LTE-A PDSCH信道的解调技术研究与实现

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)

*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，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。

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、CA、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，对物理层的解调直接影响到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。