（信号与信息处理专业论文）tdlte下行链路研究与解业务映射的多核dsp实现.pdf

北京邮i u 人学硕i ：毕业论文t d l t e 下行链路研究j 解业务映射的多核d s p 实现 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名： ! 靶美 本人承担一切相关责任。 同期： 丝f ! ：未f ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和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北京邮电大学。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磁盘，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一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。 本人签名：兜筮 一 日期： 导师签名：望篁垒日期： 2 0 f 。专，囊 北京邮l l 土人学硕i ：毕业论文t d l t e 下行链路研究j 解业务映射的多核d s p 实现 t d l t e 下行链路研究与解业务映射的多核d s p 实现 摘要 为了保持3 g 在十年内的竞争力，3 g p p 组织在2 0 0 4 年底通过了3 g 长期演进计划( l o n gt e r me v o l u t i o n ，简称l t e ) 。l t e 旨在提高数据传 输速率，降低系统时延，增大系统容量和覆盖范围。目前l t e 受到了 运营商的广泛关注，因此对l t e 系统的研究具有重要意义。在l t e 产 品的开发过程中，缩短开发时间、降低基带处理的成本和功耗是业界 关注的热点。而p i c o c h i p 爹；核d s p j e 是一款在性价比、功率性能比和 易开发性方面有很大优势的开发平台。 本文对t d l t e 下行链路进行了研究，包括发送端信号处理过程 及接收机的原理和方法。在分析基本理论的基础上，对解业务映射进 行了深入研究，并对不同的m 讯q 重传方案进行了仿真比较，根据仿 真结果得出，冗余递增m 娘q 重传方案优于c h a s e 合并m 娘q 重传方 案，但有较高的复杂度。 最后，文章重点研究了解业务映射在p i c o c h i p 多核d s p 平台上 的实现。l t e 对峰值速率提出了更高的要求，并需要进一步降低时延。 因此文章重点考虑了如何在p i c o c h i p 多核d s p 平台上更好的利用其 并行处理及设计灵活的特点，满足l t e 高处理速率的要求，并降低 处理时延。解业务映射包括m 堰q 合并、解速率匹配、信道译码、 c r c 校验等。m 娘q 模块通过设计独立读写s d r a m 的机制减少了 时延。解速率匹配的设计难点在于如何设计循环b u f f e r 及交织器以节 省资源且达到速率要求，经过几种设计方案的比较，最后采用乒乓处 理机制取得了较好的效果。而c r c 模块的设计重点考虑了如何快速 进行c r c 计算以及如何更高效的同时进行传输块c r c 和码块c r c 校验并产生a c k n a c k 标识。最后对各模块及解业务映射整体模块 进行了测试，通过测试表明，该模块工作稳定，有良好的性能。 关键词：t d l t e 业务映射h a r q 解速率匹配p i c o c h i pd s p l l 北京邮i 乜人学顾l ：毕业论义 1 d l t e 下行链路研究j 解业务映射的多核d s p 实现 r e s e a c ho ft d i j ed o w n l i n ka n di m p l e m e n to f s e r c ed e m l 廿p i n go np i c o c h i pd s p a b s t r a c t i n0 r d e rt om a i n t a i nc o m p e t i t i v e n e s so f3 gw i t h i nt h e n e x t d e c a d e ，t h e t h i r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ( 3 g p p ) o r g a n i z a t i o n p a s s e dt h e3 gl o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) s c h e m ei nt h ee n d o f2 0 0 4 t h e f u n d a m e n t a l t a r g e t s f o rma r ei n c r e