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NR PUSCH 처리량

이 참조 시뮬레이션에서는 3GPP NR 표준에서 정의한 대로 5G NR(New Radio) 링크의 PUSCH(physical uplink shared channel) 처리량을 측정하는 방법을 보여줍니다. 이 예제에서는 PUSCH와 UL-SCH(업링크 전송 채널)를 구현합니다. 송신기 모델은 PUSCH DM-RS(복조 기준 신호)를 포함합니다. 이 예제는 CDL(클러스터 지연선) 및 TDL(탭 지연선) 전파 채널을 모두 지원합니다. 완벽한 또는 실질적인 동기화와 채널 추정을 수행할 수 있습니다. 총 시뮬레이션 시간을 줄이려면, Parallel Computing Toolbox™를 사용하여 SNR 루프의 SNR 점들을 병렬로 실행할 수 있습니다.

소개

이 예제에서는 3GPP NR 표준 [1], [2], [3], [4]에서 정의한 대로 5G 링크의 PUSCH 처리량을 측정합니다.

이 예제는 다음과 같은 5G NR 기능을 모델링합니다.

  • UL-SCH 전송 채널 코딩

  • PUSCH와 PUSCH DM-RS 생성

  • 가변 부반송파 간격과 프레임 뉴머롤로지(2^n * 15kHz)

  • 일반 순환 전치와 확장 순환 전치

  • TDL 전파 채널 모델과 CDL 전파 채널 모델

시뮬레이션의 기타 기능은 다음과 같습니다.

  • 코드북 및 비코드북 기반 PUSCH 전송 방식

  • PUSCH 변환 프리코딩(선택 사항)

  • PUSCH와 DM-RS 매핑(슬롯별인 경우 및 슬롯별이 아닌 경우)

  • 완벽한 또는 실질적인 동기화와 채널 추정

  • 16개 프로세스를 사용한 HARQ 작업

다음 그림은 구현된 처리 체인을 보여줍니다. 명확성을 위해 DM-RS 생성은 생략됩니다.

참고로 이 예제는 채널 조건에 따른 MIMO 프리코딩의 폐루프 적응을 포함하지 않습니다. 예제에서 사용된 PUSCH MIMO 프리코딩은 다음과 같습니다.

  • 코드북 기반 송신의 경우, TPMI 파라미터를 사용하여 PUSCH 변조 내부에서 사용되는 MIMO 프리코딩 행렬을 선택할 수 있습니다.

  • 구현별 MIMO 프리코딩 행렬(비코드북 기반 송신인 경우, 코드북 기반 송신용 송신인 경우에는 안테나 포트와 안테나 사이의 MIMO 프리코딩)은 단위 행렬입니다.

총 시뮬레이션 시간을 줄이려면, Parallel Computing Toolbox를 사용하여 SNR 루프의 SNR 점들을 병렬로 실행할 수 있습니다.

시뮬레이션 길이와 SNR 점

10ms 프레임 수에 대한 시뮬레이션 길이를 설정합니다. 의미 있는 처리량 결과를 산출하려면 큰 수의 NFrames를 사용해야 합니다. 시뮬레이션할 SNR 점을 설정합니다. SNR은 RE별로 정의되며 각 수신 안테나에 적용됩니다. 이 예제에서 사용하는 SNR 정의에 대한 설명은 SNR Definition Used in Link Simulations 항목을 참조하십시오.

simParameters = struct();       % Clear simParameters variable to contain all key simulation parameters
simParameters.NFrames = 2;      % Number of 10 ms frames
simParameters.SNRIn = [-5 0 5]; % SNR range (dB)

채널 추정기 구성

논리형 변수 PerfectChannelEstimator는 채널 추정과 동기화 동작을 제어합니다. true로 설정되면 완벽한 채널 추정과 동기화가 사용됩니다. 그렇지 않으면, 수신된 PUSCH DM-RS의 값에 따라 실질적인 채널 추정과 동기화가 사용됩니다.

simParameters.PerfectChannelEstimator = true;

시뮬레이션 진단

변수 DisplaySimulationInformation은 각 서브프레임에 사용된 HARQ 프로세스 ID와 같은 시뮬레이션 정보 표시를 제어합니다. CRC 오류의 경우, RV 시퀀스에 대한 인덱스 값도 표시됩니다.

simParameters.DisplaySimulationInformation = true;

DisplayDiagnostics 플래그를 사용해서 계층별 EVM을 플로팅할 수 있습니다. 이 플롯은 이퀄라이제이션 후의 수신 신호의 품질을 모니터링합니다. 계층별 EVM Figure에는 다음 사항이 표시됩니다.

  • 슬롯당 계층별 EVM: 시간에 따른 EVM의 변화를 보여줍니다.

  • 리소스 블록당 계층별 EVM: 주파수에서의 EVM을 보여줍니다.

이 Figure는 시뮬레이션이 진행됨에 따라 변화하며 각 슬롯마다 업데이트됩니다. 일반적으로 SNR이 낮거나 채널 페이딩이 발생하면 신호 품질이 떨어집니다(높은 EVM). 채널은 각 계층에 다르게 영향을 미치므로 계층마다 EVM 값이 다를 수 있습니다.

