（通信与信息系统专业论文）lte+pusch处理过程研究及其优化实现.pdf

e a r c h ，i m p l e m e n t a t i o n a n d t l m i z a t l o no i l t ep u s c h p r o c e s s i n g at h e s i s s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t f o rt h em sd e g r e ei nc o m m u n i c a t i o n & i n f o r m a t i o ns y s t e m b y y a nc h a o p o s t g r a d u a t ep r o g r a m c o l l e g eo fp h y s i c a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g y c e n t r a lc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r ：h uj u n h o n g a c a d e m i ct i t l e ：v i c ep r o f e s s o r s i g n a t u r e a p p r o v e d m a y , 2 0 1 1 一 s n r骼邛 】厂 i 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：雾迢 日期：如1 1 年【月和日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名：碜迢导师签名：例易修 日期：弘1 1 年j 月力b 日日期：扣1 年广月 0 日 本人已经认真阅读“c a l l s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。园意途塞握童后溢卮；旦堂生；旦= 生；旦三生筮壶! 作者签名：严毡 日期：沁，1 年r 月扣日 导师签名：例渺 日期：2 t ，f 年r 月2o 日 摘要 3 g p p 提出的l t e 是当前最主流的下一代移动通信技术标准，是3 g 与4 g 系统 的过渡，其上行采用的s c f d m a 技术解决了o f d m 信号p a p r 过高的问题。由于 l t e 技术能极大提高数据传输率，于是得到了广大运营商的支持。 本论文结合l t e 终端芯片研制项目，研究了l t ep u s c h 处理过程在t i 公司 d s p 上的优化实现，为终端芯片研制提供了算法验证平台。 本文首先介绍了l t e 发展背景，随后详细研究了p u s c h 处理的各个环节，包 括信道编码、调制及基带信号生成、参考信号生成三部分。 接着本文介绍了p u s c h 处理过程实现的硬件系统架构及算法划分，并详细分 析了其时间约束。p u s c h 为l t e 中承载数据业务的信道，处理流程复杂，数据量 大，时间约束指明了p u s c h 处理对d s p 运算的时间要求。为了满足时间约束，本 文提出了优化的d s p 算法，包括基于迭代的t u r b o 编码、参考信号生成算法，以及 基于查找表的c r c 编码、速率匹配算法。 最后，本文介绍了p u s c h 处理中d s p 算法总体流程，并在c 6 4 5 5d s p 平台上 对优化算法进行了测试，测试结果表明优化算法的实时性能比优化前算法有很大提 高，并且满足前述时间约束。 关键词：l t e ；上行链路；p u s c h 优化；d s p a b s t r a c t t h el t es y s t e mr a i s e db y3g p pi st h eh o r e s ts t a n d a r do ft h en e x tg e n e r n a t i o n w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yc u r r e n t l y , a n di t sat r a n s i t i o nf r o m3 gt o4 gs y s t e m l t eu s e so f d m ai nt h ed o w n l i n ka n ds c f d m ai nt h eu p l i n k a sf o rt h es c - f d m a t e c h n o l o g y , i ts o l v e