CN111130696A - 一种基于5g终端模拟器的下行仿真平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台，属于无线通信技术领域。该仿真平台包括：初始化模块、参数配置模块、子帧数据模块；子帧数据模块包括：同步信号模块、参考信号模块、下行控制信息模块、信道产生模块和信道链路模块。在该平台中，发射机模拟一个从原始数据块经过链路处理到产生IQ数据的过程，能够完成基于5G终端模拟器的数据下行仿真流程。本发明解决了现有技术所存在的终端设备研究中存在应用场景无法达到理想的测试效果、分布式中间件技术在空口监测分析仪表中较难实现的问题。

Description

一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台。
背景技术
通信系统的计算机模拟仿真技术可以让用户在较短的时间内建立整个通信模型并对模型进行理想状态的仿真和分析。5G终端模拟器数据源的产生具体涉及到链路级别的仿真，关注的是点到点的链路级性能，具体分析物理层对应的技术给链路性能带来的影响，仿真目的是为了验证分析物理层技术。
为了解决分布式中间件技术在空口监测仪表中较难实现、现有技术所存在的终端设备研究中存在应用场景无法达到理想的测试效果的问题，因此，亟需一种能够对5G物理层技术关键性能指标进行模拟和分析的仿真平台来解决此问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于5G终端模拟器的数据源模拟平台，解决现有技术所存在的终端设备研究中存在应用场景无法达到理想的测试效果，分布式中间件技术在空口监测仪表中较难实现的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台，其特征在于，根据5G的下行流程确定数据源仿真平台所需要的子模块，按照终端利用SS/PBCH的同步信号，获取子帧同步、CP类型以及小区ID等信息，然后通过PBCH信道获取系统带宽和系统帧号。先对PDCCH信道译码，得到PDSCH信道译码所需要的控制信息，再对PDSCH信道进行译码得到系统信息和包含在系统信息里的上下行配置参数，从整个流程到随机接入后的数据传输，获得每个子帧所需要的数据子模块，包含有同步信号、参考信号、三种物理信道和DCI等信令内容。
在该平台中，发射机模拟通过射频处理单元接收无线信号，经过下变频得到IQ信号，在经过5G物理层处理、空口解密和5G协议栈的处理后，送入主控板中的仪表软件进行相关参数的分析；所述仿真平台具体包括：
初始化模块：在完成仿真参数设置的同时配置好子帧结构，并用于模拟物理层所需要传输的原始数据块；
参数配置模块：用于完成仿真参数的设置，配置的参数用于下行的三个信道；用于完成仿真参数设置后的计算，主要针对资源块做配置；每个资源块是一块资源，在时间上包含一个时隙占用的时域资源，在频域上包含10个子载波所占用的资源；
子帧数据模块：用于提供给终端设备(空口监测设备)所需要的独立数据。
进一步，所述子帧数据模块包括：同步信号模块、参考信号模块、下行控制信息模块、信道产生模块和信道链路模块；
同步信号模块：包括主同步信号和辅同步信号；主同步信号用于小区组内侦测，符号时钟对准，频率同步，辅同步信号用于小区组侦测、帧时隙对准和CP长度侦测；
参考信号模块：用于下行信道质量测量和下行信道估计，即UE端的相干检测和解调；其中，参考信号包括小区特定参考信号、UE特定参考信号和信道状态指示参考信号；
下行控制信息模块：包括资源块分配信息，用于使终端正确的解码DCI信息，才能处理共享信道的数据。
进一步，所述信道产生模块包括：
物理下行广播信道模块：用于承载广播信息，传递小区中的重要参数，包括系统带宽和系统帧号等；
物理下行控制信道模块：用于承载调度以及其他控制信息；