경우에 따라 일부 계층은 다른 계층보다 훨씬 높은 EVM을 가질 수 있습니다. 이러한 낮은 품질 계층은 CRC 오류를 야기할 수 있습니다. 이 동작은 SNR이 낮거나 채널 조건에 너무 많은 계층을 사용했을 때 발생할 수 있습니다. SNR을 높이거나, 계층 개수를 줄이거나, 안테나 개수를 늘이거나, 더 강인한 송신(더 낮은 변조 방식과 목표 코드율)을 만드는 등의 방법을 함께 써서 이러한 상황을 방지할 수 있습니다.

simParameters.DisplayDiagnostics = false;

반송파 및 PUSCH 구성

시뮬레이션의 주요 파라미터를 설정합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

  • 리소스 블록의 대역폭(리소스 블록당 12개의 부반송파)

  • 부반송파 간격: 15, 30, 60, 120(kHz)

  • 순환 전치 길이: 일반 또는 확장

  • 셀 ID

  • 송신 안테나와 수신 안테나의 개수

UL-SCH 파라미터와 PUSCH 파라미터를 포함하는 하위 구조도 지정됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

  • 목표 코드율

  • 할당된 리소스 블록(PRBSet)

  • 변조 방식: 'pi/2-BPSK', 'QPSK', '16QAM', '64QAM', '256QAM'

  • 계층 개수

  • 변환 프리코딩(활성화/비활성화)

  • PUSCH 전송 방식과 MIMO 프리코딩 행렬 표시(TPMI)

  • 안테나 포트 개수

  • PUSCH 매핑 유형

  • DM-RS 구성 파라미터

시뮬레이션 전체에 적용되는 기타 파라미터는 다음과 같습니다.

  • 전파 채널 모델 지연 프로파일(TDL 또는 CDL)

변환 프리코딩을 활성화한 경우 계층 개수를 1로 설정해야 합니다.

% Set waveform type and PUSCH numerology (SCS and CP type)
simParameters.Carrier = nrCarrierConfig;        % Carrier resource grid configuration
simParameters.Carrier.NSizeGrid = 52;           % Bandwidth in number of resource blocks (52 RBs at 15 kHz SCS for 10 MHz BW)
simParameters.Carrier.SubcarrierSpacing = 15;   % 15, 30, 60, 120 (kHz)
simParameters.Carrier.CyclicPrefix = 'Normal';  % 'Normal' or 'Extended' (Extended CP is relevant for 60 kHz SCS only)
simParameters.Carrier.NCellID = 0;              % Cell identity

% PUSCH/UL-SCH parameters
simParameters.PUSCH = nrPUSCHConfig;      % This PUSCH definition is the basis for all PUSCH transmissions in the BLER simulation
simParameters.PUSCHExtension = struct();  % This structure is to hold additional simulation parameters for the UL-SCH and PUSCH

% Define PUSCH time-frequency resource allocation per slot to be full grid (single full grid BWP)
simParameters.PUSCH.PRBSet =  0:simParameters.Carrier.NSizeGrid-1; % PUSCH PRB allocation
simParameters.PUSCH.SymbolAllocation = [0,simParameters.Carrier.SymbolsPerSlot]; % PUSCH symbol allocation in each slot
simParameters.PUSCH.MappingType = 'A'; % PUSCH mapping type ('A'(slot-wise),'B'(non slot-wise))

% Scrambling identifiers
simParameters.PUSCH.NID = simParameters.Carrier.NCellID;
simParameters.PUSCH.RNTI = 1;

% Define the transform precoding enabling, layering and transmission scheme
simParameters.PUSCH.TransformPrecoding = false; % Enable/disable transform precoding
simParameters.PUSCH.NumLayers = 1;              % Number of PUSCH transmission layers
simParameters.PUSCH.TransmissionScheme = 'nonCodebook'; % Transmission scheme ('nonCodebook','codebook')
simParameters.PUSCH.NumAntennaPorts = 1;        % Number of antenna ports for codebook based precoding
simParameters.PUSCH.TPMI = 0;                   % Precoding matrix indicator for codebook based precoding

% Define codeword modulation
simParameters.PUSCH.Modulation = 'QPSK'; % 'pi/2-BPSK', 'QPSK', '16QAM', '64QAM', '256QAM'

% PUSCH DM-RS configuration
simParameters.PUSCH.DMRS.DMRSTypeAPosition = 2;       % Mapping type A only. First DM-RS symbol position (2,3)
simParameters.PUSCH.DMRS.DMRSLength = 1;              % Number of front-loaded DM-RS symbols (1(single symbol),2(double symbol))
simParameters.PUSCH.DMRS.DMRSAdditionalPosition = 1;  % Additional DM-RS symbol positions (max range 0...3)
simParameters.PUSCH.DMRS.DMRSConfigurationType = 1;   % DM-RS configuration type (1,2)
simParameters.PUSCH.DMRS.NumCDMGroupsWithoutData = 2; % Number of CDM groups without data
simParameters.PUSCH.DMRS.NIDNSCID = 0;                % Scrambling identity (0...65535)
simParameters.PUSCH.DMRS.NSCID = 0;                   % Scrambling initialization (0,1)
simParameters.PUSCH.DMRS.NRSID = 0;                   % Scrambling ID for low-PAPR sequences (0...1007)
simParameters.PUSCH.DMRS.GroupHopping = 0;            % Group hopping (0,1)
simParameters.PUSCH.DMRS.SequenceHopping = 0;         % Sequence hopping (0,1)