dt h ep r o b l e mo fp a p rb r o u g h tb yo f d m b e c a u s e o ft h eh i g hd a t a r a t el t ec o u l db r i n gi n i t sw i d e l ys u p p o r t e db yt h eo p e r a t o r s t h et h e s i s ，i tm a i n l yd i dr e s e a r c ho nt h ei m p l e m e n t a t i o na n dt h eo p t i m i z a t i o no ft h e a l g o r i t h mi nl t ep u s c h t h et h e s i sf i r s ti n t r o d u c e dt h eb a c k g r o u do fl t ea n dt h et e c h n o l o g yo nt h ep h y s i c a l l a y e r , t h e ni td i dr e s e a r c hi ne v e r yp r o c e s so fp u s c hw h i c hi n c l u d e dt h e c h a n n e l c o d i n g ，t h em o d u l a t i o n t h eb a s e b a n ds i g n a l g e n e r a t i o n a n dt h er e f e r e n c es i g n a l g e n e r a t i o n a n dt h e nt h et h e s i si n t r o d u c e dt h eh a r d w a r ef r a m ea n dt h ef u n c t i o ns p l i t t i n gf o r i m p l e m e n t i n gt h ea l g o r i t h mo fp u s c h m o r e o v e r ，i td i da n a l y z eo nt h et i m ec o n s t r a i no f t h es y s t e mw h i c hi n d i c a t e dt h et i m eg o a lf o rd s p p r o c e s s i n go np u s c h b e c a u s eo f t h e c o m p l e x i t yo fp u s c hp r o c e s s i n g ，s t a n d a r da l g o r i t h mo fl t ep u s c h c o u l d n tf u l f i l lt h e t i m ec o n s t r a i n t h e nh e r ec o m ef o u ro p t i m a la l g o r i t h mf o rd s pp r o c e s s i n gi n c l u d i n g c r cc o d i n g ，t u r b oc o d i n g ，r a t e m a t c ha n dr e f e r e n c es i g n a lg e n e r a t i o n t h ek e yt h o u g h t s i n c l u d e du s i n gl o o k - u pt a b l ea n di n t e r a t i o n a tl a s t ，t h et h e s i si n t r o d u c e dt h ew h o l ep r o c e s s i n gf l o wo fd s pa l g o r i t h mo n p u s c ha n dt h ec a l c u l a t i o nt i m et e s t i n go ft h ea l g o r i t h mo nd s pc 6 4 5 5 t h er e s u l t s h o w e dt h a tt h eo p t i m a la l g o r i t h mn o tn o l yf u l f i l l e dt h et i m ec o n s t r a i n ，b u ta l s og o ta l a r g ep e r f o r m a n c eg