TDLTE技术培训加扰 调制映射

1、td-ltetd-lte物理层物理层加扰加扰& &调制映射调制映射的的研究与实现研究与实现2012-05-272012-05-27内容提要ltelte系统简介系统简介什么叫加扰？加扰的作用是什么？什么叫加扰？加扰的作用是什么？如何实现对数据的加扰操作？如何实现对数据的加扰操作？什么叫调制映射？调制映射的作用是什什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？么？如何对加扰后的数据实现调制映射操作？如何对加扰后的数据实现调制映射操作？总结总结& &交流交流什么是什么是ltelte？什么是lte？lte=long term evolutionlte=long term evo

2、lution，又称，又称e-utra/e-utrane-utra/e-utran，和，和3gpp2 umb3gpp2 umb合称合称e3ge3g（evolved 3gevolved 3g）ltelte是以是以ofdmofdm为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（络控制器（rncrnc）。与其说是）。与其说是3g3g技术的技术的“演进演进”（evolutionevolution），不），不如说是如说是“革命革命”（revolutionrevolution）。）。这场这场“革命革命”是系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性，也就是是系统

3、不可避免的丧失了大部分后向兼容性，也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此从技术归说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此从技术归属上，可以将属上，可以将ltelte看作看作4g4g范畴。范畴。ltelte的起因：在的起因：在20042004年年wimaxwimax对对umtsumts技术产生挑战（尤其是技术产生挑战（尤其是hsdpahsdpa技技术）时，术）时，3gpp3gpp急于开发和急于开发和wimaxwimax抗衡的、以抗衡的、以ofdm/fdmaofdm/fdma为核心技术为核心技术、支持、支持20mhz20mhz系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。长期上系

4、统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。长期上也可以在也可以在imt-advancedimt-advanced标准化上先发制人。标准化上先发制人。lte标准化现状标准化现状ltelte研究阶段（研究阶段（sisi）于）于20042004年底开始，于年底开始，于20062006年年9 9月结束。月结束。ltelte的可行的可行性研究得出了正面的结论。性研究得出了正面的结论。20052005年年6 6月完成了月完成了ltelte需求的研究，形成了需求报告需求的研究，形成了需求报告tr 25.913tr 25.913。20062006年年9 9月月3gpp3gpp正式批准了正式批准了ltelte工作阶

5、段（工作阶段（wiwi），），ltelte标准的起草正式标准的起草正式开始。开始。3gpp3gpp已于已于20072007年年3 3月完成第月完成第2 2阶段（阶段（stage 2stage 2）的协议，按照目）的协议，按照目前的工作计划，前的工作计划，3gpp3gpp将于将于20072007年年9 9月最终完成第月最终完成第3 3阶段（阶段（stage 3stage 3）协）协议，测试规范议，测试规范已已于于20082008年年3 3月完成。月完成。在在sisi阶段，各工作组形成了阶段，各工作组形成了tr 25.814tr 25.814、tr 25.813tr 25.813、r3.018r3

6、.018等研究等研究报告。各工作组的报告。各工作组的sisi结论被收集在结论被收集在sisi总技术报告总技术报告tr 25.912tr 25.912。3 3月完月完成了成了stage 2stage 2规范规范ts 36.300 ts 36.300 3gpp3gpp决定将编号决定将编号3636的标准号分给的标准号分给lteltelte总体技术特点技术特点ltelte系统的设计主要考虑如下几个总体目标：系统的设计主要考虑如下几个总体目标：降低每比特成本降低每比特成本扩展业务的提供能力，以更低的成本，更佳的用户体验提供更多扩展业务的提供能力，以更低的成本，更佳的用户体验提供更多的业务的业务灵活使用现