% Additional simulation and UL-SCH related parameters
%
% Target code rate
simParameters.PUSCHExtension.TargetCodeRate = 193 / 1024; % Code rate used to calculate transport block size
%
% HARQ process and rate matching/TBS parameters
simParameters.PUSCHExtension.XOverhead = 0;       % Set PUSCH rate matching overhead for TBS (Xoh)
simParameters.PUSCHExtension.NHARQProcesses = 16; % Number of parallel HARQ processes to use
simParameters.PUSCHExtension.EnableHARQ = true;   % Enable retransmissions for each process, using RV sequence [0,2,3,1]

% LDPC decoder parameters
% Available algorithms: 'Belief propagation', 'Layered belief propagation', 'Normalized min-sum', 'Offset min-sum'
simParameters.PUSCHExtension.LDPCDecodingAlgorithm = 'Normalized min-sum';
simParameters.PUSCHExtension.MaximumLDPCIterationCount = 6;

% Define the overall transmission antenna geometry at end-points
% If using a CDL propagation channel then the integer number of antenna elements is
% turned into an antenna panel configured when the channel model object is created
simParameters.NTxAnts = 1; % Number of transmit antennas
simParameters.NRxAnts = 2; % Number of receive antennas

% Define the general CDL/TDL propagation channel parameters
simParameters.DelayProfile = 'TDL-A'; % Use TDL-A model (Indoor hotspot model)
simParameters.DelaySpread = 30e-9;
simParameters.MaximumDopplerShift = 10;

% Cross-check the PUSCH layering against the channel geometry
validateNumLayers(simParameters);

시뮬레이션은 샘플 레이트 같은 기저대역 파형에 대한 다양한 정보의 영향을 받습니다.

waveformInfo = nrOFDMInfo(simParameters.Carrier); % Get information about the baseband waveform after OFDM modulation step

전파 채널 모델 생성

시뮬레이션을 위한 채널 모델 객체를 만듭니다. CDL 채널 모델과 TDL 채널 모델이 모두 지원됩니다[5].

% Constructed the CDL or TDL channel model object
if contains(simParameters.DelayProfile,'CDL','IgnoreCase',true)

    channel = nrCDLChannel; % CDL channel object

    % Swap transmit and receive sides as the default CDL channel is
    % configured for downlink transmissions.
    swapTransmitAndReceive(channel);

    % Turn the number of antennas into antenna panel array layouts. If
    % NRxAnts is not one of (1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024), its value
    % is rounded up to the nearest value in the set. If NTxAnts is not 1 or
    % even, its value is rounded up to the nearest even number.
    channel = hArrayGeometry(channel,simParameters.NTxAnts,simParameters.NRxAnts,'uplink');
    simParameters.NTxAnts = prod(channel.TransmitAntennaArray.Size);
    simParameters.NRxAnts = prod(channel.ReceiveAntennaArray.Size);
else
    channel = nrTDLChannel; % TDL channel object

    % Swap transmit and receive sides as the default TDL channel is
    % configured for downlink transmissions
    swapTransmitAndReceive(channel);

    % Set the channel geometry
    channel.NumTransmitAntennas = simParameters.NTxAnts;
    channel.NumReceiveAntennas = simParameters.NRxAnts;
end

% Assign simulation channel parameters and waveform sample rate to the object
channel.DelayProfile = simParameters.DelayProfile;
channel.DelaySpread = simParameters.DelaySpread;
channel.MaximumDopplerShift = simParameters.MaximumDopplerShift;
channel.SampleRate = waveformInfo.SampleRate;

최대 채널 지연을 구합니다.

chInfo = info(channel);
maxChDelay = chInfo.MaximumChannelDelay;

처리 루프

각 SNR 점에서의 처리량을 결정하려면 다음 단계를 사용하여 송신 인스턴스별로 PUSCH 데이터를 분석합니다.

  • 현재 HARQ 프로세스 업데이트. 주어진 HARQ 프로세스에 대한 송신 상태를 확인하여 재송신이 필요한지 여부를 결정합니다. 그렇지 않은 경우라면 새 데이터를 생성합니다.

  • 리소스 그리드를 생성합니다. 채널 코딩은 nrULSCH가 수행합니다. 이는 제공된 입력 전송 블록에서 작동합니다. 재송신이 필요할 경우를 대비하여 전송 블록의 복사본이 내부에 보관되어 있습니다. 코딩된 비트는 nrPUSCH에 의해 변조됩니다. 구현별 MIMO 프리코딩은 결과로 생성된 신호에 적용됩니다. 참고로 TxScheme='codebook'의 경우, 코드북 기반 MIMO 프리코딩이 이미 nrPUSCH 내부에 적용되어 있으며, 구현별 MIMO 프리코딩은 MIMO 프리코딩의 추가 단계입니다.

  • 파형 생성. 그런 다음 생성된 그리드는 OFDM 변조됩니다.

