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LTE System Toolbox

주요 특징

  • LTE 및 LTE-Advanced를 위한 표준 호환 모델(릴리스 8, 9, 10 및 11)
  • 링크 수준의 전송 및 수신 처리 함수, 다운링크 전송 모드 1~10 지원, CoMP(coordinated multipoint)를 포함한 참조 모델 설계
  • E-TM 테스트 모델, LTE, LTE-A 및 UMTS 파형 생성을 위한 참조 측정 채널(RMC)
  • 적합성 테스트 및 BER 테스트를 위한 대화형 툴
  • 무선 테스트를 위한 라디오 디바이스 및 기기의 파형 송신 및 수신
  • Cell identity, MIB 및 SIB1을 포함하여 캡처한 신호로부터 시스템 및 제어 파라미터 복원
  • 채널 추정, 동기화, MIMO 수신기 함수 및 전파 채널 모델

설계 검증

LTE System Toolbox는 주 참조 모델의 구현을 제공함으로써 LTE 설계 테스트 프로세스를 돕습니다. 이 System Toolbox는 송신기, 수신기 및 채널 모델의 광범위한 컴포넌트 세트를 통해 송신기나 수신기의 개별 컴포넌트를 검증하는 데 필요한 테스트 벡터와 메트릭을 제공합니다. 컴포넌트 세트 내용:

  • 레이트 매칭, 스크램블링 및 변조를 통한 채널 코딩
  • 레이어 매핑 및 프리코딩을 포함한 MIMO 동작
  • 리소스 요소 매핑, OFDM 및 SC-FDM 신호 생성
  • 프레임 동기, 주파수 오프셋 추정 및 주파수 정정
  • 다운링크 및 업링크 채널 추정, 완벽한 채널 추정
  • Zero-forcing 및 MMSE를 포함한 등화 알고리즘 
  • 복조, 디스크램블링 및 채널 디코딩
  • 하이브리드 자동 반복 요청(HARQ)

System Toolbox는 시간-주파수 리소스 그리드의 포괄적인 사양을 제공합니다. 이 그리드는 각 안테나에서 OFDM 전송 전에 LTE 표준이 데이터를 그리드상에 조직화하고 다양한 채널과 신호를 멀티플렉싱하는 데 사용하는 프레임워크를 나타냅니다. 그리드의 다양한 요소를 생성하고 입력하는 함수를 사용하여 설계 정확성을 확인하고 구현에서 배치 및 매핑 오류를 파악할 수 있습니다.

Downlink physical signals, their associated functions, and their locations on the resource grid.
다운링크 물리 신호 및 관련 함수, 리소스 그리드에서 이들의 위치 LTE System Toolbox를 통해 그리드 내의 데이터를 LTE 송수신기의 정확한 구현에 맞게 배치할 수 있습니다.

종단 간 시뮬레이션

LTE System Toolbox를 통해 LTE 표준의 물리 계층을 모델링 및 시뮬레이션할 수 있습니다. 링크 수준 시뮬레이션을 통해 처리량 및 블록 오류율을 포함하여 성능에 대한 예상 측정을 확보하고 시뮬레이션된 측정값을 바탕으로 실제 구현을 평가할 수 있습니다. 이 시스템 툴박스는 또한 주어진 지오메트리 및 전파 프로파일의 셀 타워를 설계하는 데 필요한 파라미터 일부를 제공하는 링크 수준 시뮬레이션을 촉진함으로써 더 나은 시스템 계획 수립을 지원합니다.

송수신기, 수신기 및 채널 모델링 작업을 위해 지원되는 함수 세트는 다음과 같습니다.

  • FDD(Frequency division duplex) 및 TDD(time division duplex) 프레임 구조체 및 반송파 주파수
  • 모든 전송 대역1.4~ 20MHz 및 최대 100MHz의 LTE-A 포함(주파수 묶음 기술)
  • LTE 물리 신호다운링크 및 업링크 참조 신호 및 동기화 신호 포함
  • LTE 물리 채널제어 채널 및 공유 채널 포함
  • 전체 다운링크 처리 체인다운링크 공유 및 제어 채널 처리, 모든 MIMO 멀티안테나 스키마, OFDM 신호 생성 포함
  • 전체 업링크 처리 체인업링크 공유 및 제어 채널 처리, 업링크 SU-MIMO 및 MU-MIMO 멀티안테나 스키마, SC-FDMA 신호 생성 포함
  • 링크 적응 특징적응 변조 및 코딩 스킴(MCS) 선택을 지원, 채널 품질 지표(CQI), 랭크 지표(RI), 프리코더 매트릭스 지표(PMI) 정보 포함
  • LTE-Advanced 기능 및 예CoMP(coordinated multipoint) 전송, 수신 및 반송파 주파수 묶음 포함
  • LTE 정의 전파 채널 모델EPA(extended pedestrian A model), EVA(extended vehicular A model), ETU(extended typical urban model), 전파 채널 모델 이동, 고속 열차 MIMO 채널 모델 포함