7、有的和新的频段灵活使用现有的和新的频段简化架构，开放接口简化架构，开放接口实现合理的终端功耗实现合理的终端功耗高数据率、低延迟、为分组业务优化的系统，需完成以下工高数据率、低延迟、为分组业务优化的系统，需完成以下工作：作：在空中接口的物理层方面，支持灵活的传输带宽，引入新的传输在空中接口的物理层方面，支持灵活的传输带宽，引入新的传输技术和先进的多天线技术技术和先进的多天线技术在空中接口层在空中接口层2/2/层层3 3方面，对信令设计进行优化方面，对信令设计进行优化在在ranran架构方面，确定优化的架构方面，确定优化的ranran架构和架构和ranran网元之间的功能划分网元之间的功能划分优化

8、的优化的rfrf设计。设计。lte系统的需求需求支持支持1.25mhz1.25mhz（包括（包括1.6mhz1.6mhz）-20mhz-20mhz带宽带宽峰值数据率：上行峰值数据率：上行50mbps50mbps，下行，下行100mbps 100mbps 频谱效率达到频谱效率达到3gpp release 63gpp release 6的的2-42-4倍倍提高小区边缘的比特率提高小区边缘的比特率用户面延迟（单向）小于用户面延迟（单向）小于5ms5ms，制面延迟小于，制面延迟小于100ms100ms支持与现有支持与现有3gpp3gpp和非和非3gpp3gpp系统的互操作系统的互操作支持增强型的广播多

9、播业务。在单独的下行载波部署移动电视（支持增强型的广播多播业务。在单独的下行载波部署移动电视（mobile tvmobile tv）系统系统降低建网成本，实现从降低建网成本，实现从release 6release 6的低成本演进的低成本演进实现合理的终端复杂度、成本和耗电实现合理的终端复杂度、成本和耗电支持增强的支持增强的imsims（ipip多媒体子系统）和核心网多媒体子系统）和核心网追求后向兼容追求后向兼容, , 但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡取消取消cscs（电路交换）域，（电路交换）域，cscs域业务在域业务在psps（包交换）域实

10、现，如采用（包交换）域实现，如采用voipvoip对低速移动优化系统，同时支持高速移动对低速移动优化系统，同时支持高速移动以尽可能相似的技术同时支持成对（以尽可能相似的技术同时支持成对（pairedpaired）和非成对（）和非成对（unpairedunpaired）频段）频段尽可能支持简单的临频共存尽可能支持简单的临频共存lte系统网络的整体架构s-gw/mme s-gw/mme 合称合称epcepc演进型演进型分组域核心网分组域核心网s1s1接口的用户面终止在服接口的用户面终止在服务网关务网关(sgw)(sgw)s1s1接口的控制面终止于移接口的控制面终止于移动性管理实体（动性管理实体（m

11、memme）s1s1接口支持接口支持epcepc与与enbenb之间之间的多对多关系的多对多关系x2x2为为enbenb之间接口之间接口n mmemme：mobility management entitymobility management entityn s-gws-gw：serving gatewayserving gatewayn enbenb：evolved node bevolved node bgeranutrangprs coremmeinter as anchorhpcrfoperator ip services(including ims, pss, .)ip acces

12、sevolved packet cores5s2s3s4hsss7s6gis1-ugbiurx+ltelte系统系统网络接口介绍网络接口介绍x1enbx1enbx2evolved ranvpcrfs9servingsae gws11s10s1-mmes7pdn saegws8b完成业务数据流在空中完成业务数据流在空中接口的收发处理，协议接口的收发处理，协议栈包括栈包括pdcppdcp、rlcrlc、macmac和和phyphy四个协议子层四个协议子层 业务面业务面 控制面控制面 ne-utrane-utran控制面主要包括控制面主要包括nasnas、rrcrrc、pdcppdcp、rlcrlc