a i nt h a nt h eo r i g i n a l k e yw o r d s ：l t e ；u p l i n k ；p u s c ho p t i m i z a t i o n ；d s p i i 灸 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 目录 摘j 耍 a b s t r a c t 第一章绪论 1 1l 1 卫发展的背景1 1 2l t e 的标准化进程及技术指标l 1 3l t e 物理层传输技术介绍2 1 4l t e 项目的研究现状及意义4 1 5 本文主要工作及结构安排5 第二章l t e 物理层上行链路p u s c h 的处理过程。6 2 1 上行链路概述。6 2 1 1 上行链路信道与信号6 2 1 2 上行帧结构7 2 1 3 资源块7 2 1 4p u s c h 处理过程。8 2 2p u s c h 信道编码9 2 2 1c r c 编码9 2 2 2 码块分段10 2 2 31 1 u r b o 编码1o 2 2 4 速率匹配。1 1 2 2 5 控制信息编码1 4 2 2 6 数据与控制信息复用。1 5 2 2 7 信道交织15 2 3 调制及基带信号生成1 5 2 4 参考信号生成1 7 2 5 本章小结18 第三章l t ep u s c h 发送系统架构及其时间约束。 3 1l t e 基带系统架构1 9 3 2l t e 上行p u s c h 发送系统2 0 一， 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 3 上行处理时间约束2 2 3 4 本章小结2 4 第四章p u s c h 发送系统关键算法优化2 5 4 1c r c 编码2 5 4 2t u r b o 编石马2 6 4 3 速率匹配2 7 4 3 1 速率匹配算法优化2 7 4 3 2 算法流程图3 0 4 4 参考信号产生3 0 4 4 1 参考信号优化算法3 0 4 4 2 算法定点化3 3 4 4 3 算法流程图3 4 4 5 本章小结3 4 第五章p u s c h 发送系统d s p 实现 ：；5 5 1d s p 系统实现3 5 5 2 误差分析3 5 5 3 性能测试3 9 5 - 3 1 测试方案3 9 5 3 2 关键算法性能测试。4 0 5 3 3 系统性能测试4 1 5 4 本章小结4 l 第六章总结与展望4 2 录 4 3 参考文献4 6 致谢 4 8 ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第一章绪论 本章主要介绍了l t e 基本情况、本论文研究背景及意义，最后介绍了本文的主 要工作及论文结构安排。 1 1l t e 发展的背景 移动通信自诞生以来，历经了三代的发展，第四代移动通信的理论已经日趋成 熟，商业化进程也在逐步加快【l 】【2 】： 第一代移动通信( 1 g ) 系统产生于1 9 8 0 年代，调制方式为模拟调制。它以传 输模拟语音为主，不能传送数据信息。 第二代移动通信( 2 g ) 系统产生于1 9 9 0 年代，它以数字信号的形式传输语音 信息。它首次引进了先进的安全及网络技术，使得使用者可以接听来自全世界的电 话。基于t d m a 的g s m 系统及基于c d m a 的i s 9 5 系统是2 g 的典型代表。 第三代移动通信( 3 g ) 系统早在2 g 系统产生前就被关注，3 g 被期望能带来更 高的比特率、更好的频谱效率及除了语音服务之外的其他信息服务。在1 9 8 5 年， 国际电信联盟( i t u ) 开始了相关研究。1 5 年后，在i m t - 2 0 0 0 的带领下，i t u 提出 了一系列建议，其中包含5 种基于3 g 移动通信系统的技术。2 0 0 0 的时候，移动电 话运营商采用了其中2 种技术即w c d m a 及c d m a 2 0 0 0 。在2 0 0 8 年，我国自主研 发的标准t d s c d m a 由国内运营商正式商业运作。 第四代移动通信( 4 g ) 系统将以o f d m 技术为核心。o f d m 技术的采用使得 系统频谱利用率高并且有较强的抗多径干扰能力。4 g 通信系统将能提供更高的比 特速率用于传输数据、图像、音频等信息。虽然4 g 主流技术尚未确定，但目前准 4 g 主流的竞争技术为w i m a x 及l t e 。