a s e dd a t a r a t e s ，r e d u c e d l a t e n c y ，i m p r o v e ds y s t e mc a p a c i t y a n dc o v e r a g ea sw e l la sr e d u c e d o p e r a t o rc o s t s c u r r e n t l y ，mh a sb e e nw i d e s p r e a dc o n c e m e db ya l l t e l e c o m m u n i c a t i o no p e r a t o r s ，s ot h em t e c h n o l o g yr e s e a r c hi so fg r e a t s i g n i f i c a n c e i n t h el r l ep r o d u c t d e v e l o p m e n tp r o c e s s ，r e d u c i n g d e v e l o p m e n tt i m e ，l o w e r i n gc o s ta n dp o w e ro f b a s e b a n dp r o c e s s o ri st h e i n d u s t r y sf o c u s p i c o c h i pm u l t i c o r ed s pi sad e v e l o p m e n tp l a t f o r mt h a t i sc o s t e f f e c t i v e ，e a s yt ou s ea n dh a sl o wp o w e r p e r f o r m a n c er a t i o i nt h i st h e s i s ，1 d l r 陀d o w n l i n kh a sb e e ns t u d i e d ，i n c l u d i n gt h e s i g n a lp r o c e s s i n gp r i n c i p l e sa n dm e t h o d so fs e n d e ra n dr e c e i v e r s e r v i c e d e m a p p i n gi sr e s e a r c h e dt h o r o u p h l yb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h et h e o r y o fd o w n l i n k i no r d e rt ob e t t e ra n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo ft h er e s e i v e r ，a d o w n l i n ks i m u l a t i o n p l a t f o r m i ss e t u p f o r d i f f e r e n th a r q r e t r a n s m i s s i o ns c h e m e ，t h es i m u l a t i o nr e s u l t sc o n c l u d et h a ti n c r e m e n t a l r e d u n d a n c yh a r qr e t r a n s m i s s i o n s c h e m ei s s u p e r i o r t oc h a s e c o m b i n e dh a r qr e t r a n s m i s s i o ns c h e m e ，b u th a sah i g h e rc o m p l e x i t y f i n a l l y ，t h et h e s i sf o c u s e so ni m p l e m e n t o ft h es e r v i c ed e m a p p i n g o np i c o c h i pm u l t i c o r ed s p p l a t f o r m l t eh a sh i g h e rr e q u i r e m e n to n p e a kr a t e sa n dl a t e n c y t h e r e f o r e ，h o wt om a k eb e t t e ru s eo fp a r a l l e l p r o c e s s i n gf e a t u r ea n dd e s i g n i n gf l e x i b i l i t yo fp i c o c h i pd s p t oi n c r