LTE物理层协议总结二.doc

4、各子功能模块介绍4.1 信道编码4.1.1 信道编码综述4.1.1.1 信道编码的作用、分类以及LTE中采用的信道编码（1） 信道编码的作用：信道编码是为保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法。（2） 信道编码从功能上看有3类编码：a. 仅具有差错功能的检错码，如循环冗余校验CRC码、自动请求重传ARQ等；b. 具有自动纠正差错功能的纠错码，如循环码中的BCH、RS码及卷积码、级联码、Turbo码等；c. 具有既能检错又能纠错功能的信道编码，最典型的是混合ARQ，又称为HARQ。从结构和规律上分两类：a. 线性码：监督关系方程是线性方程的信道编码称为线性码，目前大部分实用化的信道编码均属于线性码，如线性分组码、线性卷积码是经常采用的信道编码；b. 非线性码：一切监督关系方程不满足线性规律的信道编码均称为非线性码。（3）LTE中采用的信道编码信道编码有2种：Turbo 、咬尾卷积码。（4）LTE中不同的物理信道都唯一的对应于Turbo 、咬尾卷积码中的一种，只要物理信道确定，则其编码方式唯一确定。4.1.1.2 LTE中信道编码的一般流程物理信道从上层接收到的传输块 TB（transport block），每个子帧最多传输一个TB，如图Figure 5.2.2-1其编码的步骤为：- TB添加CRC校验- 码块分段及码块CRC校验添加- 数据和控制信息的信道编码- 速度匹配- 码块级联- 数据和控制信息复用- 信道交织Figure 5.2.2-1: Transport channel processing 说明：这是最复杂的编码流程、一般物理信道的编码流程都是它的简化版。4.1.1.3 Tail Biting卷积码和Turbo编码是和物理信道一一对应关系Table 5.1.3-1: Usage of channel coding scheme and coding rate for TrCHsTrCHCoding schemeCoding rateUL-SCHTurbo coding1/3DL-SCHPCHMCHBCHTail biting convolutional coding咬尾卷积码1/3Table 5.1.3-2: Usage of channel coding scheme and coding rate for control informationControl InformationCoding schemeCoding rateDCITail biting convolutional coding咬尾卷积码1/3CFIBlock code块编码1/16HIRepetition code重复编码1/3UCIBlock code块编码variableTail biting convolutional coding咬尾卷积码1/34.1.2 TB添加CRC校验1. 作用：错误检测原理：它是利用除法及余数的原理来作错误侦测（Error Detecting）的。实际应用时，发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较，若两个CRC值不同，则说明数据通讯出现错误。即在传输块TB的尾部添加 24bit 校验位，24位校验位是根据该传输块进行CRC计算得到，在接收端可以将信息码和CRC码一起除以生成多项式，若余数不为零则传送错误。2. 具体过程：上行TB的错误检测是通过循环冗余校验实现的，整个TB被用于计算CRC奇偶校验比特。记输入的TB传输块的比特流为，记奇偶校验比特为。A表示传输块（TB）的大小，L表示校验位的数目。最低信息位a0映射到传输块的最高有效位，具体描述见Section 6.1.1 of 5。CRC校验位产生的生成多项式为，这一步使用的是L=24的多项式gCRC24A(D)：-gCRC24A(D) = D24 + D23 + D18 + D17 + D14 + D11 + D10 + D7 + D6 + D5 + D4 + D3 + D + 1 and;-gCRC24B(D) = D24 + D23 + D6 + D5 + D + 1 for a CRC length L = 24 and;-gCRC16(D) = D16 + D12 + D5 + 1 for a CRC length L = 16.-gCRC8(D) = D8 + D7 + D4 + D3 + D + 1 for a CRC length of L = 8.CRC使用的是系统循环码，其整体可表示为多项式：该多项式满足被对应L=24的多项式, gCRC24A(D) 或 gCRC24B(D)除之后，余数为为0。yields a remainder equal to 0 when divided by gCRC16(D), and the polynomial: yields a remainder equal to 0 when divided by gCRC8(D).添加CRC之后的比特流可表示为 , 其中 B = A+ L。 ak和 bk 的关系为： for k = 0, 1, 2, , A-1for k = A, A+1, A+2,., A+L-1.传输块TB的CRC添加模块的输入参数为： ，比特流 gCRC24A(D) = D24 + D23 + D18 + D17 + D14 + D11 + D10 + D7 + D6 + D5 + D4 + D3 + D + 1生成多项式，已定传输块TB的CRC添加模块的输出参数为：，输出比特流4.1.3 码块分段及码块CRC校验添加如果传输块TB添加24bits CRC后，如果长度超过 6144位，则需要分段，分成多个长度小于6144的码块，每个码块的长度根据协议重新定义（不一定长度相等）。