LTE-A PDSCH信道的解調(diào)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

作者 劉小剛 徐蘭天 中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所 電子信息測試技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(安徽 蚌埠 233010)

*基金項(xiàng)目：國家科技重大專項(xiàng)(編號：2016ZX03002010)

劉小剛(1987- )，男，工程師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)測試技術(shù);徐蘭天，男，工程師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)測試技術(shù)。

摘要：LTE以其高速率、低時延等優(yōu)點(diǎn)，得到世界各主流通信設(shè)備商和運(yùn)營商的廣泛關(guān)注，并已經(jīng)開始進(jìn)行大規(guī)模的商用。為了保證 LTE及其后續(xù)技術(shù)的長久生命力，同時也為了滿足IMT-A和未來通信的更高需求，LTE-A的推行已經(jīng)勢不可擋。為了檢測LTE-A物理層的業(yè)務(wù)信息，LTE-A PDSCH的解調(diào)成為物理層分析的核心模塊。本文結(jié)合自主研發(fā)的綜合測試儀，對LTE-A PDSCH解調(diào)技術(shù)進(jìn)行探討，儀器分析結(jié)果表明提出的檢測技術(shù)正確有效。

引言

　　當(dāng)前各地LTE測試工作不斷展開，并逐步開始規(guī)模商用。作為LTE的平滑演進(jìn)，LTE-A能夠保持與LTE良好的兼容性;提供更高的峰值速率和吞吐量，下行的峰值速率為1Gbps，上行峰值速率為500Mbps;具有更高的頻譜效率，下行提高到30bps/Hz，上行提高到15bps/Hz;支持多種應(yīng)用場景，提供從宏蜂窩到室內(nèi)場景的無縫覆蓋。

　　為了滿足上述要求，LTE-A引入MIMO技術(shù)、CoMP、CA、中繼等關(guān)鍵技術(shù)^[1]。作為LTE-A信令過程的最底層，物理層為MAC層和高層提供信息傳輸?shù)姆?wù)。因此，對物理層的解調(diào)直接影響到LTE-A的信令流程。

1 LTE-A PDSCH解調(diào)過程

　　綜合測試儀由信號采集系統(tǒng)、信號解調(diào)系統(tǒng)、信號顯示系統(tǒng)等模塊組成，完成LTE-A信號采集及分析。其中，信號解析系統(tǒng)物理層分析子模塊采用FPGA+DSP結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)鏈路如圖1所示，主要包括時間頻率同步和FFT、信道估計(jì)、PBCH解析帶寬、DCI解析、PDSCH解析等模塊。通過時間頻率同步過程消除LTE-A信號的定時偏差和頻率偏差;FFT過程把LTE-A信號變換到頻域，在頻域上進(jìn)行信道估計(jì)及解調(diào);信道估計(jì)通過小區(qū)參考信號進(jìn)行信道估計(jì)，并通過插值得到一個子幀的信道估計(jì);PBCH信道解析出24位比特，從而解析出小區(qū)的帶寬信息;DCI解析過程確定不同的DCI格式、層數(shù)、調(diào)制格式等信息，便于PDSCH解析;PDSCH在MIMO和載波聚合情況下進(jìn)行解析，得到PDSCH的EVM。

1.1 同步和FFT

　　eNode和UE通信過程中由于晶振的精度和UE的高速移動帶來多普勒偏移等因素會產(chǎn)生頻率偏移和定時偏差，因此，為了解析PDSCH信道信息，必須對抓取的LTE-A信號進(jìn)行定時同步及頻偏補(bǔ)償^[2]。

　　本文根據(jù)PSS及SSS的性質(zhì)進(jìn)行定時同步，并利用CP相關(guān)進(jìn)行頻偏估計(jì)。由于周期為5ms的PSS是ZC序列，具有很強(qiáng)的相關(guān)性，可利用此特性確定5ms的時隙邊界，同時得到小區(qū)扇區(qū)ID。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行PSS精同步，從而可以確定10ms的邊界，并得到小區(qū)組ID。同時利用CP相關(guān)，得到頻偏估計(jì)，對LTE-A信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。

　　由于輸入的數(shù)據(jù)為時域數(shù)據(jù)，為了在頻域處理，需要通過FFT將時域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域。

1.2 信道估計(jì)

　　由于無線信道的存在，無線通信系統(tǒng)的性能在很大程度上受到影響，如陰影衰落和頻率選擇性衰落。因此，信道估計(jì)是實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

　　從信道估計(jì)算法先驗(yàn)信息的角度，信道估計(jì)可以分為三類：基于參考信號的估計(jì)、盲估計(jì)和半盲估計(jì)。為了運(yùn)算的速度和準(zhǔn)確性，本文采取基于參考信號的估計(jì)。首先產(chǎn)生理想的小區(qū)參考信號，然后在頻域提取相應(yīng)位置的小區(qū)參考信號，從而得到小區(qū)參考信號的信道估計(jì)值。然后在各個符號、各個頻域進(jìn)行插值，從而得到一個子幀的信道估計(jì)。