13、、macmac和和phyphy，网络侧的协议终止点除网络侧的协议终止点除nasnas在在mmemme中外，其他的协议层都终止中外，其他的协议层都终止于于enb enb lte x1lte x1接口介绍接口介绍功能：功能：广播：广播：mibmib等需要频繁发送的系统信息使用固定无线资源在等需要频繁发送的系统信息使用固定无线资源在pbchpbch上发送，而其它广播信息与数据动态共享无线资源，由上发送，而其它广播信息与数据动态共享无线资源，由pdschpdsch承承载。载。寻呼：采用与数据共享无线资源的方式采用寻呼：采用与数据共享无线资源的方式采用pdschpdsch承载。承载。业务链接建立和释放：

14、在业务链接建立和释放：在e-utrane-utran中对中对rrcrrc消息进行了较大的简消息进行了较大的简化，仅使用一个单一的配置消息（化，仅使用一个单一的配置消息（rrc connection rrc connection reconfigurationreconfiguration）来进行业务链接的建立和释放。）来进行业务链接的建立和释放。动态调度动态调度测量：测量对测量：测量对e-utrane-utran网络性能影响非常大，与切换、调度密切网络性能影响非常大，与切换、调度密切相关。相关。e-utrane-utran中测量由网络侧发起和配置，具体的测量量仍在中测量由网络侧发起和配置，具体

15、的测量量仍在定义中。定义中。切换切换lte x1lte x1接口介绍接口介绍lte网络接口介绍协议栈架构信令流信令流数据流数据流传输信道的纠错编码传输信道的纠错编码/译码译码harq软合并软合并编码的传输信道向物理信道映射编码的传输信道向物理信道映射物理信道功率加权物理信道功率加权无线特征测量，并向高层提供指示无线特征测量，并向高层提供指示物理层主要物理层主要功能功能频率与时间同步频率与时间同步mimo天线处理天线处理传输信道的错误检测，并向高层提供指示传输信道的错误检测，并向高层提供指示物理信道调制与解调物理信道调制与解调射频处理（射频处理（射频相关规范）射频相关规范）物理层概述物理层概述物

16、理层概述物理层概述支持频分双工（支持频分双工（fdd）和时分双）和时分双工（工（tdd）两种模式；）两种模式；lte物理层的多址方案：下行采物理层的多址方案：下行采用用ofdm,上行采用上行采用sc-fdma；基于分组交换思想，使用共享信基于分组交换思想，使用共享信道；道；支持多输入多输出（支持多输入多输出（mimo）传）传输。输。36.2xx36.2xx：物理层相关协议：物理层相关协议n36.201:36.201:物理层协议整体描述物理层协议整体描述n36.211: 36.211: 物理信道和调制物理信道和调制n36.212: 36.212: 复用和信道编码复用和信道编码n36.21336.

17、213：物理层过程：物理层过程n36.21436.214：物理层测量：物理层测量36.3xx: 36.3xx: 上层相关，上层相关，ueue等级划分等级划分n36.300:e-utran 36.300:e-utran 整体描述整体描述n36.321: mac 36.321: mac 子层规范子层规范n36.322: rlc 36.322: rlc 子层规范子层规范n36.32336.323：pdcppdcp子层规范子层规范n36.33136.331：rrcrrc规范规范36.4xx36.4xx：各种网络接口协议：各种网络接口协议n36.41036.41436.41036.414：s1s1接口相

18、关标准接口相关标准n36.42036.42436.42036.424：x2x2接口相关标准接口相关标准lte主要协议主要协议lte协议列表ltelte协议列表协议列表内容提要ltelte系统简介系统简介什么叫加扰？加扰的作用是什么？什么叫加扰？加扰的作用是什么？如何实现对数据的加扰操作？如何实现对数据的加扰操作？什么叫调制映射？调制映射的作用是什什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？么？如何对加扰后的数据实现调制映射操作？如何对加扰后的数据实现调制映射操作？总结总结& &交流交流什么叫加扰？加扰的作用是什么？什么叫加扰？加扰的作用是什么？lte物理层进行数据处理的一般流程如下：