  • 잡음 채널 모델링. 파형이 CDL 페이딩 채널 또는 TDL 페이딩 채널을 통과합니다. AWGN이 추가됩니다. 각 계층의 SNR은 RE별 및 수신 안테나별로 정의됩니다.

  • 동기화 및 OFDM 복조 수행. 완벽한 동기화의 경우, 채널 임펄스 응답을 복원하고 사용하여 수신된 파형을 동기화합니다. 실질적인 동기화의 경우, 수신된 파형을 PUSCH DM-RS와 상관시킵니다. 그런 다음 동기화된 신호에 대해 OFDM 복조가 수행됩니다.

  • 채널 추정 수행. 완벽한 채널 추정을 사용하는 경우, 채널 임펄스 응답을 복원하고 OFDM 복조를 수행하여 채널 추정값을 제공합니다. 실질적인 채널 추정의 경우, PUSCH DM-RS를 사용합니다.

  • PUSCH 추출 및 이퀄라이제이션 수행. PUSCH 할당에 대응하는 리소스 요소는 수신된 OFDM 리소스 그리드와 nrExtractResources를 사용한 채널 추정으로부터 추출됩니다. 그런 다음 수신된 PUSCH 리소스는 nrEqualizeMMSE를 사용하여 MMSE 이퀄라이징됩니다.

  • PUSCH 디코딩. 이퀄라이징된 PUSCH 심볼은 잡음 추정값과 함께 nrPUSCHDecode에 의해 복조되고 디스크램블링되어 수신된 코드워드의 추정값을 얻습니다.

  • UL-SCH(Upnlink shared channel)를 디코딩하고 블록 CRC 오류로 HARQ 프로세스를 업데이트합니다. 디코딩된 소프트 비트로 구성된 벡터는 nrULSCHDecoder로 전달되고, 여기서 코드워드를 디코딩하여 시스템의 처리량을 결정하는 블록 CRC 오류를 반환합니다.

% Array to store the maximum throughput for all SNR points
maxThroughput = zeros(length(simParameters.SNRIn),1);
% Array to store the simulation throughput for all SNR points
simThroughput = zeros(length(simParameters.SNRIn),1);

% Set up redundancy version (RV) sequence for all HARQ processes
if simParameters.PUSCHExtension.EnableHARQ
    % From PUSCH demodulation requirements in RAN WG4 meeting #88bis (R4-1814062)
    rvSeq = [0 2 3 1];
else
    % HARQ disabled - single transmission with RV=0, no retransmissions
    rvSeq = 0;
end

% Create UL-SCH encoder System object to perform transport channel encoding
encodeULSCH = nrULSCH;
encodeULSCH.MultipleHARQProcesses = true;
encodeULSCH.TargetCodeRate = simParameters.PUSCHExtension.TargetCodeRate;

% Create UL-SCH decoder System object to perform transport channel decoding
% Use layered belief propagation for LDPC decoding, with half the number of
% iterations as compared to the default for belief propagation decoding
decodeULSCH = nrULSCHDecoder;
decodeULSCH.MultipleHARQProcesses = true;
decodeULSCH.TargetCodeRate = simParameters.PUSCHExtension.TargetCodeRate;
decodeULSCH.LDPCDecodingAlgorithm = simParameters.PUSCHExtension.LDPCDecodingAlgorithm;
decodeULSCH.MaximumLDPCIterationCount = simParameters.PUSCHExtension.MaximumLDPCIterationCount;

for snrIdx = 1:numel(simParameters.SNRIn)    % comment out for parallel computing
% parfor snrIdx = 1:numel(simParameters.SNRIn) % uncomment for parallel computing
% To reduce the total simulation time, you can execute this loop in
% parallel by using the Parallel Computing Toolbox. Comment out the 'for'
% statement and uncomment the 'parfor' statement. If the Parallel Computing
% Toolbox is not installed, 'parfor' defaults to normal 'for' statement.
% Because parfor-loop iterations are executed in parallel in a
% nondeterministic order, the simulation information displayed for each SNR
% point can be intertwined. To switch off simulation information display,
% set the 'displaySimulationInformation' variable above to false

    % Reset the random number generator so that each SNR point will
    % experience the same noise realization
    rng('default');

    % Take full copies of the simulation-level parameter structures so that they are not
    % PCT broadcast variables when using parfor
    simLocal = simParameters;
    waveinfoLocal = waveformInfo;

    % Take copies of channel-level parameters to simplify subsequent parameter referencing
    carrier = simLocal.Carrier;
    pusch = simLocal.PUSCH;
    puschextra = simLocal.PUSCHExtension;
    decodeULSCHLocal = decodeULSCH;  % Copy of the decoder handle to help PCT classification of variable
    decodeULSCHLocal.reset();        % Reset decoder at the start of each SNR point
    pathFilters = [];

    % Create PUSCH object configured for the non-codebook transmission
    % scheme, used for receiver operations that are performed with respect
    % to the PUSCH layers
    puschNonCodebook = pusch;
    puschNonCodebook.TransmissionScheme = 'nonCodebook';