LTE System Toolbox는 LTE 표준 문서 TS 36.101에 지정된 적합성 테스트 조건에 따라 PDSCH(physical downlink shared channel)의 처리량 성능을 측정하는 테스트를 설정할 수 있습니다. 시스템 툴박스 데이터 구조를 사용하여 모든 시스템 파라미터를 간단하게 표현할 수 있습니다. 시스템 툴박스 함수를 사용하여 모든 송신기, 채널 모델, 수신기 동작의 조합을 표현할 수 있습니다. 적합성 및 비트 오류율(BLER) 테스트에 이러한 툴을 활용하면 링크 수준 성능 측정값을 얻고 표준 사양에 대한 적합성을 확인할 수 있습니다.

Conformance test results: throughput as a function of SNR as part of downlink TS 36.101 conformance testing.
적합성 테스트 결과: 다운링크 TS 36.101 적합성 테스트의 SNR일부로서 SNR 함수로서 처리량 System Toolbox는 표준 사양 준수를 확인할 수 있는 성능 측정값과 메트릭을 포함합니다.

신호 생성 및 분석

LTE System Toolbox는 다양한 구현 테스트, 측정 및 검증에 사용할 수 있는 시간 영역 신호 또는 파형을 제공합니다. LTE 송신기 파라미터의 모든 조합에 대한 개별 파형을 생성할 수 있습니다. MATLAB®을 사용하여 생성된 파형을 사용자 지정함으로써 하드웨어 기반 신호 생성기로 제공되는 참조 측정 채널(RMC) 생성보다 뛰어난 유연성을 제공합니다. 각 생성된 파형을 사용하여 수신기의 소프트웨어 또는 하드웨어 구현에 대한 정확도 및 성능을 테스트하고 검증할 수 있습니다.

시스템 툴박스에서 생성된 파형은 다음과 같은 특징을 갖습니다.

  • PBCH(physical broadcast channel), PCFICH(physical control format indicator channel), PDCCH(physical downlink control channel), PDSCH(physical downlink shared channel), PHICH(physical hybrid indicator channel), PRACH(physical random access channel), PUSCH(physical uplink shared channel) 및 PUCCH(physical uplink control channel)를 포함한 물리 채널
  • PSS(primary synchronization signal), SSS(secondary synchronization signal), cell-specific RS(reference signal), DMRS(demodulation reference signal), CSI-RS(channel state information reference signal), SRS(sounding reference signal)를 포함한 물리 신호
  • EPDCCH(Enhanced physical downlink control channel)와 3GPP Release 11 지원을 위한 그에 대한 복조 참조 신호(DM-RS) 생성 함수
  • EVM, ACLR 및 대역 내 방출을 포함한 신호 품질 측정
  • 다운링크 참조 측정 채널(RMC)
  • 다운링크 E-UTRA 테스트 모델(E-TM)
  • 업링크 참조 측정 채널(FRC/RMC)

LTE 표준 문서 TS 36.141에 지정된 대로 다운링크 테스트 모델 파형을 생성할 수 있습니다. 이 시스템 툴박스는 프로그래밍 용도를 위한 함수를 포함하는 파형 생성을 위한 유연성과 대화형 용도를 위한 사용자 인터페이스를 제공합니다.

LTE Test Model Generator for generating waveforms as specified in TS 36.141.
TS 36.141에 지정된 파형 생성을 위한 LTE Test Model Generator LTE System Toolbox가 제공하는 툴을 사용하여 파형 콘텐츠를 사용자 지정할 수 있습니다.