w i m a x 是由美国电气和电子工程协会 ( i e e e ) 提出，基于正交频分复用( o f d m ) ；l t e 是由第三代合作伙伴计划( 3 g p p ) 提出，是一项3 g 系统长期演进的计划，在终端到基站的上行链路采用单载波频分 复用多址接入( s c f d m a ) 技术，在基站到终端的下行链路采用o f d m a 技术。 下面将介绍l t e 的标准化进程及技术指标。 1 2l t e 的标准化进程及技术指标 l t e 作为3 g 移动通信系统的长期演进计划，是3 g p p 在2 0 0 4 年1 2 月的无线 接入网( r a n ) 演进研讨会上开始研究的。运营商、制造商以及研究所在会议上提 出了4 0 多个具有贡献的观点及建议，用于演进全球无线接入网( u t 黜州) 。他们 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 在会议上提出了一系列针对通信系统的高要求：降低每比特传输成本，提高信息服 务的容量，可以灵活的应用现有的或者新增的频谱，简化的系统结构，开放的接口 及较低的终端功耗。 在总结了来自3 g p p 成员的各种建议后，3 g p p 开始了对u t r a n 的l t e 技术的 可行性研究，其目标为设计出一套3 g p p 无线接入技术来满足高数据速率、低延迟 的业务需求。研究的核心为：支持最大2 0 m h z 的灵活的带宽配置，引进新的传输 方案，先进的多天线技术，在理想的u t r a n 网络架构下的信号的优化、识别及无 线接入网节点功能划分。 经过研究后，达成共识的初步u t r a n ( e u t r a n ) 的系统要求为【3 】： ( 1 ) 下行链路带宽最大为2 0 m h z ，支持最高1 0 0 m b s 的数据速率；上行链路 带宽最大为2 0 m h z ，支持最高5 0 m b s 的数据速率； ( 2 ) 控制层容量：在带宽为5 m h z 时，支持每个小区最少2 0 0 个用户同时工作。 ( 3 ) 用户层延迟：对于小的i p 包需要保证小于5 毫秒延迟。 ( 4 ) 移动性：e u t r a n 在o 15 k m h 的低移动速率下需要优化，在15 2 0 0 k m h 的高移动速率下需要得到高性能，在1 2 0 3 5 0 k m h 的移动速度下需要保持通信连接。 ( 5 ) 覆盖性：在5 k m 内的小区内，吞吐率、频谱利用率、移动性需要达到目 标性能；在3 0 k i n 的小区内，性能可以有少许衰减。 ( 6 ) 支持增强的多媒体广播服务( e m b m s ) ( 7 ) 频谱灵活性：e u t r a 应该能工作在不同的带宽下，包括1 2 5 m h z ，1 6 m h z ， 2 5 m h z ，5 m h z ，1 0 m h z ，1 5 m h z ，2 0 m h z 。 以上这些即是早期的l t e 技术要求。除此以外，在2 0 0 5 年1 2 月，确定了l t e 下行链路采用o f d m a 技术而上行链路采用s c f d m a 技术。另外，l t e 支持的调 制方式为q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m ，多输入输出( m i m o ) 支持终端4 根天线，基 站4 根天线，传输时间间隔( t t i ) 被定为1 毫秒。 在2 0 0 6 年1 2 月完成了研究阶段后，l t e 的标准在2 0 0 8 年出版了。 1 3l t e 物理层传输技术介绍 l t e 在上行链路采用的是s c f d m a 技术，而在下行链路采用的是o f d m a 技 术。 采取o f d m 有很多优势： ( 1 ) 由于相邻子载波的正交重叠性，其频谱利用率比传统频分复用系统高。 ( 2 ) 生成基带信号是d f t 运算，可以采用快速傅里叶变换f f t 及i f f t 实现， 2 一， 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 系统实现的复杂度较低。 ( 3 ) 可以有效对抗多径传播造成的符号间干扰。 ( 4 ) 可以有效对抗窄带干扰。由于将宽带传输信号分为了多个窄带子载波，窄 带干扰仅仅影响系统的部分子载波。 然而o f d m 也有很多不足： ( 1 ) 由于相邻子载波正交，载波频率的偏移以及定时误差对接收端都会产生较 大影响，其敏感程度高于单载波系统。 ( 2 ) o f d m 的信号的峰均功率比( p a p r ) 相对较高，对发射系统的功率放大 器有很高的线性要求。对于上行链路而言，移动终端为发射方，这将增大移动终端 的成本；对于下行链路而言，基站端为发射方，但基站对成本的要求比较低。 