LTE-A PDSCH信道的解調技術研究與實現

作者 劉小剛 徐蘭天 中國電子科技集團公司第四十一研究所 電子信息測試技術安徽省重點實驗室(安徽 蚌埠 233010)

*基金項目：國家科技重大專項(編號：2016ZX03002010)

劉小剛(1987- )，男，工程師，研究方向：網絡測試技術;徐蘭天，男，工程師，研究方向：網絡測試技術。

摘要：LTE以其高速率、低時延等優點，得到世界各主流通信設備商和運營商的廣泛關注，并已經開始進行大規模的商用。為了保證 LTE及其后續技術的長久生命力，同時也為了滿足IMT-A和未來通信的更高需求，LTE-A的推行已經勢不可擋。為了檢測LTE-A物理層的業務信息，LTE-A PDSCH的解調成為物理層分析的核心模塊。本文結合自主研發的綜合測試儀，對LTE-A PDSCH解調技術進行探討，儀器分析結果表明提出的檢測技術正確有效。

引言

　　當前各地LTE測試工作不斷展開，并逐步開始規模商用。作為LTE的平滑演進，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;支持多種應用場景，提供從宏蜂窩到室內場景的無縫覆蓋。

　　為了滿足上述要求，LTE-A引入MIMO技術、CoMP、CA、中繼等關鍵技術^[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的服務。因此，對物理層的解調直接影響到LTE-A的信令流程。

1 LTE-A PDSCH解調過程

　　綜合測試儀由信號采集系統、信號解調系統、信號顯示系統等模塊組成，完成LTE-A信號采集及分析。其中，信號解析系統物理層分析子模塊采用FPGA+DSP結構實現。具體實現鏈路如圖1所示，主要包括時間頻率同步和FFT、信道估計、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，在頻域上進行信道估計及解調;信道估計通過小區參考信號進行信道估計，并通過插值得到一個子幀的信道估計;PBCH信道解析出24位比特，從而解析出小區的帶寬信息;DCI解析過程確定不同的DCI格式、層數、調制格式等信息，便于PDSCH解析;PDSCH在MIMO和載波聚合情況下進行解析，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信號進行定時同步及頻偏補償^[2]。

　　本文根據PSS及SSS的性質進行定時同步，并利用CP相關進行頻偏估計。由于周期為5ms的PSS是ZC序列，具有很強的相關性，可利用此特性確定5ms的時隙邊界，同時得到小區扇區ID。在此基礎上，進行PSS精同步，從而可以確定10ms的邊界，并得到小區組ID。同時利用CP相關，得到頻偏估計，對LTE-A信號進行頻偏補償。

　　由于輸入的數據為時域數據，為了在頻域處理，需要通過FFT將時域數據轉換到頻域。

1.2 信道估計

　　由于無線信道的存在，無線通信系統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，信道估計是實現無線通信系統的一項關鍵技術。

　　從信道估計算法先驗信息的角度，信道估計可以分為三類：基于參考信號的估計、盲估計和半盲估計。為了運算的速度和準確性，本文采取基于參考信號的估計。首先產生理想的小區參考信號，然后在頻域提取相應位置的小區參考信號，從而得到小區參考信號的信道估計值。然后在各個符號、各個頻域進行插值，從而得到一個子幀的信道估計。

1.3 PBCH解析帶寬

　　LTE-A的小區帶寬支持1.4M、3M、5M、10M、15M和20M，帶寬信息在PBCH的碼流中體現。根據基站的信令流程，每個系統幀含有一個MIB，其中包含小區帶寬信息。為了用戶盡量少輸入參數，增加人機友好界面，故本文對小區帶寬進行盲解。

　　首先對指定6個資源塊的頻域數據進行信道估計和均衡，然后進行212過程解析，先后經歷解速率匹配、維特比譯碼、CRC校驗，從而得到24位的PBCH信息，根據3GPP協議^[2]，解析出小區的帶寬和系統幀號。

1.4 DCI解析

　　不同的TM模式對應不同的DCI格式，本產品支持的TM模式為TM1~TM10，支持的天線數為1、2、4、8。當有業務信息存在時，TM模式才會體現。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為例進行說明。

　　TM3支持“開環空分復用”，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單獨對應的DCI格式2A。解析過程中先對公共搜索空間進行解析，然后再對專用搜索空間進行解析，從而得到DCI的各比特。根據3GPP協議^[3]，可以得到信道編碼格式、冗余版本、層數、碼字等信息，為下一步解析PDSCH作準備。

1.5 PDSCH解析

1.5.1 MIMO下的PDSCH解析

　　根據1.4節DCI的解析結果和TM模式，進行PDSCH解析。若DCI不存在，則未進行業務，PDSCH不存在;若DCI為格式0，則只存在上行業務，PDSCH不存在;若DCI為格式1A，則為傳輸分集，直接提取PDSCH數據，進行信道均衡計算EVM。

　　對于其他的DCI格式，TM7以下直接提取PDSCH數據，進行信道估計、信道均衡計算EVM。TM7以上需要根據UE特殊參考信號提取PDSCH數據。TM9以上還需要根據CSI參考信號提取PDSCH數據。然后進行信道估計、信道均衡計算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行處理，否則EVM指標很差。

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

2 實驗結果及分析

　　本次實驗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據，采用本文提出的PDSCH檢測分析技術，得到TM3情況下的PDSCH解析指標，符合3GPP協議要求，如圖3所示。同時對3載波情況下的PDSCH進行解析，如圖4所示。從實驗結果可知，本文提出的PDSCH信道檢測分析技術正確、有效，能夠滿足綜合測試儀的解析要求。

3 結論

　　LTE-A物理層分析模塊是綜合測試儀的重要組成部分。PDSCH信道承載物理層業務比特流信息，其信道檢測分析是物理層分析模塊的核心部分，本文結合自主研發的綜合測試儀系統性能要求，對PDSCH信道檢測分析技術進行探討，儀器分析結果表明提出的檢測分析技術正確有效。

　　參考文獻：

　　[1]王映民,孫韶輝.TD-LTE技術原理與系統設計[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。