e a s e p r o c e s s i n gs p e e da n dr e d u c el a t e n c yi sc o n c e r n e d s e r v i c ed e _ m a p p i n g i n c l u d e sh a r q c o m b i n i n g ，r a t ed e m a t c h i n g ，c h a n n e ld e c o d i n g ，c r c c h e c ka n ds oo n h a r qc o m b i n i n gm o d u l er e d u c e dl a t e n c yt h r o u g h t h em e t h o do fi n d e p e n d e n t l yr e a d i n ga n dw r i t i n gs d r a m t h ed i f f i c u l t y i i i 北京l | | l j i u 人学硕i ：毕业论文 t d l t e 下行链路研究j 解业务映射的多核d s p 实现 o fr a t ed e - m a t c h i n gi sh o wt od e s i g nal o o pb u f f e ra n dt h ei n t e r l e a v e ri n o r d e rt os a v er e s o u r c e sa n da c h i e v et h er a t er e q u i r e m e n t s t h r o u g ha c o m p a r i s o n o fs e v e r a l d e s i g n s ，t h e f i n a l a d o p t i o n o f p i n g p o n g m e c h a n i s ma c h i e v e dg o o dr e s u l t s t h e d e s i g n i n go fc r c c h e c k m o d u l ef o c u so nf a s tc r cc a l c u l a t i o na n dh o wt oc a l c u l a t et bc r ca n d c bc r cs i m u l t a n e o u s l yt og e n e r a t ea c k n a c k f l a g f i n a l l y ，e a c h s u b m o d u l ea n ds e r v i c ed e m a p p i n gm o d u l ew e r et e s t e d t h e r e s u l t s s h o wt h a tt h em o d u l ew o r k ss t e a d i l ya n dh a sg o o dp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：t d 一珊 s e r v i c ed e m a p p i n g h a r q r a t e d e m a t c h i n gp i c o c h i pd s p i v 北京邮电人学硕i ：毕业论文 t d l t e 下行链路研究j 角1 1 业务映射的多核d s p 实现 目录 第一章绪论1 1 1l t e 的提出1 1 2l t e 的需求1 1 3t d dj 孑f d d 2 1 4l t e 下行传输技术介绍3 1 4 1 下行多址技术3 1 4 2 下行m i m o 技术4 1 4 3 下行h a r q 5 1 5 本文的研究范围及结构5 第二章t d l t e 下行信号处理7 2 11 u 】l ：i 卫帧坌吉构。7 2 2t d - l t e 下行信道划分一8 2 3t d l t e 发送机结构8 2 3 1 业务映射9 2 3 2 符号级处理1 3 2 4 本章小结1 9 第三章t d - l t e 下行接收处理2 0 3 1t d l t e 下行接收机结构2 0 3 2 符号级接收原理和方法。2 1 3 2 1 0 f d m 解调2 1 3 2 2 信道估计2 1 3 2 3 空时检测2 5 3 2 4 解调。2 6 3 2 5 解扰。2 8 3 3 解业务映射原理和方法一2 9 3 3 1 码块分割3 0 3 3 2h a r q 合并与解速率匹配3 0 3 3 3c r c 校验。3 2 3 4 下行链路仿真及结果分析。3 3 3 4 1 仿真条件及假设3 3 3 4 2h a r q 方案性能比较3 4 3 4 3 信道估计性能仿真3 7 3 5 本章小结3 8 第四章t d l t e 解业务映射的多核d s p 实现3 9 v 北京邮i u 人学硕l ：毕业论文t d l t e 下行链路研究确华业务映射的多核d s p 实现 4 1 p i c o c h i p 多核d s p 平台。