19、物理层进行数据处理的一般流程如下：在实际的数字通信过程中，信息流在经过编码处理后，可能会出现连续的在实际的数字通信过程中，信息流在经过编码处理后，可能会出现连续的“0”或连续的或连续的“1”，这样破坏了，这样破坏了“0”码和码和“1”码的平衡，这样将影响位同步的码的平衡，这样将影响位同步的建立和保持，同时还存在同频干扰等。建立和保持，同时还存在同频干扰等。那该如何解决这些问题呢？那该如何解决这些问题呢？ps:位同步的过程：要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率位同步的过程：要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率，来校正自己的时间基准和时钟频率。位同步的目的是使每个码元得到最

20、，来校正自己的时间基准和时钟频率。位同步的目的是使每个码元得到最佳的解调和判决！佳的解调和判决！加扰加扰则是通过一个则是通过一个伪随机序列伪随机序列对输入的传送码流对输入的传送码流进行扰乱处理，二进制数字信息做进行扰乱处理，二进制数字信息做“随机化随机化”处理处理后变为伪随机序列，从而避免同频干扰这种情况后变为伪随机序列，从而避免同频干扰这种情况的出现。的出现。lte中加扰的目的主要在于将中加扰的目的主要在于将干扰信号随机化干扰信号随机化，在发送，在发送端用小区专用扰码序列进行加扰，接收端再进行解扰，端用小区专用扰码序列进行加扰，接收端再进行解扰，只有只有本小区内的本小区内的ue才能根据本小区

21、的才能根据本小区的id形成的小区专用形成的小区专用扰码序列对接收到的本小区内的信息进行解扰，这样可扰码序列对接收到的本小区内的信息进行解扰，这样可以在一定程度上以在一定程度上减小邻小区间同频的干扰减小邻小区间同频的干扰。这种将干扰。这种将干扰进行随机化的方法虽然不能降低干扰的能量，但是能使进行随机化的方法虽然不能降低干扰的能量，但是能使干扰的特性近似白噪声。干扰的特性近似白噪声。lte对传输块的处理采用了比对传输块的处理采用了比特加扰（特加扰（bit scrambling），比特加扰就是所有比特作），比特加扰就是所有比特作为一个比特序列用同一个扰码序列进行加扰。为一个比特序列用同一个扰码序列进

22、行加扰。内容提要ltelte系统简介系统简介什么叫加扰？加扰的作用是什么？什么叫加扰？加扰的作用是什么？如何实现对数据的加扰操作？如何实现对数据的加扰操作？什么叫调制映射？调制映射的作用是什什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？么？如何对加扰后的数据实现调制映射操作？如何对加扰后的数据实现调制映射操作？总结总结& &交流交流如何实现对数据的加扰操作？如何实现对数据的加扰操作？加扰，是数字信号的加工处理方法。简单来说，就是用相同码率（注意不是加扰，是数字信号的加工处理方法。简单来说，就是用相同码率（注意不是频率）的序列（称为扰码，频率）的序列（称为扰码，scramble code

23、）与原始信号进行模）与原始信号进行模2加（异或加（异或运算），从而得到新的信号。加扰操作过程如下图：运算），从而得到新的信号。加扰操作过程如下图：其中，其中，扰码序列（也称伪随机序列）扰码序列（也称伪随机序列）的生成在的生成在协议中有明确的规定！见协议中有明确的规定！见ts 36.211-7.2节。节。上述的上述的c(n)就是我们用来与信息数据序列进行加扰用的就是我们用来与信息数据序列进行加扰用的伪随机序列伪随机序列了！了！ps:在接收端做在接收端做解扰解扰的操作是类似发送端的！的操作是类似发送端的！2021-11-26实现对数据加扰步骤1.方案设计：方案设计：一定要认真分析和理解协议的规定或