典型的o f d m a 收发机系统模型如图1 1 所示【4 j 【5 j ： 图1 1o f d m a 收发机系统模型 为了解决o f d m 信号在上行链路p a p r 过高的问题，l t e 上行链路采用了 s c f d m a 技术。s c f d m a 系统与o f d m a 系统的结构非常相似，最大的不同之 处在于：o f d m a 系统发射端利用i f f t 运算生成基带信号，而s c f d m a 系统发送 端信号首先经过d f t 运算而后进行i f f t 运算才能生成基带信号。s c f d m a 系统 多增加的d f t 运算能够显著降低p a p r ，解决了移动终端发射机成本过高的问题1 6 】。 典型的s c f d m a 收发机系统模型如图1 2 所示【7 】【8 】： 一， 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 图1 2s c f d m a 收发机系统模型 1 4l t e 项目的研究现状及意义 l t e 相关的理论已经趋于成熟，现在各国运营商、设备商、终端商正在积极向 l 1 陋演进。 t e l i a s o n e r a 于2 0 1 0 年1 1 月在瑞典赫尔辛堡开通了l t e 网络，并计划在2 0 1 1 年覆盖瑞典2 2 8 个市镇。根据测试，其现有l t e 网络下载速率最高可达到5 9 1 m b p s 。 同年，沃达丰在德国推出了l t e 业务，而日本n t t d o c o m o 与a t & t 也进行了l t e 相关测试。 在国内，中国移动则积极部署t d l t e 试验网络，t d l t e 是我国主导的l t e 技术，其发展将把我国通信业推向世界新的高度，意义非常重大。在通信协议标准 方面，中国一直处在跟随的角色，这一标准被3 g p p 采用标志着我国通信业已经在 引领世界发展的方向。 随着各国l t e 试验网络规模的不断扩大，l t e 基站端技术正在逐步成熟，而目 前l t e 终端的发展则相对滞后，终端款数非常少，已经成为l t e 发展的瓶颈。尤 其是我国主导的t d l t e 技术，终端更为稀缺。截止2 0 1 0 年1 1 月，仅有海思半导 体公司提供在2 6 g h z 频段上的样片测试。 在这样的形势下，作者参加了中国科学院计算技术研究所的“l t e 终端基带芯 片研发”项目。无线通信芯片市场长期以来被美国高通等外资芯片厂商所垄断，率 先研发出基带芯片，将有助于我国抢占市场先机，得到更多市场份额。本课题正是 基于该项目产生。 4 硕士学位论丈 m a s t e r st he s l s 1 5 本文主要工作及结构安排 本论文主要研究了l t ep u s c h 处理过程，并对其关键算法进行了d s p 优化 实现，提出了两种快速算法：基于迭代的t u r b o 编码和基于迭代的参考信号生成算 法。论文章节安排如下： 第一章绪论，介绍了l t e 的背景、发展现状及意义、标准化历程、相关传输技 术，及本文的结构。 第二章主要介绍l t e 物理层上行链路p u s c h 的处理过程，对l t e 协议进行解 读与研究。 第三章主要介绍l t e 基带发送系统结构及上行p u s c h 子系统架构，对d s p 与 f p g a 的功能进行了划分，并分析了系统的时间约束，为之后的d s p 实现及算法优 化性能提出了具体的要求。 第四章主要对p u s c h 关键算法进行优化，包括基于查找表的c r c 编码、速率 匹配算法以及基于迭代的t u r b o 编码、参考信号生成算法。 第五章在c 6 4 5 5d s p 平台上实现了前述优化算法，并对其进行了性能测试。 第六章为结语，对论文的工作做了总结，并提出了本课题有待进一步研究的问 题。 ： 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 第二章l t e 物理层上行链路p u s c h 的处理过程 本章主要对l t e 物理层上行链路的有关协议进行解读和研究。l t e 的物理层标 准一共由一个概述文档( t s3 6 2 0 1 ) 以及四个其它文档( t s3 6 2 1 l 到3 6 2 1 4 ) 构成： ( 1 ) t s3 6 2 0 1 物理层概述1 9 】。 ( 2 ) t s3 6 2 1 1 物理层信道以及调制【1 0 l 。 ( 3 ) t s3 6 2 1 2 复用以及信道编码1 1 1 1 。 ( 4 ) t s3 6 2 1 3 物理层过程【1 2 】。 ( 5 ) t s3 6 2 1 4 物理层测量1 1 3 】。 