物理下行共享信道模块：是承载主要用户数据的下行链路通道，用于传输业务数据，包括系统广播消息和寻呼消息。
进一步，所述信道链路模块包括：
DMRS信号生成模块：根据3GPP R15物理层标准协议，生成解调参考信号；
MIB生成模块：根据协议生成主要信息块；
有效位扩充模块：对MIB进行有效位扩充，然后按交织表交织后输出；
DMRS资源映射模块：通过生成的控制信道DMRS信号以及相关参数，针对不同OFDM符号l进行DMRS资源映射；
DCI比特收集模块：进行控制信道DCI比特的收集，根据RNTI类型选择一个对应的DCI格式来传输控制信息；
循环冗余校验计算模块：用于进行错误侦测，使得接收端不需要对每一位都提供纠正条件，以及当位数增多时能有效降低硬件损耗；
码块分割模块：用于适配信道编码对数据大小的要求；
信道编码模块：用于改变被发送信息的冗余程度来适配实际物理层能力，同时具有加密作用；
速率匹配模块：用于对信道编码形成的比特流进行选取以形成不同的编码速率，匹配最终实际使用的物理资源；
码块级联模块：用于接续所有码块经数据匹配后的输出构成一个长度的码字；
加扰模块：用于实现数据干扰的随机化，在一定程度上减少相邻小区之间的干扰；
调制模块：用于将各种数字基带信号转换成适合于在信道传输的已调信号；
资源映射模块：用于将数据信号按照一定规则依次映射到子帧相应的资源要素上；
MIMO处理模块：用于提高信道的容量及可靠性，并且降低链路级别的误码率。
进一步，所述MIB生成模块中，根据协议生成的主要信息块，包含6比特的系统帧号，1比特的子载波间隔，4比特的同步信号(SSB)块子载波偏移，1比特的DMRS位置，8比特的控制信道配置，小区禁止、小区重选和空闲信息各1位。
进一步，所述有效位扩充模块中，对MIB进行有效位扩充具体为：在MIB后添加8位生成31位的数据。
本发明的有益效果在于：本发明解决了现有技术所存在的终端设备研究中存在应用场景无法达到理想的测试效果、分布式中间件技术在空口监测仪表中较难实现的问题。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述下行仿真平台的整体框架图；
图2为信道链路模块的内部结构图；
图3为本发明所述平台的开发流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参照图1所示的基于5G终端模拟器的下行仿真平台，包括：初始化模块根据基站侧发送信息搭建仿真参数，设置子帧结构，模拟物理层需要传输的原始数据块，其中传输块大小由调制编码方案以及物理资源块数共同决定；
参数配置模块按照物理层协议表格进行参数计算生成链路参数，主要针对资源块做配置：根据下行传输链路完成各模块子帧中的数据仿真，并展示生成的数据结果，发送端模块中包含同步信号、参考信号、下行控制信息和信道模块的生成。
同步信号模块：包括主同步信号和辅同步信号；主同步信号用于小区组内侦测，符号时钟对准，频率同步，辅同步信号用于小区组侦测、帧时隙对准和CP长度侦测。1008个小区标识是唯一的，物理层小区标志分成336个唯一的物理层小区标识组，每一个小组包含3个唯一标识。这个分组中每一个物理小区标识是该分组的一部分，并且只有一个物理层标识组。
参考信号模块：有解调参考信号DMRS，用于解调下行的三个物理信道PDCCH、PDSCH和PBCH，以获取DCI信息以及主系统块信息和系统帧号；专用于PDSCH的相位跟踪参考信号PTRS，用于应对高频段下的相位噪声以及相位估计补偿算法；以及专用于下行链路传输的信道测量的信道状态信息参考信号CSI-RS。
下行控制信息模块：用于使终端正确解码DCI信息，处理PDSCH数据或PUSCH数据。该信息包含了资源块分配信息、调制方式MCS等若干相关内容。
信道产生模块：分为三大信道，信道的生成以下行共享信道(包括物理下行广播信道、物理下行控制信道、物理下行共享信道)的生成最具有代表性，为本仿真平台的核心模块之一，承载的业务数据根据信道的处理流程进行调度装帧。可根据子模块功能对其他链路进行相应处理得到完整的信道模块，再生成子帧数据并封装到子帧中。