    % Prepare simulation for new SNR point
    SNRdB = simLocal.SNRIn(snrIdx);
    fprintf('\nSimulating transmission scheme 1 (%dx%d) and SCS=%dkHz with %s channel at %gdB SNR for %d 10ms frame(s)\n', ...
        simLocal.NTxAnts,simLocal.NRxAnts,carrier.SubcarrierSpacing, ...
        simLocal.DelayProfile,SNRdB,simLocal.NFrames);

    % Specify the fixed order in which we cycle through the HARQ process IDs
    harqSequence = 0:puschextra.NHARQProcesses-1;

    % Initialize the state of all HARQ processes
    harqEntity = HARQEntity(harqSequence,rvSeq);

    % Reset the channel so that each SNR point will experience the same
    % channel realization
    reset(channel);

    % Total number of slots in the simulation period
    NSlots = simLocal.NFrames * carrier.SlotsPerFrame;

    % Timing offset, updated in every slot for perfect synchronization and
    % when the correlation is strong for practical synchronization
    offset = 0;

    % Loop over the entire waveform length
    for nslot = 0:NSlots-1

        % Update the carrier slot numbers for new slot
        carrier.NSlot = nslot;

        % Calculate the transport block size for the transmission in the slot
        [puschIndices,puschIndicesInfo] = nrPUSCHIndices(carrier,pusch);
        MRB = numel(puschIndicesInfo.PRBSet);
        trBlkSize = nrTBS(pusch.Modulation,pusch.NumLayers,MRB,puschIndicesInfo.NREPerPRB,puschextra.TargetCodeRate,puschextra.XOverhead);

        % HARQ processing
        % If new data for current process then create a new UL-SCH transport block
        if harqEntity.NewData
            trBlk = randi([0 1],trBlkSize,1);
            setTransportBlock(encodeULSCH,trBlk,harqEntity.HARQProcessID);
            % If new data because of previous RV sequence time out then flush decoder soft buffer explicitly
            if harqEntity.SequenceTimeout
                resetSoftBuffer(decodeULSCHLocal,harqEntity.HARQProcessID);
            end
        end

        % Encode the UL-SCH transport block
        codedTrBlock = encodeULSCH(pusch.Modulation,pusch.NumLayers, ...
            puschIndicesInfo.G,harqEntity.RedundancyVersion,harqEntity.HARQProcessID);

        % Create resource grid for a slot
        puschGrid = nrResourceGrid(carrier,simLocal.NTxAnts);

        % PUSCH modulation, including codebook based MIMO precoding if TxScheme = 'codebook'
        puschSymbols = nrPUSCH(carrier,pusch,codedTrBlock);

        % Implementation-specific PUSCH MIMO precoding and mapping. This
        % MIMO precoding step is in addition to any codebook based
        % MIMO precoding done during PUSCH modulation above
        if (strcmpi(pusch.TransmissionScheme,'codebook'))
            % Codebook based MIMO precoding, F precodes between PUSCH
            % transmit antenna ports and transmit antennas
            F = eye(pusch.NumAntennaPorts,simLocal.NTxAnts);
        else
            % Non-codebook based MIMO precoding, F precodes between PUSCH
            % layers and transmit antennas
            F = eye(pusch.NumLayers,simLocal.NTxAnts);
        end
        [~,puschAntIndices] = nrExtractResources(puschIndices,puschGrid);
        puschGrid(puschAntIndices) = puschSymbols * F;

        % Implementation-specific PUSCH DM-RS MIMO precoding and mapping.
        % The first DM-RS creation includes codebook based MIMO precoding if applicable
        dmrsSymbols = nrPUSCHDMRS(carrier,pusch);
        dmrsIndices = nrPUSCHDMRSIndices(carrier,pusch);
        for p = 1:size(dmrsSymbols,2)
            [~,dmrsAntIndices] = nrExtractResources(dmrsIndices(:,p),puschGrid);
            puschGrid(dmrsAntIndices) = puschGrid(dmrsAntIndices) + dmrsSymbols(:,p) * F(p,:);
        end

        % OFDM modulation
        txWaveform = nrOFDMModulate(carrier,puschGrid);

        % Pass data through channel model. Append zeros at the end of the
        % transmitted waveform to flush channel content. These zeros take
        % into account any delay introduced in the channel. This is a mix
        % of multipath delay and implementation delay. This value may
        % change depending on the sampling rate, delay profile and delay
        % spread
        txWaveform = [txWaveform; zeros(maxChDelay,size(txWaveform,2))]; %#ok<AGROW>
        [rxWaveform,pathGains,sampleTimes] = channel(txWaveform);