由于作者的主要工作为p u s c h 实现及参考信号生成，所以在本章将会重点介 绍p u s c h 处理流程及参考信号生成。 2 1 上行链路概述 2 1 1 上行链路信道与信号 图2 1 展示了l t e 无线接口协议体系结构。其中，物理层利用传输信道与媒介 控制( m a c ) 子层交换用户信息以及网络控制信息，物理层也与无线资源控制层 ( r r c ) 交换信道状态信息，使得无线传输能与信道状态相适应。m a c 层为无线 链路控制( r l c ) 层提供不同的逻辑信道。 层3 层2 层l 图2 1l t e 无线接口协议体系结构 上行链路有两种传输信道，即上行共享传输信道( u l s c h ) 以及无线接入信道 ( r a c h ) 。所有上行用户信息和网络控制信息都将在u l s c h 中传输，而r a c h 6 ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 的目的是为了将共享信道的传输资源请求发送给基站。 上行链路有三种物理信道，它们用于承载高层发送至物理层的信息，包括物理 层上行共享信道( p u s c h ) 、物理层数据控制信道( p u c c h ) 以及物理层随机接入 信道( p r a c h ) 。p u s c h 负责承载用户信息以及来自u l s c h 的控制信息。当p u s c h 没有传输控制信息时，p u c c h 承载来自u l s c h 的上行控制信息。p r a c h 用于传 输循环前缀( c p ) 以及来自r a c h 的特定传输序列。 上行链路还传输两种物理信号，它们不承载来自高层的信息，包括解调参考信 号( d m r s ) 以及探测参考信号( s r s ) 。d m r s 信号是给基站端进行相关解调之用， 它存在于每个p u s c h 以及p u c c h 传输之中。s r s 信号是在上行信道规划中估计 信道质量之用，它不是必须传输的，是可以选择的。s r s 信号需要独立的传输资源， 而不是在p u s c h 或者p u c c h 中传输。 2 1 2 上行帧结构 l t e 上行传输的无线帧长度为1 0 m s ，根据t d d 传输以及f d d 传输分为两种帧 结构。 ( 1 ) 如图2 2 所示，帧结构1 用于全双工以及半双工的f d d ，一共由2 0 个时 隙t ，。= 0 5 m s 组成，每两个时隙组成一个子帧。对于f d d 而言，在每个l o m s 内 1 0 个子帧可以用于下行以及上行传输。上下行的传输在频域上是分开的。 一个无线帧，矗= 3 0 7 2 0 0 瓦= 1 0m s i 一个时隙，玛o t = 1 5 3 6 0 = 0 5m s 1 臣丑三工三圈臣立 ； = 全王噬 ； 图2 2 帧结构l ( 2 ) 如图2 3 所示，帧结构2 用于t d d 传输。一个无线帧包含2 个5 m s 长的 半帧，每个半帧由5 个l m s 的子帧构成。帧结构2 包括特殊时隙，它由d w p t s ，g p 以及u p p t s 组成，它们一共占一个子帧。另外，上下行切换时间可以配置为5 m s 或者1 0 m s 。 2 1 3 资源块 l t e 中用于传输资源的时频单元被称作资源块( r b ) ，物理信道将占用一个或 多个连续的资源块用于传输。 7 硕士学位论文 m a s f e r st h e s i s 一个资源块在时域上占用0 5 m s ，在频域上占用18 0 k h z 带宽( 1 2 个子载波) ， 资源块数目j 冶的不同配置使得l t e 系统能支持不同的带宽。当蜷= 6 时，为上 行最小带宽即4 m h z ；当磁= 1 1 0 时，为上行最大带宽即2 0 m h z 。 所有可用的系统带宽包含的资源块组成了资源网格，每个网格内包含的资源元 素称作资源粒子( i 也) ，另外，每个时隙中包含埘个s c - f d m a 符号，如图2 4 所示。 - - + 无线帕l = 3 0 7 2 0 0 = l o m s 鲁五“_ - 二= = - 子赫绚于帧托子帧撑3子帧椒子帧# 5 1 j 刍嚣一f7 if 7 if 图2 3 帧结构2 ( 5 m s 切换配置) 器世子载波 ，子载波 堇哦 1 7 n l 卜r l 。、 】 l 可 口 i 茸 互 0 言 o _ 一孵 n 器n 翟一i 贾源兀鬃【七，f ) 联i 。i l b x 訾资源元素 图2 4 上行资源网格 2 1 4p u s c h 处理过程 p u s c h 主要处理高层发送至物理层的数据及控制信息。