3 9 4 2 解业务映射顶层框架。4 2 4 3 码块分割的多核d s p 实现4 2 4 3 1 码块分割设计分析4 2 4 3 2 码块分割接口及模块描述4 2 4 4h a r q 合并的多核d s p 实现4 4 4 4 1 h a r q 设计分析4 4 4 4 2 h a r q 接口与模块描述4 5 4 5 解速率匹配的多核d s p 实现4 6 4 5 1 解速率匹配设计分析4 6 4 5 2 解速率匹配接口及模块描述5 0 4 6t u r b o 译码的多核d s p 实现5 3 4 7c r c 校验的多核d s p 实现5 3 4 7 1 c r c 校验设计分析5 3 4 7 2 c r c 校验接口及模块描述5 5 4 8 多核d s p 实现解业务映射性能分析5 7 4 9 本章小结。5 9 论文总结6 0 参考文献。6 2 致谢。6 4 在读期间发表论文6 4 v l 北京邮l 乜人学硕l ：毕业论文t d l t e 下行链路研究j 解业务映射的多核d s p 实现 1 1l t e 的提出 第一章绪论 从2 0 0 4 年底到2 0 0 5 年初，3 g p p 正在进行r e l 6 的标准化工作，其主要特性是 h s u p a ( f d d ) 和m b m s 。此时，在i e e e8 0 2 组织中进行标准化的8 0 2 1 6 e 宽带无线 接入标准化进展迅速，在i n t e l 等i t 巨头的推动下。产业化势头迅猛，对以传统电 信运营商、设备制造商和其他电信产业环节为主组成的3 g p p 构成了实质性的竞 争威胁。 w i m a x 采用了o f d m a 作为空中接口技术，支持1 0 m h z 以上的带宽，可以提 供数十m b i t s 的高速数据业务，并能够支持车载移动速度。相比之下，w c d m a 单载波h s d p a 的峰值速率仅为1 4 4 m b i t s ，在市场宣传上处于非常不利的地位。 更进一步，o f d m a 本身具有大量正交窄带子载波构成的特点，允许系统灵活扩 展到更大带宽，而5m h z 以上的宽带c d m a 系统会面i 商频率选择性衰落环境下接 收机复杂等一系列技术问题。因此，3 g p p 迫切需要一种新的标准来对抗w i m a x 。 在这种形势下，l t e 就应运而生了i l j 。 l t e 是近几年来3 g p p 启动的最大的新技术研发项目，它的目标是更高的数 据速率、更低的时延、改进的系统容量和覆盖范围，以及较低的成本。f 1 2 0 0 4 年1 1 月启动l t e 项目以来，3 g p p 以频繁的会议全力推进l t e 的研究工作，仅半年 就完成了需求的制定。3 g p p 组织在l t e 项目的工作，可分为两个阶段：2 0 0 5 年3 月至2 0 0 6 年9 月为s l ( s t u d yi t e m ) 阶段，完成可行性研究报告。该阶段主要完成目 标需求的定义、明确l t e 的概念、征集候选技术提案等工作。在此基础上，对技 术提案进行了评估：对符合目标需求、有可能融合的提案进行讨论，最终选择出 适合l t e 的技术。2 0 0 6 年9 月至2 0 0 7 年9 月完成核心的技术规范制定( 测试规范 2 0 0 8 年3 月完成) ，考虑到需要，与3 g 标准的制定过程相比节奏明显加快。虽然工 作进度滞后于原计划，但经过艰苦的讨论和融合，已确定了大部分基本技术框架。 1 2l t e 的需求 l t e 启动的第一步是确定需求。与3 g 系统概念刚刚提出时不同的是，l t e 的 启动是由运营商主导的。v o d a f o n e 、t m o h i l e 和c h i n am o b i l e 等七大运营商，联 合主导了l 1 匝需求的讨论。最终确定的需求大致女h - f 2 l ： 频谱效率提高：下行5b i t s h z ；提高峰值数据速率：支持最高2 0 m 带宽，下 1 北京邮l u 人学倾i ：毕业论义t d l t e 下行链路研究o j 解业务映射的多核d s p 实现 行峰值速率1 0 0 m b i t s ，上行峰值速率5 0 m b i t s ；覆盖增强：提高小区边缘比特率， 在5 k m 区域满足最优容量，3 0 k m 区域轻微下降，并支持1 0 0 k m 覆盖半径，移动性 提高：0 1 5 k m h 性能最优，1 5 1 2 0 k m h 高性能，支持1 2 0 3 5 0 k m h ，甚至在某些 频段支持5 0 0 k m h ：服务内容多样：提高高性能的广播业务m b m s ，提高实时业 务支持能力，并使v o l p 达到u t r a n 电路域性能，同时为使用户获得“永远在线 的体验，控制和用户平面时延也需要大大降低；演进后的系统f 简称为e u t r a ) 必须具有频谱灵活性，并能够和现有2 ( 3 2 5 g ，3 g 系统共存；降低建网成本和运 营成本。 