然后在对每个码块重新进行CRC计算添加 24bits 校验位，与上步不同的是使用的CRC生成多项式为gCRC24B(D) = D24 + D23 + D6 + D5 + D + 1 for a CRC length L = 24具体过程如下：记输入码块分段的比特流为 ，其中 B=L+A是传输块添加CRC后的总长。如果B的长度大于一个传输块的最大值Z=6144，则码块必须分段，并对每一个分段后的码块进行CRC冗余添加。在下列计算中如果填充比特F大于0，则填充比特添加到第一个码块的开始端。如果B小于40，填充比特添加到码块的开始位置。在编码器的输入端，填充比特将被设置为空。码块分段的过程如下：1. 传输块分段的块数C的计算if L = 0 Number of code blocks: else L = 24 Number of code blocks: . -向上取整，得到码块数 -码块分段后，还必须对每个码块添加24位CRC，其最后的总长是Bend if2. 确定每个码块的长度在得到需要分段的码块数后，即码块数C已经确定，接下就要确定每个码块的长度 记码块编号为 , 其中 r 是码块号，Kr 是第r个码块所包含的比特数目。则各个码块的长度计算过程如下：第一个码块的长度: = minimum K in table 5.1.3-3 such that - 即满足 ，在表5.1.3-3中的最小的K的值，查表if -若C=1，即码块的长度K等于传输块的长度（加CRC后）the number of code blocks with length is =1, , else if -若C1第二个码块的长度：，为表中满足的最大的值，查表Second segmentation size: = maximum K in table 5.1.3-3 such that -第一块和第二块的长度差值 长度为的码块的个数：Number of segments of size: . 长度为的码块的个数：Number of segments of size: .end if需要填充的比特数：Number of filler bits: 填充在第0个编号的码块的的前F个位置，填充空符号for k = 0 to F-1- Insertion of filler bitsend for从第0个码块的第F个位置开始，按增序依次将数据填充到各个分段后的码块（码块增序）码块顺序重排，先填充头C_个码块，前C_个码块的长度为，然后再是C+个码块(长度为)注意：每个码块的后24位必须预留给CRC校验位，数据不能占用。k = Fs = 0for r = 0 to C-1if elseend if每个码块必须添加CRC校验位，位置在每个码块的后24位，生成多项式为gCRC24B(D)while end whileif C 1 The sequence is used to calculate the CRC parity bits according to subclause 5.1.1 with the generator polynomial gCRC24B(D). For CRC calculation it is assumed that filler bits, if present, have the value 0.whileend whileend ifend for这样之后，便形成了总数目为C的码块，分成两部分，码块的编号的顺序为0，1，-1，+，前个码块的长度为，后个码块的长度为。出来的码块，其中r表示码块号，Kr 表示该码块的长度或者是。码块分段的输入参数： ，B=L+A，L=24，即TB添加CRC后的比特流，输出比特流 gCRC24B(D) = D24 + D23 + D6 + D5 + D + 1 for a CRC length L = 24 ,生成多项式码块分段的输出参数： ，r=0.C4.1.4 数据和控制信息的信道编码4.1.4.1 数据的信道编码（Turbo编码和咬尾卷积码）4.1.4.1.1Turbo编码Turbo 码：并行级联卷积码，2个8状态子编码器1个Turbo码内交织器 Turbo编码器的8状态子编码器的传递函数为：G(D) = ,其中，g0(D) = 1 + D2 + D3,g1(D) = 1 + D + D3. 编码开始时，8状态子编码器的移位寄存器的初始值置0。Turbo编码器的输出为如下三个比特流：尾比特是要在信息比特编码之后添加的，要获得尾比特 （作用：使编码器回到初始状态0.）首先，第二个子编码器（RSC）禁用，第一个子编码器中的开关打到低端和虚线相连，在编码器的输入端依次3个比特，这时按照编码器中的反馈及相关的运算可以依次得到6比特的输出然后，第一个子编码器（RSC）禁用，第二个子编码器中的开关打到低端和虚线相连，在编码器的输入端依次3个比特，这时按照编码器中的反馈及相关的运算可以依次得到6比特的输出将得到的12个比特的输出按照协议中给定的顺序排列便可以得到最终的尾比特输出。, , , , , , , , , 具体过程：码块的下一步处理就是信道编码，r表示码块数，Kr表示码块的长度，码块总数为C，每一个码块将进行 turbo 编码。经过编码器编码以后，比特流可以表示为，表示三个编码后的比特流，表示第i个编码流的长度，。Turbo编码过程为：1. Turbo编码器上行共享信道Turbo编码器采用的是并行级联卷积编码，它使用的是两个8状态子编码器和一个Turbo码内交织器，Turbo码的编码效率是1/3。