak] = evmCalculator(txSymbols, rxSymbols);流(" EVM峰值= %0.3f%%\n", evm.Peak);流(" EVM RMS = %0.3f%%\n", evm.RMS);%进行误码率(BER)计算bitErrorRate = com . errorrate;err = bitErrorRate(decodedRxDataStream(1:length(trData))， trData);流("误码率(BER) = %0.5f.\n",犯错(1));流("误码数= %d.\n"犯错(2));流("传输比特数= %d.\n"长度(trData));其他的流(“未解码传输块。\n”）;结束
EVM峰值= 33.306%
Evm RMS = 8.429%
误码率(BER) = 0.00000。
误码数= 0。
传输比特数= 1179648。
根据接收到的数据重新创建映像。
STR =重塑(sprintf(' % d '，decodedRxDataStream(1:length(trData)))， 8， []).';Decdata = uint8(bin2dec(str));receivedImage =重塑(decdata,imsize);如果存在(“imFig”，“var”&&把手(imFig)%如果TX图形打开图(imFig);次要情节(212);其他的图;次要情节(212);结束imshow (receivedImage);标题(sprintf ("接收图像:%dx%d天线配置", txsim。NumAntennas txsim.NumAntennas));
进一步的探索
如果使用SDR，请尝试降低发射器增益以损害接收图像的质量并增加误码的数量。否则，降低信噪比(
信噪比）.如果使用受支持的多通道金宝appSDR，请尝试增加天线数量(
txsim。NumAntennas)，以了解使用多通道传输的好处。
特别提款权故障排除
选定的参考书目
3gpp ts 36.101。用户设备(UE)无线电发射和接收。第三代伙伴计划;技术规范集团无线接入网;改进的通用地面无线电接入(E-UTRA)。
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