24、要求，可以一定要认真分析和理解协议的规定或要求，可以查阅相关文档（主要是一些学术论文或者研究报告等等）并查阅相关文档（主要是一些学术论文或者研究报告等等）并结合自己的设计思路给出一个合适的设计方案。结合自己的设计思路给出一个合适的设计方案。对于加扰的方案设计，首先对加扰在协议的中定义进行剖析对于加扰的方案设计，首先对加扰在协议的中定义进行剖析：发现其中的关键词是：发现其中的关键词是伪随机序列、伪随机序列、gold序列、核心的序列、核心的3个个式子以及相关参数。那么我们可以先去了解一下什么伪随机式子以及相关参数。那么我们可以先去了解一下什么伪随机序列、序列、gold序列的定义、作用及如何生成的（

25、这些在网上或序列的定义、作用及如何生成的（这些在网上或相关文献上有比较清楚的介绍），然后就要认真分析核心相关文献上有比较清楚的介绍），然后就要认真分析核心3个个式子了，尽量从他的公式定义中还原到实际的操作过程。当式子了，尽量从他的公式定义中还原到实际的操作过程。当对这个操作过程比较清楚了，就可以相应的给出一个实现方对这个操作过程比较清楚了，就可以相应的给出一个实现方案。案。加扰实现方案举例加扰实现方案举例:2.2.概要设计：概要设计：在方案设计的基础上进行更进一步的模块化设在方案设计的基础上进行更进一步的模块化设计，自顶层模块开始划分，包括分成几个子模块、每个子模计，自顶层模块开始划分，包括分

26、成几个子模块、每个子模块的作用、每个子模块的输入输出管脚的定义、模块之间的块的作用、每个子模块的输入输出管脚的定义、模块之间的逻辑关系、数据关系等等。逻辑关系、数据关系等等。2021-11-26实现对数据加扰步骤例如整个加扰模块的话可以分成：顶层模块、例如整个加扰模块的话可以分成：顶层模块、m2m2序列初始化序列初始化模块、模块、m m序列组生成模块、扰码生成模块和数据加扰模块。序列组生成模块、扰码生成模块和数据加扰模块。每一个子模块的输入输出管脚的定义、模块之间的逻辑关系每一个子模块的输入输出管脚的定义、模块之间的逻辑关系、时序关系等等都必须是基于你之前所做的设计方案！、时序关系等等都必须是

27、基于你之前所做的设计方案！ps:ps:模块的结构化层次设计的相关内容可以参考模块的结构化层次设计的相关内容可以参考aiwaiw师兄的培训课件，师兄的培训课件，aiwaiw师兄在师兄在fpgafpga设计上可以说是个强银来的！设计上可以说是个强银来的！o(v)oo(v)o 另外，在建立工程的时候，最好对相关文档进行分类整理和归纳（个另外，在建立工程的时候，最好对相关文档进行分类整理和归纳（个人觉得很重要哦！），具体的要求也是继续参考人觉得很重要哦！），具体的要求也是继续参考aiwaiw师兄的培训课件。师兄的培训课件。2021-11-263.3.需求分析：需求分析：简单的说就是你所设计的方案所需要

28、的硬件资简单的说就是你所设计的方案所需要的硬件资源是多少，还有一个比较重要的是最小的工作时钟是多少。源是多少，还有一个比较重要的是最小的工作时钟是多少。2021-11-26实现对数据加扰步骤硬件资源的消耗一般从硬件资源的消耗一般从pinpin个数、个数、lele个数、个数、m memoryemory bits bits和和registersregisters这些方面来考虑，使用量一般都不要超过总数的这些方面来考虑，使用量一般都不要超过总数的80%80%。最小工作时钟的决定因素主要有模块处理的数据量大。最小工作时钟的决定因素主要有模块处理的数据量大小以及自身模块处理的复杂度，因此尽量要求对模块的

29、处理小以及自身模块处理的复杂度，因此尽量要求对模块的处理进行优化。进行优化。2021-11-262021-11-264.4.详细设计：详细设计：简单的说就是对所设计的各个子模块进行基于简单的说就是对所设计的各个子模块进行基于verilogverilog hdl hdl的代码设计，也就是编写代码的阶段了。的代码设计，也就是编写代码的阶段了。2021-11-26实现对数据加扰步骤在详细设计的时候，你需要把所有的设计用在详细设计的时候，你需要把所有的设计用verilogverilog hdl hdl进进行设计描述然后在相应的平台上进行仿真、下板调试等操作行设计描述然后在相应的平台上进行仿真、下板调试