        % Add AWGN to the received time domain waveform
        % Normalize noise power by the IFFT size used in OFDM modulation,
        % as the OFDM modulator applies this normalization to the
        % transmitted waveform. Also normalize by the number of receive
        % antennas, as the channel model applies this normalization to the
        % received waveform, by default
        SNR = 10^(SNRdB/10);
        N0 = 1/sqrt(simLocal.NRxAnts*double(waveinfoLocal.Nfft)*SNR);
        noise = N0*randn(size(rxWaveform),"like",rxWaveform);
        rxWaveform = rxWaveform + noise;

        if (simLocal.PerfectChannelEstimator)
            % Perfect synchronization. Use information provided by the
            % channel to find the strongest multipath component
            pathFilters = getPathFilters(channel);
            [offset,mag] = nrPerfectTimingEstimate(pathGains,pathFilters);
        else
            % Practical synchronization. Correlate the received waveform
            % with the PUSCH DM-RS to give timing offset estimate 't' and
            % correlation magnitude 'mag'. The function
            % hSkipWeakTimingOffset is used to update the receiver timing
            % offset. If the correlation peak in 'mag' is weak, the current
            % timing estimate 't' is ignored and the previous estimate
            % 'offset' is used
            [t,mag] = nrTimingEstimate(carrier,rxWaveform,dmrsIndices,dmrsSymbols);
            offset = hSkipWeakTimingOffset(offset,t,mag);
            % Display a warning if the estimated timing offset exceeds the
            % maximum channel delay
            if offset > maxChDelay
                warning(['Estimated timing offset (%d) is greater than the maximum channel delay (%d).' ...
                    ' This will result in a decoding failure. This may be caused by low SNR,' ...
                    ' or not enough DM-RS symbols to synchronize successfully.'],offset,maxChDelay);
            end
        end
        rxWaveform = rxWaveform(1+offset:end,:);

        % Perform OFDM demodulation on the received data to recreate the
        % resource grid, including padding in the event that practical
        % synchronization results in an incomplete slot being demodulated
        rxGrid = nrOFDMDemodulate(carrier,rxWaveform);
        [K,L,R] = size(rxGrid);
        if (L < carrier.SymbolsPerSlot)
            rxGrid = cat(2,rxGrid,zeros(K,carrier.SymbolsPerSlot-L,R));
        end

        if (simLocal.PerfectChannelEstimator)
            % Perfect channel estimation, use the value of the path gains
            % provided by the channel
            estChannelGrid = nrPerfectChannelEstimate(carrier,pathGains,pathFilters,offset,sampleTimes);

            % Get perfect noise estimate (from the noise realization)
            noiseGrid = nrOFDMDemodulate(carrier,noise(1+offset:end,:));
            noiseEst = var(noiseGrid(:));

            % Apply MIMO deprecoding to estChannelGrid to give an estimate
            % per transmission layer
            K = size(estChannelGrid,1);
            estChannelGrid = reshape(estChannelGrid,K*carrier.SymbolsPerSlot*simLocal.NRxAnts,simLocal.NTxAnts);
            estChannelGrid = estChannelGrid * F.';
            if (strcmpi(pusch.TransmissionScheme,'codebook'))
                W = nrPUSCHCodebook(pusch.NumLayers,pusch.NumAntennaPorts,pusch.TPMI,pusch.TransformPrecoding);
                estChannelGrid = estChannelGrid * W.';
            end
            estChannelGrid = reshape(estChannelGrid,K,carrier.SymbolsPerSlot,simLocal.NRxAnts,[]);
        else
            % Practical channel estimation between the received grid and
            % each transmission layer, using the PUSCH DM-RS for each layer
            % which are created by specifying the non-codebook transmission
            % scheme
            dmrsLayerSymbols = nrPUSCHDMRS(carrier,puschNonCodebook);
            dmrsLayerIndices = nrPUSCHDMRSIndices(carrier,puschNonCodebook);
            [estChannelGrid,noiseEst] = nrChannelEstimate(carrier,rxGrid,dmrsLayerIndices,dmrsLayerSymbols,'CDMLengths',pusch.DMRS.CDMLengths);
        end

        % Get PUSCH resource elements from the received grid
        [puschRx,puschHest] = nrExtractResources(puschIndices,rxGrid,estChannelGrid);

        % Equalization
        [puschEq,csi] = nrEqualizeMMSE(puschRx,puschHest,noiseEst);

        % Decode PUSCH physical channel
        [ulschLLRs,rxSymbols] = nrPUSCHDecode(carrier,puschNonCodebook,puschEq,noiseEst);

        % Display EVM per layer, per slot and per RB. Reference symbols for
        % each layer are created by specifying the non-codebook
        % transmission scheme
        if (simLocal.DisplayDiagnostics)
            refSymbols = nrPUSCH(carrier,puschNonCodebook,codedTrBlock);
            plotLayerEVM(NSlots,nslot,puschNonCodebook,size(puschGrid),puschIndices,refSymbols,puschEq);
        end

        % Apply channel state information (CSI) produced by the equalizer,
        % including the effect of transform precoding if enabled
        if (pusch.TransformPrecoding)
            MSC = MRB * 12;
            csi = nrTransformDeprecode(csi,MRB) / sqrt(MSC);
            csi = repmat(csi((1:MSC:end).'),1,MSC).';
            csi = reshape(csi,size(rxSymbols));
        end
        csi = nrLayerDemap(csi);
        Qm = length(ulschLLRs) / length(rxSymbols);
        csi = reshape(repmat(csi{1}.',Qm,1),[],1);
        ulschLLRs = ulschLLRs .* csi;

        % Decode the UL-SCH transport channel
        decodeULSCHLocal.TransportBlockLength = trBlkSize;
        [decbits,blkerr] = decodeULSCHLocal(ulschLLRs,pusch.Modulation,pusch.NumLayers,harqEntity.RedundancyVersion,harqEntity.HARQProcessID);