1.3 PBCH解析帶寬

　　LTE-A的小區(qū)帶寬支持1.4M、3M、5M、10M、15M和20M，帶寬信息在PBCH的碼流中體現(xiàn)。根據(jù)基站的信令流程，每個系統(tǒng)幀含有一個MIB，其中包含小區(qū)帶寬信息。為了用戶盡量少輸入?yún)?shù)，增加人機(jī)友好界面，故本文對小區(qū)帶寬進(jìn)行盲解。

　　首先對指定6個資源塊的頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)和均衡，然后進(jìn)行212過程解析，先后經(jīng)歷解速率匹配、維特比譯碼、CRC校驗(yàn)，從而得到24位的PBCH信息，根據(jù)3GPP協(xié)議^[2]，解析出小區(qū)的帶寬和系統(tǒng)幀號。

1.4 DCI解析

　　不同的TM模式對應(yīng)不同的DCI格式，本產(chǎn)品支持的TM模式為TM1~TM10，支持的天線數(shù)為1、2、4、8。當(dāng)有業(yè)務(wù)信息存在時，TM模式才會體現(xiàn)。DCI信息包含了DCI格式，信道編碼格式，冗余版本，碼字等信息。本文以TM3為例進(jìn)行說明。

　　TM3支持“開環(huán)空分復(fù)用”，采用的DCI格式為2A。解析完成PDCCH信道后，就可以解析DCI信息。由于各種TM模式中均可能包含DCI格式0或1A，故首先解析DCI格式0或1A，然后再解析TM3單獨(dú)對應(yīng)的DCI格式2A。解析過程中先對公共搜索空間進(jìn)行解析，然后再對專用搜索空間進(jìn)行解析，從而得到DCI的各比特。根據(jù)3GPP協(xié)議^[3]，可以得到信道編碼格式、冗余版本、層數(shù)、碼字等信息，為下一步解析PDSCH作準(zhǔn)備。

1.5 PDSCH解析

1.5.1 MIMO下的PDSCH解析

　　根據(jù)1.4節(jié)DCI的解析結(jié)果和TM模式，進(jìn)行PDSCH解析。若DCI不存在，則未進(jìn)行業(yè)務(wù)，PDSCH不存在;若DCI為格式0，則只存在上行業(yè)務(wù)，PDSCH不存在;若DCI為格式1A，則為傳輸分集，直接提取PDSCH數(shù)據(jù)，進(jìn)行信道均衡計(jì)算EVM。

　　對于其他的DCI格式，TM7以下直接提取PDSCH數(shù)據(jù)，進(jìn)行信道估計(jì)、信道均衡計(jì)算EVM。TM7以上需要根據(jù)UE特殊參考信號提取PDSCH數(shù)據(jù)。TM9以上還需要根據(jù)CSI參考信號提取PDSCH數(shù)據(jù)。然后進(jìn)行信道估計(jì)、信道均衡計(jì)算EVM。

1.5.2 載波聚合下的PDSCH解析

　　載波聚合條件下需要對接收信號進(jìn)行處理，否則EVM指標(biāo)很差。

　　本文以三載波為例，首先將接收的時域數(shù)據(jù)進(jìn)行變換到頻域，在頻域三載波共占用了60M帶寬，如圖2所示。然后進(jìn)行DDC濾波，分別提取各載波的數(shù)據(jù)。再進(jìn)行PDSCH的解析，需要進(jìn)行3次解析。為了減少運(yùn)算量，由于載波聚合條件下同步點(diǎn)為同一點(diǎn)，故可以只計(jì)算一次同步點(diǎn)，其余兩載波均使用此點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　本次實(shí)驗(yàn)以某基站及終端為測試對象，通過綜合測試儀信號采集模塊采集數(shù)據(jù)，采用本文提出的PDSCH檢測分析技術(shù)，得到TM3情況下的PDSCH解析指標(biāo)，符合3GPP協(xié)議要求，如圖3所示。同時對3載波情況下的PDSCH進(jìn)行解析，如圖4所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文提出的PDSCH信道檢測分析技術(shù)正確、有效，能夠滿足綜合測試儀的解析要求。

3 結(jié)論

　　LTE-A物理層分析模塊是綜合測試儀的重要組成部分。PDSCH信道承載物理層業(yè)務(wù)比特流信息，其信道檢測分析是物理層分析模塊的核心部分，本文結(jié)合自主研發(fā)的綜合測試儀系統(tǒng)性能要求，對PDSCH信道檢測分析技術(shù)進(jìn)行探討，儀器分析結(jié)果表明提出的檢測分析技術(shù)正確有效。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王映民,孫韶輝.TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2010:431.

　　[2]3GPP TS 36. 211 v13. 4. 0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (Release 13)[S]. 2016.

　　[3] 3GPP TS 36. 212v13. 4. 0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding(Release 13) [S]. 2016.

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第7期第37頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。