如图2所示，信道链路模块包括：
DMRS信号生成模块：根据3GPP R15物理层标准协议，生成解调参考信号；
MIB生成模块：根据协议生成主要信息块；
有效位扩充模块：对MIB进行有效位扩充，然后按交织表交织后输出；
DMRS资源映射模块：通过生成的控制信道DMRS信号以及相关参数，针对不同OFDM符号l进行DMRS资源映射；
DCI比特收集模块：进行控制信道DCI比特的收集，根据RNTI类型选择一个对应的DCI格式来传输控制信息；
循环冗余校验计算模块：用于进行错误侦测，使得接收端不需要对每一位都提供纠正条件，以及当位数增多时能有效降低硬件损耗；
码块分割模块：用于适配信道编码对数据大小的要求；
信道编码模块：用于改变被发送信息的冗余程度来适配实际物理层能力，同时具有加密作用；
速率匹配模块：用于对信道编码形成的比特流进行选取以形成不同的编码速率，匹配最终实际使用的物理资源；
码块级联模块：用于接续所有码块经数据匹配后的输出构成一个长度的码字；
加扰模块：用于实现数据干扰的随机化，在一定程度上减少相邻小区之间的干扰；
调制模块：用于将各种数字基带信号转换成适合于在信道传输的已调信号；
资源映射模块：用于将数据信号按照一定规则依次映射到子帧相应的资源要素上；
MIMO处理模块：用于提高信道的容量及可靠性，并且降低链路级别的误码率。
上述仿真平台的初始化模块用于模拟空口监测分析仪表通过射频单元接收5G终端模拟器的无线信号，经过下变频得到IQ信号的过程，其中的仿真参数代表基站侧的所有发送信息，分别进行参数计算和模式配置以支持全部的协议格式，以生成空口监测设备在测试阶段需要的数据。发送系统主要包括信源的产生、资源映射、多天线处理以及数据组帧等子模块，用于对链路级的数据进行处理；而信道模块则包括信道的生成和数据的装载，最终将发送系统同信道结合起来完成仿真平台的链路。在模拟产生IQ数据的同时，结合5G终端模拟器下行链路关键技术的基础之上，对5G终端模拟器下行链路进行模块化设计，为研究、评估5G终端模拟器空口监测分析仿真平台得出性能对比分析。
为方便5G终端模拟器空口监测设备研究中的测试验证和性能评估，本实施例设计了一种下行仿真平台。该仿真平台的设计采用了模块化和抽象数据接口的思想，在MATLAB中设计完成，把每一个要装帧的数据设计为一个子模块，并将链路功能抽象为函数。
为完成链路级别的仿真平台，本发明的开发流程参照图3所示：
1)模拟基站侧场景，设置系统功能、模式等仿真参数。
2)预先确定数据源的各个信息参数的选配，完成基站侧原始信息的调度部署。
3)各参数相互独立不影响，初始化完成之后并进行参数的计算得到资源块组用于信道的资源分配。
4)确定子帧的结构以生成每个子帧的数据。
5)同步信号作为远端接收的第一步，判定复用模式之后即根据子帧号和主、辅同步信号的序列公式产生，得到两者的位置指标之后进行装帧。
6)模拟广播信道的信号处理流程从基站侧参数群中得到所需的系统带宽、帧号以及一些用来调度的信息，最后获取各信息在资源元素上的指标进行装帧。
7)不同的传输模式对应着不同的格式控制信息，因此在数据源模拟方面要达到模式要求则对相关格式控制信息全部生成以满足参数改变之后的配置要求。
8)将对应的格式控制信息进行控制信道下的处理得到控制信道的配置和比特信息表，进而获取位置信息重复装帧步骤。
9)按照格式控制信息的传输块映射，完成从比特级处理到OFDM调制的过程，主要承载数据的共享信道作为核心子模块之一，在链路处理的过程中得到各资源信息调度和固定位置，并通过对导频信号等控制信息的插入一方面对数据进行控制，另一方面便于进行资源的调配。
