Mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesA Internet das Coisas (IoT) consiste numa rede sem fios de sensores/atuadores
ligados entre si e que têm a capacidade de recolher dados. Devido
ao crescimento rápido do mercado IoT, as redes de longa distância e baixa
potência (LPWAN) tornaram-se populares. O NarrowBand-IoT (NB-IoT),
desenvolvido pela 3rd Generation Partnership Project (3GPP), é um desses
protocolos.
O principal objectivo desta dissertação é a implementação de uma simulação
comportamental em MATLAB do NB-IoT no uplink, que será disponibilizada
abertamente. Esta será focada, primariamente, na camada física e nas
suas respetivas funcionalidades, nomeadamente turbo coding, modulação
SC-FDMA, modelos de simulação de canal, desmodulação SC-FDMA, estimação de canal, equalizador e turbo decoding. A estimação de canal é
feita usando símbolos piloto previamente conhecidos. Os modelos de canal
utilizados são baseados nas especificações oficiais da 3GPP.
A taxa de bits errados (BER) é calculada e usada de forma a avaliar a performance
do turbo encoder e do equalizador zero forcing (ZF). Serve também
como comparação quando a implementação usa esquemas de modulação
diferentes (Binary Phase-Shift Keying (BPSK) e Quadrature Phase-Shift
Keying (QPSK)). Além disso, os sinais gerados em MATLAB são transmitidos
usando como front-end de radio-frequência (RF) uma Universal
Software Radio Peripheral (USRP). Posteriormente, são recebidos, desmodulados
e descodificados. Finalmente, é obtida a constelação do sinal, a BER
é calculada e os resultados são analisados.The Internet of Things (IoT) refers to a wireless network of interconnected
sensors/actuators with data-collecting technologies. Low Power Wide Area
Networks (LPWAN) have become popular due to the rapid growth of the
IoT market. Narrowband-IoT (NB-IoT), developed by 3rd Generation Partnership
Project (3GPP), is one of these protocols.
The main objective of this thesis is the implementation of an open-source uplink
behavioral simulator based on MATLAB. Its focus is primarily on Layer 1
(physical layer) relevant functionalities, namely turbo coding, Single-Carrier
Frequency-Division Multiple Access (SC-FDMA) modulation, channel modeling,
SC-FDMA demodulation, channel estimation, equalization and turbo
decoding. Channel estimation is performed using known pilot symbols. The
used channel models are based on the 3GPP o cial release specs.
The Bit Error Rate (BER) is calculated in order to evaluate the turbo encoder
and the Zero Forcing (ZF) equalizer performance, and to compare
Binary Phase-Shift Keying (BPSK) and Quadrature Phase-Shift Keying
(QPSK) implementations. Furthermore, the MATLAB generated signal is
transmitted using a radio-frequency (RF) front-end consisting of an Universal
Software Radio Peripheral (USRP). Afterwards, the signal is received,
demodulated and decoded. A constellation is obtained, the BER is calculated
and the results are analyzed
