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LTE-A PDSCH信道的解调技术研究与实现

作者:刘小刚 徐兰天时间:2017-06-28来源:电子产品世界
编者按:LTE以其高速率、低时延等优点,得到世界各主流通信设备商和运营商的广泛关注,并已经开始进行大规模的商用。为了保证 LTE及其后续技术的长久生命力,同时也为了满足IMT-A和未来通信的更高需求,LTE-A的推行已经势不可挡。为了检测LTE-A物理层的业务信息,LTE-A PDSCH的解调成为物理层分析的核心模块。本文结合自主研发的综合测试仪,对LTE-A PDSCH解调技术进行探讨,仪器分析结果表明提出的检测技术正确有效。

作者 刘小刚 徐兰天 中国电子科技集团公司第四十一研究所 电子信息测试技术安徽省重点实验室(安徽 蚌埠 233010)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201706/361123.htm

*基金项目:国家科技重大专项(编号:2016ZX03002010)

刘小刚(1987- ),男,工程师,研究方向:网络测试技术;徐兰天,男,工程师,研究方向:网络测试技术。

摘要:LTE以其高速率、低时延等优点,得到世界各主流通信设备商和运营商的广泛关注,并已经开始进行大规模的商用。为了保证 LTE及其后续技术的长久生命力,同时也为了满足IMT-A和未来通信的更高需求,的推行已经势不可挡。为了检测物理层的业务信息, PDSCH的成为物理层分析的核心模块。本文结合自主研发的综合测试仪,对LTE-A PDSCH技术进行探讨,仪器分析结果表明提出的检测技术正确有效。

引言

  当前各地LTE测试工作不断展开,并逐步开始规模商用。作为LTE的平滑演进,LTE-A能够保持与LTE良好的兼容性;提供更高的峰值速率和吞吐量,下行的峰值速率为1Gbps,上行峰值速率为500Mbps;具有更高的频谱效率,下行提高到30bps/Hz,上行提高到15bps/Hz;支持多种应用场景,提供从宏蜂窝到室内场景的无缝覆盖。

  为了满足上述要求,LTE-A引入MIMO技术、CoMP、、中继等关键技术[1]。作为LTE-A信令过程的最底层,物理层为MAC层和高层提供信息传输的服务。因此,对物理层的直接影响到LTE-A的信令流程。

1 LTE-A PDSCH解调过程

  综合测试仪由信号采集系统、信号解调系统、信号显示系统等模块组成,完成LTE-A信号采集及分析。其中,信号解析系统物理层分析子模块采用FPGA+DSP结构实现。具体实现链路如图1所示,主要包括时间频率同步和FFT、信道估计、PBCH解析带宽、DCI解析、PDSCH解析等模块。通过时间频率同步过程消除LTE-A信号的定时偏差和频率偏差;FFT过程把LTE-A信号变换到频域,在频域上进行信道估计及解调;信道估计通过小区参考信号进行信道估计,并通过插值得到一个子帧的信道估计;PBCH信道解析出24位比特,从而解析出小区的带宽信息;DCI解析过程确定不同的DCI格式、层数、调制格式等信息,便于PDSCH解析;PDSCH在MIMO和载波聚合情况下进行解析,得到PDSCH的EVM。

1.1 同步和FFT

  eNode和UE通信过程中由于晶振的精度和UE的高速移动带来多普勒偏移等因素会产生频率偏移和定时偏差,因此,为了解析PDSCH信道信息,必须对抓取的LTE-A信号进行定时同步及频偏补偿[2]

  本文根据PSS及SSS的性质进行定时同步,并利用CP相关进行频偏估计。由于周期为5ms的PSS是ZC序列,具有很强的相关性,可利用此特性确定5ms的时隙边界,同时得到小区扇区ID。在此基础上,进行PSS精同步,从而可以确定10ms的边界,并得到小区组ID。同时利用CP相关,得到频偏估计,对LTE-A信号进行频偏补偿。