30、等操作来验证你的设计方案是否可行。在编写代码过程中，应尽量来验证你的设计方案是否可行。在编写代码过程中，应尽量使用可综合的语句或方法，具体一些编程要求可以参阅相关使用可综合的语句或方法，具体一些编程要求可以参阅相关教程，编写代码的风格最好能统一。此外有一点比较重要的教程，编写代码的风格最好能统一。此外有一点比较重要的就是，在做任何一步设计的时候都要做一些总结或者注释，就是，在做任何一步设计的时候都要做一些总结或者注释，这样对你后续的工作会有很大的帮助。这样对你后续的工作会有很大的帮助。verilog hdl 编写的一些建议编写的一些建议:内容提要ltelte系统简介系统简介什么叫加扰？加扰的作

31、用是什么？什么叫加扰？加扰的作用是什么？如何实现对数据的加扰操作？如何实现对数据的加扰操作？什么叫调制映射？调制映射的作用是什什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？么？如何对加扰后的数据实现调制映射操作？如何对加扰后的数据实现调制映射操作？总结总结& &交流交流什么叫调制映射？调制映射的作用是什什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？么？调制映射（调制映射（modulation mapping），简单点的理解就是：根据不同的），简单点的理解就是：根据不同的调制阶数（也就是调制阶数（也就是qm）和输入的信息比特（一般是加扰后的信息）情）和输入的信息比特（一般是加扰后的信息）情况来确

32、定一个况来确定一个复值调制符号复值调制符号的的实部实部(i)和和虚部虚部(q)的值！的值！ps：1.qm在在lte协议上的规定有四种：协议上的规定有四种：1-bpsk，2-qpsk，4-16qam， 6-64qam； 2.复值调制符号的形式：复值调制符号的形式： x=i+jq； 3.各种各种qm对应的调制映射值见协议：对应的调制映射值见协议：ts 36.211-7.1节节 4.调制映射（调制映射（modulation mapping）侧重的是）侧重的是映射过程映射过程(简单的说简单的说就是把一路信号映射到就是把一路信号映射到iq两路上两路上)，而调制的作用，而调制的作用(最突出的是频谱搬移最突

33、出的是频谱搬移)会在后续处理流程中得到体现！会在后续处理流程中得到体现！bpsk星座映射图星座映射图qpsk星座映射图星座映射图16qam星座映射图星座映射图64qam星座映射图星座映射图下行物理信道上的调制方式下行物理信道上的调制方式pbch：物理广播信道：物理广播信道调制方式：调制方式：qpskpdsch：物理下行共享信道：物理下行共享信道调制方式：调制方式：qpsk, 16qam, 64qampcfich：物理控制格式指示信道：物理控制格式指示信道调制方式：调制方式：qpskpmch：物理多播信道：物理多播信道调制方式：调制方式：qpsk, 16qam, 64qampdcch：物理下行控

34、制信道：物理下行控制信道调制方式：调制方式：qpsk下行物下行物理信道理信道phich：物理：物理harq指示信道指示信道调制方式：调制方式：bpskpusch：物理上行共享信道：物理上行共享信道调制方式：调制方式：qpsk, 16qam, 64qamprach: 物理随机接入信道物理随机接入信道调制方式：调制方式：qpskpucch：物理上行控制信道：物理上行控制信道调制方式：调制方式：qpsk下行物下行物理信道理信道上行物理信道的调制方式上行物理信道的调制方式内容提要ltelte系统简介系统简介什么叫加扰？加扰的作用是什么？什么叫加扰？加扰的作用是什么？如何实现对数据的加扰操作？如何实现对数据的加扰操作？什么叫调制映射？调制映射的作用