其中，高层的数据信息 将在每个传输时间间隔( 1 v r i ) 中以传输块( t b ) 形式发送给物理层，而控制信息 则包括信道质量指示信息( c q i ) 、秩指示信息( 对) 、a c k n a c k 。另外，上行链 路还将传输解调参考信号( d m r s ) 用于基站端进行相关解调，以及探测参考信号 ( s r s ) 用于信道调度。 8 ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s p u s c h 处理过程可以分为三部分：信道编码、调制及基带信号生成、参考信号 生成，下面将对这三个部分的处理模块进行介绍。 2 2p u s c h 信道编码 p u s c h 信道编码的整体处理流程如图2 5 所示，包括传输块c r c 编码、码块 分段及码块c r c 运算、速率匹配、码块级联、数据与控制信息复用、信道交织。 图2 5 信道编码流程图 2 2 1c r c 编码 c r c ( 循环冗余校验) 的目的是编码添加校验比特，在接收端译码的时候用同 样的生成多项式去解收到的信息，如果生成的校验比特为0 ，说明接受的信息是正 确的，反之是错误的，就需要重传。 p u s c h 是以传输块( t b ) 为单位传输数据信息的。c r c 编码将以生成多项式 9 硕士学位论文 m a s f e r st h e s i s 计算校验比特，并将校验比特添加在t b 的后面，其中生成多项式如式( 2 1 ) 所示： g c r c 2 4 a ( d ) = 【d 2 4 十萨3 + d 1 8 + d 1 7 切1 4 + d 1 1 + d 1 0 + d 7 切5 十d 4 + d 3 + d + l 】 ( 2 1 ) 2 2 2 码块分段 码块分段即对大的数据块进行切割，其作用是保证码块长度与后续的t u r b o 交 织器所支持的码块大小相兼容，t u r b o 交织器支持的最大码块为6 1 4 4 比特。在添加 c r c 后进入码块分段的比特流记为，岛，b 2 ，b 3 ，b s _ l ，b 0 ，码块切割规则为： ( 1 ) 如果b 大于最大码块长度z ( z = 6 1 4 4 ) ，则需要对输入序列进行码块分段 操作，并且给每个码块添加长度为2 4 比特的c r c 校验码。其中，c r c 校验码的生 成多项式为g c r c 2 4 b ( d ) = 【萨4 + 矿3 + d 6 + d 5 + d + 1 】。 ( 2 ) 如果输入比特流b ，k = o ，( f - 1 ) 。 整个编码的过程分为三步： ( 1 ) t u r b o 编码，其编码器结构如图2 6 实线部分，码内交织的运算公式为： 群= c n “) ，i _ o ，l ，( k 1 ) ，r i ( i ) = i + f 2 i 2 _ ) i i l o d k ，其中k 为当前码块的b i t 数，f 1 和亿根据k 的值查表而定。 l o ( 2 ) 尾比特计算，即将控制开关连上虚线部分( 实线部分仍然连接) 。这个过 程实际上是对子编码器进行寄存器清零，清零过程中产生的输出比特称为尾比特。 四路数据x k ，靠，z ：将会各自添加3 比特的尾比特，一共是3 唯4 = 1 2 比特。 ( 3 ) 尾比特分配。由于最终只输出磁，气，三路数据，所以1 2 b i t 的尾比 特将均匀分布至此三路数据流末尾，因此每路最终添加4 b i t 数据。即编码完后，码 流长度d = k + 4 。这些尾比特按式( 2 4 ) 所列出的规则附加到最终输出的三路数据 之上： d ? ) = 鼽。d 器= z 纠。础：= x k 穆= + - d 2 = z 足，d 2 _ = x 置+ 2 ，d ? ：= z ：，d 2 三- 3 = x 之+ z ( 2 4 ) d 箬= x r + ld 2 l = z r + 2c 之2 = x 名+ ld 七k 2 + ) 3 = z 量+ 2 第一子编码器 一七 。爪。爪。 7 一，7 (岁 ， c k 一，a 一 _一_ _ 广r7 一l v 一，1 it u 巾。巍交织器 第二子编码器 露 。历、。舀匹 。 i 、两i 用7 工田用：二 ， l j 影、 k 图2 6 编码速率为1 3 的t u r b o 编码器 2 2 4 速率匹配 在数据传输中，并不是所有t u r b o 编码后的数据都将被传输，速率匹配模块和 物理层混合a r q 将选择一组特定的比特流在t t i 传输【1 6 】。速率匹配模块结构如图 2 7 所示。