LTE 파형 생성 툴 제공 외에도 LTE System Toolbox는 3GPP UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 다운링크 및 업링크 파형과 참조 채널을 생성하여 표준 호환 W-CDMA, HDSPA, HSUPA 및 HSPA+ 신호를 모델링할 수 있습니다.

시스템 툴박스에서 생성된 파형은 RF 신호 생성기 또는 지원되는 소프트웨어 정의 라디오(SDR) 디바이스를 사용하여 무선으로 전송됩니다. RF 신호 분석기 또는 SDR 디바이스를 사용하여 캡처한 신호는 LTE System Toolbox 함수를 통해 MATLAB에서 분석 및 디코딩됩니다. 이 하드웨어 연결 기능을 통해 종단 간 모델에서 시뮬레이션된 채널과 손상을 라이브 라디오 신호로 대체함으로써 설계를 검증할 수 있습니다.

Instrument Control Toolbox를 사용하여 RF 테스트 및 측정 기기를 구성하고 이들과 통신하며 Communications System Toolbox 하드웨어 지원 패키지를 사용하여 지원되는 SDR 장치에 연결합니다.

LTE System Toolbox process for waveform generation through waveform analysis.
기저대역 LTE 파형을 생성하고 RF 기기와 지원되는 SDR 디바이스에서 라이브 라디오 신호를 주고 받으며 라이브 LTE 신호로 LTE 시스템 설계를 검증할 수 있습니다.

신호 정보 복원

LTE System Toolbox는 식별 및 소스 지역화를 포함하여 신호 정보 복구를 위한 함수를 제공합니다. 이러한 측정값은 신호 해독에 필요한 정보를 얻거나 모바일 유닛의 위치와 ID를 확인할 때 유용합니다. 예를 들어 비상시에는 최초 대응자가 이러한 측정값을 이용하여 문제의 모바일 유닛을 찾을 수 있습니다.

시스템 툴박스의 신호 정보 복구 측정에는 다음이 포함됩니다.

  • 신호 복구 절차
  • 셀 ID 검색
  • 마스터 정보 블록(MIB) 해독
  • 시스템 정보 블록 유형 1(SIB1) 복구
  • TDOA(Time difference of arrival) 포지셔닝의 시간 차이

시스템 툴박스는 모바일 유닛(UE)과 네트워크의 통신 방법을 모델링하는 수신기 함수의 포괄적인 세트를 제공합니다. 이러한 함수는 UE 셀 검색 절차를 수행하고 마스터 정보 블록(MIB) 및 시스템 정보 블록(SIB)과 같은 시스템 정보 추출을 가능하게 합니다. 이 프로세스는 슬롯 및 프레임 동기화, 복조, 다운링크 채널 대부분에 대한 해독 확보를 포함합니다.

MIB 정보 복조 및 해독을 통해 시스템 대역과 같은 필수 파라미터를 얻을 수 있습니다. 그런 다음 PLMN(Public land mobile network) ID를 포함하는 SIB1과 같이 추가 시스템 파라미터와 SIB1 외에 SIB에 대한 기타 예약 정보를 추출할 수 있습니다. 이러한 파라미터 확보는 핸드오프, 모바일 유닛 로컬라이제이션, 기타 시스템 액세스 및 등록 절차를 위해 꼭 필요합니다.

Radio network temporary identity (RNTI) search and recovery of system information block (SIB).
RNTI(Radio network temporary identity) 검색 및 시스템 정보 블록(SIB)의 복구 LTE System Toolbox는 UE 셀 검색 절차를 수행하고 셀 ID를 얻으며 시스템 정보를 추출할 수 있는 함수를 제공합니다.

적합성 테스트

LTE System Toolbox 기능은 정확하고 포괄적이며 LTE 표준 사양을 따릅니다. System Toolbox의 데이터 구조체 및 함수는 3GPP LTE 표준 릴리스 8, 9, 10 및 11을 준수합니다. 이 시스템 툴박스는 다운링크(기지국에서 모바일로) 및 업링크(모바일에서 기지국으로) 전송을 위한 송신기 채널 모델 및 수신기 작동의 포괄적인 조합을 제공합니다.

LTE System Toolbox는 2009년부터 업계에서 사용되고 있습니다. 시스템 툴박스 물리 계층 모델의 정확성은 디지털 기저대역 신호를 상용 신호 생성기 및 분석기와 성공적으로 교환함으로써 검증되었습니다.

FPGA implementation of an LTE receiver design

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