Turbo编码器的结构图如下： Turbo编码器的8状态子编码器的传递函数为：G(D) = ,其中，g0(D) = 1 + D2 + D3,g1(D) = 1 + D + D3. 编码开始时，8状态子编码器的移位寄存器的初始值置0。Turbo编码器的输出为如下三个比特流：for .如果输入的码块是第0个码块，又前面我们知道，第0个码块中可能存在F个空填充比特。若存在，则将第0个码块的前F个比特置0输入到编码器，即ck, = 0, k = 0,(F-1)。同时其输出应该设置为, k = 0,(F-1) 和, k = 0,(F-1) 。 记输入到Turbo的编码器的比特流表示为，第一和第二个编码器输出比特流可表示为，和。Turbo内部交织器输出表示为，交织器的输出比特送入第二个8状态的子编码器。If the code block to be encoded is the 0-th code block and the number of filler bits is greater than zero, i.e., F 0, then the encoder shall set ck, = 0, k = 0,(F-1) at its input and shall set , k = 0,(F-1) and , k = 0,(F-1) at its output. The bits input to the turbo encoder are denoted by, and the bits output from the first and second 8-state constituent encoders are denoted by and, respectively. The bits output from the turbo code internal interleaver are denoted by, and these bits are to be the input to the second 8-state constituent encoder.Figure 5.1.3-2: Structure of rate 1/3 turbo encoder (dotted lines apply for trellis termination only)2. turbo码尾比特的添加当一个码块的所有信息位编码完成时，将移位寄存器的值反馈到编码器输入端继续进行编码，进行3次编码，3*4=12位比特，得到的尾比特添加到信息位编码的后面。前三位尾比特用来结束第一个子编码器，如上图，将输入接口到虚线上，得到2*3=6位输出，在第一个子编码器进行尾比特编码时，第二个编码器停止工作。第一个编码器结束后，进行第二个编码器的尾比特生成，同样得到6bits信息。这12位信息的最终在输出端可表示如下顺序：, , , , , , , , , 3. Turbo码交织器Turbo码的内交织器输入比特可表示为，其中K是输入码块的比特的数目。Turbo码内交织器的输出比特表示为。输入比特和输出比特之间的关系是：, i=0, 1, (K-1)其中，输出序号i和输出序号的关系满足如下二次形式，即：参数 和取决于块的大小K值，如下表所示：Table 5.1.3-3: Turbo code internal interleaver parametersTable 5.1.3-3: Turbo code internal interleaver parametersiKiiKiiKiiKi1403104841625529511206714014232001112402487124942451106961152357214332644432043561942504324772971184197414433285110446471651440911109812163976145339251212572718524482916899124819781463456451192680112053456291141001280199240147352025722078852254464247581011312218214835845733689611245547229118102134421125214936483132289104726564808918010313762186150371227123210112418457488911221041408438815137761792361112010390584961576210514401496015238403311201212815325950455841061472459215339043632441313693460512316410715044984615439683752481414417108615281766108153671481554032127168151529386254435681091568132815640963164161602112063560227420110160017801574160331301716810184645766596111163225102158422443264181762144655921974112166418310415942883313419184574666608377611316965595416043524774082019223486762441234114172812796161441635138212001350686403980115176027110162448023328022208275269656185821161792291