3 g p p 为了达到以上要求提出了一系列技术方案：简化系统结构，采用公共 无线资源管理控制基站，弱化基站控制器设备实体；改进q o s 和链路层技术支持； 使用o f d m ，m i m o 技术等。 因为l t e 技术重新定义了核心网络和空中接口，并且采用o f d m 这项新技 术，使得现有的3 g 网络平滑演进到l 1 匝有一定困难。但l t e 可以完全支持现有的 3 g 业务，大大提高现有的3 g 技术的性能，相b g w i m a x 技术有一定优势。因此l t e 技术相比其他无线技术在今后十年内有一定优势。 1 3t d d 与f d d l t e 系统有t d d 和f d d 两种模式。与3 g 的其他技术不同，l t e 的t d d 和f d d 两种模式是用统一的规范描述的，有相同的技术基础和参数。两者的帧结构的基 本参数相同，但有一定区别。 t d l t e 中更加灵活的支持智能天线技术，在l t e 中对波束赋形的支持是通 过在公共导频外添加专用导频实现的。基站利用t d d 的上下行对称性，由上行数 据和s r s 等获取信道特性，再根据信道特性将专用导频和用户数据一起赋形。终 端利用接收到的专用导频解调用户数据，获得较大的增益。 t d l t e 支持可变的上下行比例。t d l t e 共有7 种上下行配置【3 1 ，4 种为5 m s 上下行转换周期，3 种为1 0 m s 上下行转换周期，上下行子帧的对比从2 d l ：3 u l 至i j 9 d l ：1 u l 。七种上下行配置适用于不同的应用场景。在实际使用时，网络可 以根据业务量的特性灵活地选择配置。t d d 系统的上下行不总是1 ：1 ，在下行多 于上行时，存在一个上行子帧反馈多个下行子帧。在上行多于上行时，存在一个 下行子帧调度多个上行子帧。 2 北京邮l u 人学硕i j 毕业论文t d l t e 下行链路研究。j 解业务映身t 的多核d s p 实现 1 4l t e 下行传输技术介绍 1 4 1 下行多址技术 多址接入是指在远端共享固定的通信资源。对无线通信来说，共享的资源包 括频率、时间和空问。在多用户通信系统中，有许多用户要同时通过一个基站和 其他用户进行通信，这就需要一种技术既能够使基站从众多用户的信号中区分出 是哪一个用户发来的信号，又能使用户识别出基站发出的信号中哪一个是发给自 己的信号，解决这一问题的办法称为多址方式，它是无线通信的关键技术之一。 频分多址、时分多址和码分多址是当前无线通信系统中多用户共享无线通信有效 带宽的主要接入技术。 o f d m 和以上多种技术的结合可以使多个用户共享无线资源，提高系统容 量。由于o f d m 调制中子载波之间的相对独立性，每一个子载波都可以被指定一 个特定的调制方式和发射功率，所以通过指定每个用户使用子载波中的一个或者 一组，可以得到一种新的多址方式一正交频分多址( o m m a ) 。与传统的f d m a 类似，o f d m a 通过为每个用户提供部分可用子载波来实现多用户接入，也就是 每个用户分配一个o f d m 符号中的一个子载波或者一组子载波，以子载波的频率 来区分用户。与传统的f d m a 不同的是，o f d m a 技术不需要在各个用户频率之 间采用保护频段，而且各个用户所使用的子载波也并不一定连续。这样可以大大 提高系统的频率利用率，具有e v , f d m a 更高的灵活性。 时间轴被划分成多个时隙，子载波按一定规则被分配给每个用户。这里， o f d m a 是以子载波为单位来进行资源分配的。在发射机掌握实时信道状况的情 况下，o f d m a 系统根据信道质量等信息对子载波进行分配。与固定分配方式相 比，这种方式避免了某些子载波上可能出现的持续深衰落对于数据传输的影响， 使得每个用户都可以访问对它而言质量比较好的子载波，起到了频率分集 ( f r e q u e n c yd i v e r s i t y ) 的效果。因为无线信道的衰落是相互独立的，所以对一个用 户来说传输质量不好的信道，对另一个用户来说可能提供好的传输质量。换句话 说，对一个用户来说所有子载波都处于深衰落的可能性非常小。当子载波间的衰 落不相关或相关性较弱时，可以使用子载波、比特分配算法来优化分配过程，达 到不同准则下的最优化目标。信道状态信息可以通过单独的控制信道来传送；也 可以在时分双工的系统中通过帧传送，发射机可以通过观察上行信道来获得下行 信道的状况。将o f d m a 与动态资源分配相结合，可以使所有的子载波都能更有 效地被利用，从而显著地提高系统的性能。 