        % Store values to calculate throughput
        simThroughput(snrIdx) = simThroughput(snrIdx) + (~blkerr * trBlkSize);
        maxThroughput(snrIdx) = maxThroughput(snrIdx) + trBlkSize;

        % Update current process with CRC error and advance to next process
        procstatus = updateAndAdvance(harqEntity,blkerr,trBlkSize,puschIndicesInfo.G);
        if (simLocal.DisplaySimulationInformation)
            fprintf('\n(%3.2f%%) NSlot=%d, %s',100*(nslot+1)/NSlots,nslot,procstatus);
        end

    end

    % Display the results dynamically in the command window
    if (simLocal.DisplaySimulationInformation)
        fprintf('\n');
    end
    fprintf('\nThroughput(Mbps) for %d frame(s) = %.4f\n',simLocal.NFrames,1e-6*simThroughput(snrIdx)/(simLocal.NFrames*10e-3));
    fprintf('Throughput(%%) for %d frame(s) = %.4f\n',simLocal.NFrames,simThroughput(snrIdx)*100/maxThroughput(snrIdx));

end
Simulating transmission scheme 1 (1x2) and SCS=15kHz with TDL-A channel at -5dB SNR for 2 10ms frame(s)

(5.00%) NSlot=0, HARQ Proc 0: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(10.00%) NSlot=1, HARQ Proc 1: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(15.00%) NSlot=2, HARQ Proc 2: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(20.00%) NSlot=3, HARQ Proc 3: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(25.00%) NSlot=4, HARQ Proc 4: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(30.00%) NSlot=5, HARQ Proc 5: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(35.00%) NSlot=6, HARQ Proc 6: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(40.00%) NSlot=7, HARQ Proc 7: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(45.00%) NSlot=8, HARQ Proc 8: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(50.00%) NSlot=9, HARQ Proc 9: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(55.00%) NSlot=10, HARQ Proc 10: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(60.00%) NSlot=11, HARQ Proc 11: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(65.00%) NSlot=12, HARQ Proc 12: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(70.00%) NSlot=13, HARQ Proc 13: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(75.00%) NSlot=14, HARQ Proc 14: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(80.00%) NSlot=15, HARQ Proc 15: CW0: Initial transmission failed (RV=0,CR=0.190705).
(85.00%) NSlot=16, HARQ Proc 0: CW0: Retransmission #1 passed (RV=2,CR=0.190705).
(90.00%) NSlot=17, HARQ Proc 1: CW0: Retransmission #1 passed (RV=2,CR=0.190705).
(95.00%) NSlot=18, HARQ Proc 2: CW0: Retransmission #1 passed (RV=2,CR=0.190705).
(100.00%) NSlot=19, HARQ Proc 3: CW0: Retransmission #1 passed (RV=2,CR=0.190705).

Throughput(Mbps) for 2 frame(s) = 0.5712
Throughput(%) for 2 frame(s) = 20.0000

Simulating transmission scheme 1 (1x2) and SCS=15kHz with TDL-A channel at 0dB SNR for 2 10ms frame(s)

(5.00%) NSlot=0, HARQ Proc 0: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(10.00%) NSlot=1, HARQ Proc 1: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(15.00%) NSlot=2, HARQ Proc 2: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(20.00%) NSlot=3, HARQ Proc 3: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(25.00%) NSlot=4, HARQ Proc 4: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(30.00%) NSlot=5, HARQ Proc 5: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(35.00%) NSlot=6, HARQ Proc 6: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(40.00%) NSlot=7, HARQ Proc 7: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(45.00%) NSlot=8, HARQ Proc 8: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(50.00%) NSlot=9, HARQ Proc 9: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(55.00%) NSlot=10, HARQ Proc 10: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(60.00%) NSlot=11, HARQ Proc 11: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(65.00%) NSlot=12, HARQ Proc 12: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(70.00%) NSlot=13, HARQ Proc 13: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(75.00%) NSlot=14, HARQ Proc 14: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(80.00%) NSlot=15, HARQ Proc 15: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(85.00%) NSlot=16, HARQ Proc 0: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(90.00%) NSlot=17, HARQ Proc 1: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(95.00%) NSlot=18, HARQ Proc 2: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(100.00%) NSlot=19, HARQ Proc 3: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).

Throughput(Mbps) for 2 frame(s) = 2.8560
Throughput(%) for 2 frame(s) = 100.0000

Simulating transmission scheme 1 (1x2) and SCS=15kHz with TDL-A channel at 5dB SNR for 2 10ms frame(s)

(5.00%) NSlot=0, HARQ Proc 0: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(10.00%) NSlot=1, HARQ Proc 1: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(15.00%) NSlot=2, HARQ Proc 2: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(20.00%) NSlot=3, HARQ Proc 3: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(25.00%) NSlot=4, HARQ Proc 4: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(30.00%) NSlot=5, HARQ Proc 5: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(35.00%) NSlot=6, HARQ Proc 6: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(40.00%) NSlot=7, HARQ Proc 7: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(45.00%) NSlot=8, HARQ Proc 8: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(50.00%) NSlot=9, HARQ Proc 9: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(55.00%) NSlot=10, HARQ Proc 10: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(60.00%) NSlot=11, HARQ Proc 11: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(65.00%) NSlot=12, HARQ Proc 12: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(70.00%) NSlot=13, HARQ Proc 13: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(75.00%) NSlot=14, HARQ Proc 14: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(80.00%) NSlot=15, HARQ Proc 15: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(85.00%) NSlot=16, HARQ Proc 0: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(90.00%) NSlot=17, HARQ Proc 1: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(95.00%) NSlot=18, HARQ Proc 2: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).
(100.00%) NSlot=19, HARQ Proc 3: CW0: Initial transmission passed (RV=0,CR=0.190705).