121634544357142232161136706724325211718242911416446083374802422427567168821861181856571161654672371462523285587270415544119188845354166473671444262402960737207912012019203112016748007112027248336274736139921211952596101684864371522825615327575223941221984185124169492839462292641719876768217481232016113420170499212723430272336877784259812420483164171505639158312801032107880017801252112176617251203980322881936798161271021262176171136173518431963329619748083225521272240209420174524811390234304377681848239106128230425321617553124116635312197882864174812923683674441765376251336363202112083880137110130243226545617754404317037328218284896215112131249618146817855042186383361158485912291141322560398017955684317439344193868692815581332624271641805632451764035221448794414711813426881275041815696451784136013390889602960135275214317218257601611204236881468997659122136281643881835824891824337645949099265124137288029300184588832318444384234891100855841382944459218559524718645392243989210243164139300815718818660162394464001514093105617661403072479618760804719047408155102941088171204141313613281886144263480信道编码Turbo编码模块的输入参数： ，共C个码块，依次独立进行Turbo编码信道编码Turbo编码模块的输出参数： ，4.1.4.1.2 咬尾卷积码4.1.4.2 控制信息的编码当控制信息与数据传输复用在一起时，控制信息的编码速率由UL-SCH传输所使用的调制方式和编码速率决定。控制信息的不同编码速率通过向其传输分配不同数目的编码符号来获得。 要进行编码单元的控制信息有，CQI and/or PMI, HARQ-ACK and rank indication。当控制信息在PUSCH中传输时，HARQ-ACK, rank indication and channel quality information 的编码分别独立进行。对于TDD，有两种ACK/NACK反馈模式，通过高层可以进行配置：- ACK/NACK bundling and ACK/NACK multiplexing ACK/NACK bundling,模式时， HARQ-ACK由 1 或者 2bits信息组成；ACK/NAK multiplexing模式， HARQ-ACK由14 bits信息构成，（详情可参考物TS36214 7.3 UE procedure for reporting ACK/NACK）当UE传输HARQ-ACK bits or rank indicator bits时，应该确定HARQ-ACK or rank indicator编码的符号数对于ACK/NAK，输出的编码比特为CQI编码后的序列为：RI编码后的序列为：具体编码过程如下协议所示：where is the number of ACK/NACK bits or rank indicator bits, is the scheduled bandwidth for PUSCH transmission in the current sub-frame for the transport block, expressed as a number of subcarriers in 2, and is the number of SC-FDMA symbols per subframe for initial PUSCH transmission for the same transport block given by , where is equal to 1 if UE is configured to send PUSCH and SRS in the same subframe for initial transmission or if the PUSCH resource allocation for initial transmission even partially overlaps with the cell specific SRS subframe and bandwidth configuration defined in Section 5.5.3 of 2. Otherwise is equal