3 北京邮i u 人学顾l ：毕业论义t d l t e 下行链路形f 究抽华业务映射的多核d s p 实现 1 4 2 下行m i m o 技术 m i m o ( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t ) 技术最早是由m a r c o n i 于1 9 0 8 年提出 的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通s i s o 系统，m i m o 还包括s i m o 系统，m i s o 系统。 m i m o 系统可以简单得理解为一个多输入多输出系统，即有多个发送天线和 多个接收天线的系统。如图1 1 所示： v s t l ， 甲j 二 s t 2i ，： vj s t u l t - - “。+ 图1 - 1 m l m o 系统示意图 在图中有m t 个发送天线和m r 个接收天线。每个发送天线上发送的内容不同。 而且，若各发送天线间的信道相应独立，则多输入多输出系统就可以创造多个并 行空间信道，所以各接收天线接收到的内容也会不同。这样接收方就能获得比单 天线系统更多的信息量。这信息量可以提高数据传输速率，也可以用来提高数据 传输性能。这就是m i m o 系统的基本思想。 有传输分集和空间复用两种方式。传输分集的主要原理是利用空间信道的弱 相关性，结合时间频率上的选择性，为信号传递提供更多的副本，提高信号传输 的可靠性。空间分集可以基于线性变换实现，也可以基于空时码实现，空时码由 于具有较高的编码效率和优良的性能，受到了广泛关注。常见的空时码有空时块 码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分 集和时间分集，从而降低信道误码率【4 1 。 空间复用利用m i m o 信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发 送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。即利用m i m o 信道提供的空间分 集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的b l a s t 算法，z f 算法、 m m s e 算法、m l 算法，m l 算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于 实时性要求较高的无线通信不能满足要求。z f 算法简单容易实现，但是对信道 的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是b l a s t 算法。该算法实际上是使 用z f 算法加上干扰消除技术得出的。 为了实现高速率和高系统容量，l t e 系统支持下行m i m o 技术。包括空间复 用和传输分集。在l t e 系统中应用m i m o 技术的基本天线配置为2 * 2 ，即两天线 发，两天线收，也支持四天线下行方向传输。 4 卜 分 外 弦 v v 啦 v m 北京邮f 1 1 人学硕i ：毕业论文t d l t e 下行链路研究确单业务映射的多核d s p 实现 1 4 3 下行h a r q 近年来随着高数据率可靠业务需求的迅速发展，h a r q ( g 合自动重传请求) 成为移动通信系统的关键技术之一。h a r q 有效结合了前向纠错码技术和自动重 传请求协议，因此它不仅比f e c 更加可靠，而且能够获得比a r q 更高的通过率。 发端发送的码不仅能够检错，而且还具有一定的纠错能力，这种方式在一定程度 上避免了f e c 方式需要复杂译码设备和a r q 方式信息连贯性差的缺点，并能使整 个通信系统的误码率达到很低。m 堰q 技术具有以上的优势，因此必将被广泛应 用于非实时数据业务中。 根据h a r q 中前向纠错编码在接收端合并的方式，传统的扎娘q 可分为以 下3 类： 第一类m 讯q ：在发送端传输的数据块加上c r c ( 循环冗余校验) ，并用f e c ( 前向纠错编码) 在接收端进行解码，并用c r c 校验此数据块传输质量，如果有 错误就进行重传，而目前接收到得错误数据块被丢弃。重传的数据块采用与前一 次相同的编码，所以每次重传被正确解码的概率相同且比较低。 第二类h a r q ：这种方案属于递增冗余( i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y ) 的a r q 方 案，这种方案考虑了无线信道的时变特性。在首次传输数据块时没有或带有较少 的冗余数据，如果传输失败将开始重传。重传的数据块不是首次所传数据块的复 制而是增加了其中的冗余部分，在接收端将两次收到的数据块进行合并，编码速 率会有所降低而提高了编码增型1 5 l 。 