d ，d p 和d 2 ) 为t u r b o 编码后的数据流，它们首先进入码内交织器，接 illlll剃liillij， 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 着进入比特收集、比特选择和修剪模块，下面将分别介绍这三个模块。 ? ，f 子块交织器l ， 虚拟圆缓冲 q ) v ：1 。 峨 比特选择与 k 。 比特收集 修剪 r子块交织器 2 f 子块交织器i v k ( 2 ) 图2 7t u r b o 编码的速率匹配 ( 一) 子块交织 在信道编码中，交织器被用作扰乱信源序列，消除相邻码元直接的相关性。这 样当信号遭受突发性噪声干扰造成突发性错误的时候，错误将被分散开来，增强了 抵抗突发性噪声的能力。子块交织过程如下： ( 1 ) 对于每一路的数据，首先定义一个矩阵，矩阵为3 2 列，行数为码块大小 除以列数并向上取整。记矩阵行数列数为c s u r 三。鼬，行数为尺互。础。 ( 2 ) 当所得矩阵总元素个数( 砭。枞c = 。鼬) 大于码块个数时，多余元素首先 用n u l l 来填充，n d = ( 畿。础c 磊b l o c k d ) 为n u l l 元素个数，d 为输入码块比特 流数目，然后依次以行为顺序填入当前码块数据。如矩阵： 肌y ly 2 y l r c 6 6 i o c k - i y c 甄b l ky l r r b b t 汁1 y c 蕊b l 一2 y 2 c 要bb t _ 豳一1 ii；。i 以磁6 m 1 ) 镌6 枞y 喇7 1 7 6 枞一1 ) ) c 镌6 础“苁磁黼一1 ) x 兹6 掀+ 2 y ( 蠕6 槲礞6 腑一1 ) 其中y k ，k = 0 ，1 ，d 1 为矩阵中n u l l 元素。 ( 3 ) 接着将根据下面的规则进行的矩阵的列交换： ( a ) 对于毹0 、，4 1 数据流，交换他们的列元素，交换规则如表2 1 所示。 表2 1 子块交织器列交换表 c 叠嘲列交换规则 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 其中剐) 代表原矩阵的第j 列，交换后的矩阵如： 蜥0 9y m ) 豫2 ) 吆州磊6 口“坛l 坞6 础歹& 喇葛。础 喙o m 蕊6 ，d 渺繇6 m 唿州繇枷嗣鸱6 础坛矾蕊6 删焰姒 将交织后的矩阵由列的方式依次读出，形成交织输出比特流v f ，v v ，v 综- l ， 其中v 代表帅( o ) ，v f n , f 4 濠y p ( o ) 墙k n = ( 磁a 触) ( b ) 对于d ：2 见式( 2 5 ) ： 垆= 儿州尼产( p ( 1 i 忐j + 瑶。础( 七m o a 砭蝴) + m o d c 2 剐 其中p ( i ) 按表2 1 给出。 ( 二) 比特收集、选择和传输 子块交织后的三路数据将写入一个长度为k 。= 3 k 兀的虚拟圆形缓冲w 中，这个 步骤称为比特收集，写入规则如式( 2 6 ) 所示： = v l ，诎= v ：l ，诎+ l = v ：2 ，k = o ，k n l ( 2 6 ) 接着将从缓冲w 中选择数据输出，也叫做打孔。打孔是将比特收集之后的数据 流截取一定的长度的比特，中间遇到填充比特( n u l l ) 就不取，跳向下一位继续 取，直到取够指定的长度为止。具体的过程为： ( 1 ) 从w 中元素索引k 0 开始，如果w 内元素不为n u l l ，则收集w 中的元 素。当元素索引大于w 的长度时，则从w 的起始元素索引0 开始收集，重复以上 的收集过程，直到收集的比特总数至e 为止。这些收集的比特即为速率匹配模块的 最终输出。 ( 2 ) 收集起点如公式( 2 7 ) 所示： 瑚磊川【2 。in c b w 一2 j 晓7 ， 其中心= k 。，r v i d x 为冗余版本号，不同的取值将选择不同的比特输出，主要 用于h a r q 重传过程。 ( 3 ) 收集总比特数e 为：如果，c y 一1 ，那么e = n 绋l g7 c j ，否则 e = n l q 研f g c 1 。其中c 为码块个数，y = g m o d c ，g 7 = g ( n l 绋) ，g 为一个传 输块可以传输的比特总数，n l 代表传输块映射的传输层数，q m 代表调制方式。 ，矗、 ( 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 2 5 控制信息编码 控制信息包括c q i 、h a r q 及r j 。对于t d d 而言，有两种a c k n a c k 的反馈 模式绑定模式以及复用模式，这取决于高层的配置。在绑定模式下h r a q a c k 包含1 2 个信息比特，而复用模式则