to 0. , , and are obtained from the initial PDCCH for the same transport block. If there is no initial PDCCH with DCI format 0 for the same transport block, , , and shall be determined from: the most recent semi-persistent scheduling assignment PDCCH, when the initial PUSCH for the same transport block is semi-persistently scheduled, or, the random access response grant for the same transport block, when the PUSCH is initiated by the random access response grant.For HARQ-ACK information and , where shall be determined according to 3.For rank indication and , where shall be determined according to 3.4.1.4.2.1 HARQ-ACK 信息的编码上行共享信道PUSCH中ACK信道编码一个肯定ACK编码为二进制数1，一个否定的ACK编码为二进制数0对于TDD ACK/NACK的绑定（子帧绑定后就可以用一个ACK做为这个绑定子帧的反馈，这样就能保证每个子帧都有对应的ACK反馈，且节省资源），HARQ-ACK包含一个或两个比特。对于TDD ACK/NACK的复用，HARQ-ACK包含一个到四个比特。1 如果HARQ-ACK包含1比特信息，例如，首先按照表格进行编码Table 5.2.2.6-1: Encoding of 1-bit HARQ-ACKQmEncoded HARQ-ACK2462 如果HARQ-ACK包含2比特信息，例如，对于传输一子帧两个码字时， 对应于码字0的应答信息 对应于码字1的应答信息；对于捆绑和复用的产生是不一样的，具体详见4.15.1下行链路HARQ过程。按照表格进行编码，其中。Table 5.2.2.6-2: Encoding of 2-bit HARQ-ACKQmEncoded HARQ-ACK246在表格中的x和y是预留位，是为了通过一种方法最大化扰乱携带HARQ-ACK信息的调制符号间的距离这么做的目的是什么？对于TDD ACK-NACK绑定，一个过渡性的比特序列是通过级联复用编码HARQ-ACK块来获得的，举个例子来讲，对于HARQ-ACK包含2比特信息，Qm=2的情况下， = ，= .类推下去，是所有编码HARQ-ACK块的编码比特总数目 。我个人认为当Qm=2时=6n，当Qm=4时=12n，当Qm=6时=18n，这里的n都是正整数。这样才可以保证与表格一一对应。一个加扰序列从表格中选取Table 5.2.2.6-A: Scrambling sequence selection for TDD ACK/NACK bundling01 1 1 111 0 1 021 1 0 031 0 0 1这里。参数？如果HARQ-ACK包含1比特，则参数m=1，如果HARQ-ACK包含2比特，则参数m=3。与上面表格的联系是：Set i ,k to 0while if / place-holder repetition bit 去掉yelseif / a place-holder bit 保留x，这里x，y为什么这么处理？ else / coded bitend if最后的结果应该是0或1或x的值。对于HARQ-ACK包含大于2比特信息的情况，例如， 这里对应于码字0的应答信息 对应于码字1的应答信息，依次类推下去。的得到的计算公式为： i=0，1，. QACK-1 Mi,n是表格5.2.2.6.4-1.中对应的确定的值。最后输出信道编码的向量序列是一个长度为Qm的由0或1或x组成的列向量。其表达方式为Set i ,k to 0while 涉及到的参数number of coded symbols is the number of ACK/NACK bits or rank indicator bits is the scheduled bandwidth for PUSCH transmission in the current sub-frame for the transport blockis the number of SC-FDMA symbols per subframe for initial PUSCH transmission for the same transport block given by ，, , and , 4.1.4.2.2 rank indication (RI)的编码对于上行共享信道传输的RI反馈的比特带宽是明确规定的。在表格5.2.2.6.1-2, 5.2.2.6.2-3, 5.2.2.6.3-3, 5.2.3.3.1-3 and 5.2.3.3.2-4中给出1 如果RI包括1比特信息，例如，它首先按照表格编码Table 5.2.2.6-3: Encoding of 1-bit RIQmEncoded RI2462 如果RI包括2比特信息，例如，其中对应2比特输入的最高位，对应2比特输入的最低位，它也按照表格编码，Table 5.2.2.6-4: Encoding of 2-bit RIQmEncoded RI246X，y是预留位一个比特序列是通过级联复用编码RI块来获得的，举个例子来讲，对于RI包含2比特信息，Qm=2的情况下， = ，= .