第三类扎根q ：这种方案也属于增量冗余( 氓) 方案。它与第二类h a r q 不同 的是重传码字具有自解码能力。因此接收端可以直接从重传码字当中解码恢复数 据，也可以将出错重传码字与已有缓存的码字进行合并后解码。 对于t u r b o 码弛堰q 系统的研究在于两点： 发送端怎样将传输块分割，以提供更强的纠错性能同时不提高编译码器的复 杂度。 接收端怎样结合新旧数据信息，来达到充分各次传输的数据信息，同时尽可 能的降低译码复杂度。 1 5 本文的研究范围及结构 本文介绍t d l t e 系统下行链路处理的基本过程，重点讨论业务信道解业务 映射的处理过程，及其多核d s p 实现。本文主要针对在p i c o c h i p ( 具有价格低廉 但功能强大的优点) 上实现解业务映射的实现。 5 北京邮il 1 人学倾i ：毕业论义t d l t e 下行链路研究。j 解业务映身寸的多核d s p 实现 本文的主要结构如下： 第一章：绪论。介绍l t e 提出的背景及目标，比较t d d ，f d d 两种双工方式， 并介绍下行多址技术，m i m o 技术，h a r q 技术。 第二章：先介绍t d l t e 的帧结构及信道划分，再重点阐述发送机各个部分 的功能和基本方法。 第三章：研究下行链路接收机各个部分的原理和方法。并对下行链路业务信 道进行仿真。比较了不同的 l 根q 重传方案，并分析了信道估计的性能。 第四章：接收机解业务映射的多核d s p 实现。介绍p i c o c h i p 实现平台和解业 务映射的各个模块在p i c o c h i p 上的实现过程，包括接口设计，框架设计，流程设 计。 6 北京邮ll 1 人学硕i ：毕业论义t d l t e 下行链路研究j 解业务映射的多核d s p 实现 第二章t d l t e 下行信号处理 本章介绍t d l t e 下行数据的信号处理过程。先介绍t d l t e 系统的帧结构及 信道划分，再介绍发送机的结构。发送机按照处理流程分为两部分，业务映射及 符号级处理。业务映射为m a c 层的数据提供物理层服务，对接收到的传输块数 据进行c r c ，信道编码，速率匹配等处理，以把高层传来的传输块匹配到传输的 物理资源；符号级处理对速率匹配后的数据进行调制，预编码，o f d m 调制，时 域加窗等处理。在o f d m 调制之前，各个信道的数据分开进行处理，o f d m 调制 后，各信道的数据复用在一起，进行统一处理。 2 1t d l t e 帧结构 帧结构定义了系统最基本的传输时序，是整个空中接口系统设计的基础，几 乎所有的传输技术参数设计，资源分配和物理过程设计，都基于这个基本时序结 构。在帧结构的设计中，有两种思路。一种是设计一个带有特殊时隙的帧结构， 即在正常的数据时隙之外专门为公共控制信道分配特殊长度的时隙。另一种是设 计包含完全等长时隙的帧结构。 l t e 在空中接口上支持两种帧结构：t y p e l 和t y p e 2 ，其中t y p e l 用于f d d ， t y p e 2 用于t d d ，无线帧长度为1 0 m s 3 1 ，无线帧结构如图2 1 所示。t y p e l 采用没 有特殊时隙的帧结构，在3 g p p 这样一个包含大量公司不同观点的标准化组织中， 这种帧结构可以快速确立最基本的工作假设。t y p e 2 删e t d s c d m a 的基础上改 进而成的，因此与t d s c d m a 一样包含三个特殊时隙。 在f d d 中1 0 m s 的无线帧分为1 0 个长度为l m s 的s u b f r a m e ，每个s u b f r a m e 由两 个长度为0 5 m s 的s l o t 组成。 在t d d 中1 0 m s 的无线帧由两个长度为5 m s 的h a l ff r a m e 组成，每个h a l ff r a m e 由5 个长度为l m s 的s u b f r a m e 组成，其中有4 个普通的s u b f r a m e 和1 个特殊s u b f r a m e 。 普通s u b f r a m e 由两个0 5 m s 的s l o t 组成，特殊s u b f r a m e 由3 个特殊时隙( u p p t s 、g p 和d w p t s ) 组成。 l t e 的t t l 长度为1 个s u b f r a m e ，最l j l m s 。 