  由于输入的数据为时域数据,为了在频域处理,需要通过FFT将时域数据转换到频域。

1.2 信道估计

  由于无线信道的存在,无线通信系统的性能在很大程度上受到影响,如阴影衰落和频率选择性衰落。因此,信道估计是实现无线通信系统的一项关键技术。

  从信道估计算法先验信息的角度,信道估计可以分为三类:基于参考信号的估计、盲估计和半盲估计。为了运算的速度和准确性,本文采取基于参考信号的估计。首先产生理想的小区参考信号,然后在频域提取相应位置的小区参考信号,从而得到小区参考信号的信道估计值。然后在各个符号、各个频域进行插值,从而得到一个子帧的信道估计。

1.3 PBCH解析带宽

  LTE-A的小区带宽支持1.4M、3M、5M、10M、15M和20M,带宽信息在PBCH的码流中体现。根据基站的信令流程,每个系统帧含有一个MIB,其中包含小区带宽信息。为了用户尽量少输入参数,增加人机友好界面,故本文对小区带宽进行盲解。

  首先对指定6个资源块的频域数据进行信道估计和均衡,然后进行212过程解析,先后经历解速率匹配、维特比译码、CRC校验,从而得到24位的PBCH信息,根据3GPP协议[2],解析出小区的带宽和系统帧号。

1.4 DCI解析

  不同的TM模式对应不同的DCI格式,本产品支持的TM模式为TM1~TM10,支持的天线数为1、2、4、8。当有业务信息存在时,TM模式才会体现。DCI信息包含了DCI格式,信道编码格式,冗余版本,码字等信息。本文以TM3为例进行说明。

  TM3支持“开环空分复用”,采用的DCI格式为2A。解析完成PDCCH信道后,就可以解析DCI信息。由于各种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单独对应的DCI格式2A。解析过程中先对公共搜索空间进行解析,然后再对专用搜索空间进行解析,从而得到DCI的各比特。根据3GPP协议[3],可以得到信道编码格式、冗余版本、层数、码字等信息,为下一步解析PDSCH作准备。

1.5 PDSCH解析

1.5.1 MIMO下的PDSCH解析

  根据1.4节DCI的解析结果和TM模式,进行PDSCH解析。若DCI不存在,则未进行业务,PDSCH不存在;若DCI为格式0,则只存在上行业务,PDSCH不存在;若DCI为格式1A,则为传输分集,直接提取PDSCH数据,进行信道均衡计算EVM。

  对于其他的DCI格式,TM7以下直接提取PDSCH数据,进行信道估计、信道均衡计算EVM。TM7以上需要根据UE特殊参考信号提取PDSCH数据。TM9以上还需要根据CSI参考信号提取PDSCH数据。然后进行信道估计、信道均衡计算EVM。

1.5.2 载波聚合下的PDSCH解析

  载波聚合条件下需要对接收信号进行处理,否则EVM指标很差。

  本文以三载波为例,首先将接收的时域数据进行变换到频域,在频域三载波共占用了60M带宽,如图2所示。然后进行DDC滤波,分别提取各载波的数据。再进行PDSCH的解析,需要进行3次解析。为了减少运算量,由于载波聚合条件下同步点为同一点,故可以只计算一次同步点,其余两载波均使用此点。

2 实验结果及分析

  本次实验以某基站及终端为测试对象,通过综合测试仪信号采集模块采集数据,采用本文提出的PDSCH检测分析技术,得到TM3情况下的PDSCH解析指标,符合3GPP协议要求,如图3所示。同时对3载波情况下的PDSCH进行解析,如图4所示。从实验结果可知,本文提出的PDSCH信道检测分析技术正确、有效,能够满足综合测试仪的解析要求。

3 结论

  LTE-A物理层分析模块是综合测试仪的重要组成部分。PDSCH信道承载物理层业务比特流信息,其信道检测分析是物理层分析模块的核心部分,本文结合自主研发的综合测试仪系统性能要求,对PDSCH信道检测分析技术进行探讨,仪器分析结果表明提出的检测分析技术正确有效。

  参考文献:

  [1]王映民,孙韶辉.TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,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.

  本文来源于《电子产品世界》2017年第7期第37页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



关键词: LTE-A CA 解调 201707

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