类推下去，是所有编码RI块的编码比特总数目。对于RI信道编码输出的向量序列为，Set i ,k to 0while end while这里的输出是长度为Qm的由0或1或x或y组成的列向量。 4.1.4.2.3 CQI and/or PMI的编码CQI的信道编码主要是：1.上行共享信道PUSCH里CQI的信道编码 2.在PUCCH中的对UCI的CQI信道编码 3. 在PUCCH中的对UCI的CQI和HARQ-ACK的信道编码先来看看三者的区别：1中CQI的格式有三种，2和3中CQI的格式只有两种 1与2、3在各个CQI格式和传输模式下的比特宽度是不同的 1与2、3的编码方式不同，虽然2、3的编码方式相同，但最后输出的长度是不同的 1中用到一个(32, O)的分组码而2、3中用到的是(20, A)的分组码 1最后输出的结果可能是一个以32为循环长度的循环的比特，而2的比特长度为20，3的比特长度为20、21或22下面具体看下他们的编码过程 上行共享信道中的CQI编码分两种情况：（1） 如果有效负载小于或等于11bit时，就按照下面讲的方法进行信道编码（2） 如果有效负载大于11bit时，CQI的信道编码过程就包括CRC添加，信道编码（是按照Turbo码和咬尾卷积码中的那种编码方式进行编码？），速率匹配。上行共享信道中的CQI编码上行共享信道中的CQI（channel quality information）格式包括三种：Channel quality information formats for wideband CQI reports对于宽带CQI报告的CQI格式，Channel quality information formats for higher layer configured subband CQI reports对于更高层配置的子带CQI报告的CQI格式，（Channel quality information formats for UE selected subband CQI reports）对于UE选则的子带CQI报告的CQI格式上行共享信道中的CQI的编码方法主要分三步：第一步:确定比特宽度。宽度确定了才能确定用哪种编码方式。对于不同的CQI格式，在不同的传输模式和天线端口下，随着秩的不同，CQI的比特宽度是不同的 。对于每种CQI格式，表格中同一个秩指示下每个域中CQI比特宽度相加就是这个输入序列在相对应CQI格式和这个传输模式下以及这个秩指示下的比特宽度。具体如下表：Channel quality information formats for wideband CQI reportsTable 5.2.2.6.1-1: Fields for channel quality information (CQI) feedback for wideband CQI reports (transmission mode 4 and transmission mode 6)FieldBit width2 antenna ports4 antenna portsRank = 1Rank = 2Rank = 1Rank 1Wideband CQI codeword 04444Wideband CQI codeword 10404Precoding matrix indicationN子带宽的个数Channel quality information formats for higher layer configured subband CQI reportsTable 5.2.2.6.2-1: Fields for channel quality information (CQI) feedback for higher layer configured subband CQI reports (transmission mode 1, transmission mode 2, transmission mode 3 and transmission mode 7)FieldBit widthWide-band CQI codeword4Subband differential CQITable 5.2.2.6.2-2: Fields for channel quality information (CQI) feedback for higher layer configured subband CQI reports (transmission mode 4, transmission mode 5 and transmission mode 6)FieldBit width2 antenna ports4 antenna portsRank = 1Rank = 2Rank = 1Rank 1Wide-band CQI codeword 04444Subband differential CQI codeword 0Wide-band CQI codeword 10404Subband differential CQI codeword 100Precoding matrix indication2144Channel quality information（CQI） formats for UE selected subband CQI reportsTable 5.2.2.6.3-1: Fields for channel quality informat