7 北京邮il 人学颂l ：毕业论文t d l t e 下行链路研究抽华业务映射的多核d s p 实现 1 r a d i o f r a m e = 1 0r t m s u b f r a m e = 1 m ss t o t = o 5 m s 叫h t y 1 印d l 一旦一一j 1 一1 2 i 一一? l ! + j 一5 1 生一l i $ 一j 一! - | d w p t sc a pu p p t sd w p t sg pu p p t s 图2 - 1u 飞无线帧结构 2 2t d l t e 下行信道划分 道： 物理信道对应于一系列r e 的集合，用于承载高层的信息，分为以下几个信 p b c h ( 物理广播信道) p d s c h ( 物理下行共享信道) p m c h ( 物理多播信道) p d c c h ( 物理下行控制信道) p c f i c h ( 物理控制格式指示信道) p h i c h ( 物理地镙q 指示信道) 2 3t d l t e 发送机结构 图2 2 为t d l t e 系统下行发送机结构，暂不考虑物理多播信道p m c h 的处 理。按信道可以划分为p d s c h 信道处理，p c f i c h 信道处理，p b c h 信道处理， p d c c h 信道处理，p h i c h 信道处理，各信道的处理过程有很多相似之处。按照 处理流程分为两部分，业务映射及符号级处理流程。业务映射对接收到的传输块 数据进行c r c ，信道编码，速率匹配等处理，以把高层传来的传输块匹配到传输 的物理资源；符号级处理对速率匹配后的数据进行调制，预编码，o f d m 调制， 时域加窗等处理。本文主要介绍业务信道耳, jp d s c h 信道处理流程。 8 北京邮i 【! 人学硕i ? 毕业论义t d l t e 下行链路| j f 究。j 解业务映射的多核d s p 实现 业务映射业务映射业务映射 业务映射业务映射 ljj 加扰码加扰码 加扰码复川与力i l 扰i i 5调制 lijji 调制调制 调涮 调制 扩频与加扰 ijij 分层映射分层映射分层映射 分层映射符号对齐处理 ijiij 预编码预编码 预编码预编码分层映射 ii 交织预编码 ll 1i 控制信息资源映射 f1，1 l i 譬缨磐粤箩l第。一同步信，- i资j6；l映射r l 信号，l 三成l m 一- - i j i ：1 j l ：1 1 目i c ，i 二l “” i o f 嗍调制 时域加窗 图2 - 2t d l 1 e 下行发送机结构 2 3 1 业务映射 业务映射模块为m a c 层的数据提供物理层传输服务，即将m a c 层来的数 据进行纠错编码后适配到相应的物理信道。 e n o d e b 侧业务映射实现l t e 下行链路比特级处理。由于l t e 对单用户m i m o 系统规定最大传输码字数为2 ，在下行业务映射过程中，应根据m i m o 信道秩， 对一个子帧内传送码字数进行选择，最多传送两个码字。 下行链路数据的业务映射功能分成传输块c r c 编码、码块分割和码块c r c 编码、信道编码、速率匹配、码块级联子模块，各子模块之间的关系如图2 - 3 所 示。 9 北京邮i 【1 人学倾i ：毕q k 论义t d l t e 下行链路研究j 解业务映射的多核d s p 实j 见 犏 l l 给行号级处理 图2 - 3t d - l t e 下行业务映射框图 下面对各个处理模块进行描述： 1 传输块c r c 编码 c r c 即循环冗余校验，在进行信道编码前，先对传输块进行c r c 处理，即 在数据木尾添加c r c 校验比特，以便在接收端判断对数据的译码是否正确，如 果错误则反馈n a c k 给发送端请求重传。高层发送下来的数据块可以看作是一 个1 1 阶的二进制多项式a x ”1 + 口肫z ”2 + + 口1 z + 口o 。乘除法运算过程与代数 多项式的乘除法过程相同。多项式的加减法运算为模2 运算。发送方和接收方用 同一个生成多项式g ( x ) ，并且g ( x ) 的首位和最后一位的系数必须为1 。发送 方以g ( x ) 去除数据比特流t ( x ) ，得到余数作为c r c 校验码。 2 码块分割和码块c r c 在一个子帧的时间内，如果添加了c r c 校验比特的传输块的比特数大于码 块的最大尺寸z = 6 1 4 4 时，则需要对传输块进行码块分割处理，并为每个分割出 的码块做c r c 编码，如果不满足上述条件则不需要做码块分割处理，直接将数 据送往后续处理模块。 3 信道编码 对l t e 的业务信道，由于l t e 相对原有的u m t s 系统在系统同带宽和数据 率方面都有了很大提高，因此是否需要考虑更适合宽带传输的信道编码成为重点 考虑的问题。某些观点认为t u r b o 码已不能适应高数据处理率方面的新需求，应 采用其他编码技术，例如l d p c 码。但某些观点仍坚持用t u r b o 码，认为这种码 1 0 北京邮i 乜人学硕i ：毕业论文t d l t e 下行链路研究确晖业务映射的多核d s p 实现 有很好的灵活性和扩展性，加以改进后便可满足需求。最后确定改进t u r b o 码的 内交织器。 t u r b o 码的内交织器1 6 1 采用以