Throughput(Mbps) for 2 frame(s) = 2.8560
Throughput(%) for 2 frame(s) = 100.0000

결과

측정된 처리량을 표시합니다. 이 값은 데이터 송신에 주어진 사용 가능한 리소스에 대한 링크의 최대 가능 처리량의 백분율로 계산됩니다.

figure;
plot(simParameters.SNRIn,simThroughput*100./maxThroughput,'o-.')
xlabel('SNR (dB)'); ylabel('Throughput (%)'); grid on;
if (simParameters.PUSCH.TransformPrecoding)
    ofdmType = 'DFT-s-OFDM';
else
    ofdmType = 'CP-OFDM';
end
title(sprintf('%s / NRB=%d / SCS=%dkHz / %s %d/1024 / %dx%d', ...
    ofdmType,simParameters.Carrier.NSizeGrid,simParameters.Carrier.SubcarrierSpacing, ...
    simParameters.PUSCH.Modulation, ...
    round(simParameters.PUSCHExtension.TargetCodeRate*1024),simParameters.NTxAnts,simParameters.NRxAnts));

% Bundle key parameters and results into a combined structure for recording
simResults.simParameters = simParameters;
simResults.simThroughput = simThroughput;
simResults.maxThroughput = maxThroughput;

아래 Figure는 10,000개의 서브프레임을 시뮬레이션하여 얻은 처리량 결과를 보여줍니다(NFrames = 1000, SNRIn = -16:2:6).

정선된 참고 문헌

  1. 3GPP TS 38.211. "NR; Physical channels and modulation." 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

  2. 3GPP TS 38.212. "NR; Multiplexing and channel coding." 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

  3. 3GPP TS 38.213. "NR; Physical layer procedures for control." 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

  4. 3GPP TS 38.214. "NR; Physical layer procedures for data." 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

  5. 3GPP TR 38.901. "Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz." 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network.

로컬 함수

function validateNumLayers(simParameters)
% Validate the number of layers, relative to the antenna geometry

    numlayers = simParameters.PUSCH.NumLayers;
    ntxants = simParameters.NTxAnts;
    nrxants = simParameters.NRxAnts;
    antennaDescription = sprintf('min(NTxAnts,NRxAnts) = min(%d,%d) = %d',ntxants,nrxants,min(ntxants,nrxants));
    if numlayers > min(ntxants,nrxants)
        error('The number of layers (%d) must satisfy NumLayers <= %s', ...
            numlayers,antennaDescription);
    end

    % Display a warning if the maximum possible rank of the channel equals
    % the number of layers
    if (numlayers > 2) && (numlayers == min(ntxants,nrxants))
        warning(['The maximum possible rank of the channel, given by %s, is equal to NumLayers (%d).' ...
            ' This may result in a decoding failure under some channel conditions.' ...
            ' Try decreasing the number of layers or increasing the channel rank' ...
            ' (use more transmit or receive antennas).'],antennaDescription,numlayers); %#ok<SPWRN>
    end

end

function plotLayerEVM(NSlots,nslot,pusch,siz,puschIndices,puschSymbols,puschEq)
% Plot EVM information

    persistent slotEVM;
    persistent rbEVM
    persistent evmPerSlot;

    if (nslot==0)
        slotEVM = comm.EVM;
        rbEVM = comm.EVM;
        evmPerSlot = NaN(NSlots,pusch.NumLayers);
        figure;
    end
    evmPerSlot(nslot+1,:) = slotEVM(puschSymbols,puschEq);
    subplot(2,1,1);
    plot(0:(NSlots-1),evmPerSlot,'o-');
    xlabel('Slot number');
    ylabel('EVM (%)');
    legend("layer " + (1:pusch.NumLayers),'Location','EastOutside');
    title('EVM per layer per slot');

    subplot(2,1,2);
    [k,~,p] = ind2sub(siz,puschIndices);
    rbsubs = floor((k-1) / 12);
    NRB = siz(1) / 12;
    evmPerRB = NaN(NRB,pusch.NumLayers);
    for nu = 1:pusch.NumLayers
        for rb = unique(rbsubs).'
            this = (rbsubs==rb & p==nu);
            evmPerRB(rb+1,nu) = rbEVM(puschSymbols(this),puschEq(this));
        end
    end
    plot(0:(NRB-1),evmPerRB,'x-');
    xlabel('Resource block');
    ylabel('EVM (%)');
    legend("layer " + (1:pusch.NumLayers),'Location','EastOutside');
    title(['EVM per layer per resource block, slot #' num2str(nslot)]);

    drawnow;

end

참고 항목

객체

함수

관련 항목