10)在完成从频域到时域的转换之后进行子帧的装帧工作，之后便可借助相关算法模块进行译码测量仿真性能并记录仿真结果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台，其特征在于，根据5G的下行流程确定数据源仿真平台所需要的子模块，按照终端利用同步信号PSS/SSS的同步过程，获取子帧同步、CP类型以及小区ID，然后通过PBCH信道生成解调参考信号和SSB块，每个子帧上所需要的数据子模块包括同步信号、参考信号、三种物理信道和DCI；所述下行仿真平台具体包括：
初始化模块：在完成仿真参数设置的同时配置好子帧结构，并用于模拟物理层所需要传输的原始数据块；
参数配置模块：用于完成仿真参数的设置，配置的参数用于下行的三个信道；
子帧数据模块：用于提供给终端设备所需要的独立数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台，其特征在于，所述子帧数据模块包括：同步信号模块、参考信号模块、下行控制信息模块、信道产生模块和信道链路模块；
同步信号模块：包括主同步信号和辅同步信号；主同步信号用于小区组内侦测，符号时钟对准，频率同步，辅同步信号用于小区组侦测、帧时隙对准和CP长度侦测；
参考信号模块：用于下行信道质量测量和下行信道估计，即UE端的相干检测和解调；其中，参考信号包括小区特定参考信号、UE特定参考信号和信道状态指示参考信号；
下行控制信息模块：包括资源块分配信息，用于使终端正确的解码DCI信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台，其特征在于，所述信道产生模块包括：
物理下行广播信道模块：用于承载广播信息，传递小区中的重要参数，包括系统带宽和系统帧号；
物理下行控制信道模块：用于承载调度以及其他控制信息；
物理下行共享信道模块：用于传输业务数据，包括系统广播消息和寻呼消息。
4.根据权利要求2所述的一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台，其特征在于，所述信道链路模块包括：
DMRS信号生成模块：生成解调参考信号；
MIB生成模块：根据协议生成主要信息块；
有效位扩充模块：对MIB进行有效位扩充，然后按交织表交织后输出；
DMRS资源映射模块：通过生成的控制信道DMRS信号以及相关参数，针对不同OFDM符号l进行DMRS资源映射；
DCI比特收集模块：进行控制信道DCI比特的收集，根据RNTI类型选择一个对应的DCI格式来传输控制信息；
循环冗余校验计算模块：用于进行错误侦测；
码块分割模块：用于适配信道编码对数据大小的要求；
信道编码模块：用于改变被发送信息的冗余程度来适配实际物理层能力，同时具有加密作用；
速率匹配模块：用于对信道编码形成的比特流进行选取以形成不同的编码速率，匹配最终实际使用的物理资源；
码块级联模块：用于接续所有码块经数据匹配后的输出构成一个长度的码字；
加扰模块：用于实现数据干扰的随机化，在一定程度上减少相邻小区之间的干扰；
调制模块：用于将各种数字基带信号转换成适合于在信道传输的已调信号；
资源映射模块：用于将数据信号按照一定规则依次映射到子帧相应的资源要素上；
MIMO处理模块：用于提高信道的容量及可靠性，并且降低链路级别的误码率。
5.根据权利要求4所述的一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台，其特征在于，所述MIB生成模块中，根据协议生成的主要信息块，包含6比特的系统帧号，1比特的子载波间隔，4比特的同步信号块子载波偏移，1比特的DMRS位置，8比特的控制信道配置，小区禁止、小区重选和空闲信息各1位。
6.根据权利要求4所述的一种基于5G终端模拟器的下行仿真平台，其特征在于，所述有效位扩充模块中，对MIB进行有效位扩充具体为：在MIB后添加8位生成31位的数据。
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