Гельгор А.Л., Попов Е.А. Технология LTE мобильной передачи данных

Подождите немного. Документ загружается.

131

дирование со скоростью 1/3. Используемые при формировании сигна-

лов кодеры будут рассмотрены далее.

• Выравнивание скоростей передачи данных. Суть этой процеду-

ры заключается в том, чтобы исключить или повторить некоторые би-

ты кодового блока, полученного на предыдущем шаге, и, таким обра-

зом, согласовать скорость передачи данных, требуемую транспорт-

ным каналом, и скорость передачи данных, которую может обеспе-

чить физический канал. Как будет показано ниже, в результате ка-

нального кодирования образуется три потока данных

(0) (1) (2)

kkk

ddd

Эти битовые потоки вначале поступают на блочные перемежители,

после этого объединяются в блоке битового накопителя, после чего

проводится процедура повторения или прореживания (рис. 2.27).

Рис. 2.27. Структурная схема процедуры выравнивания скоростей

Процедуры выравнивания скоростей различны для каналов, ис-

пользующих сверточное помехоустойчивое кодирование и турбоко-

дирование.

• Конкатенация кодовых блоков. Данная процедура заключается в

последовательном объединении кодовых блоков, прошедших проце-

дуры выравнивания скоростей передачи данных и формирование еди-

ного потока данных.

Служебные данные, в отличие от пользовательских, проходят

только процедуру канального кодирования. После этого осуществля-

Блочный

перемежитель 1

Блочный

перемежитель 2

Блочный

перемежитель 3

Битовый

накопитель

Повторение /

прореживание

)0(

)1(

)2(

132

ется мультиплексирование пользовательских и служебных данных,

перемежение, модуляция и размещение их по ЧВР канала PUSCH

(рис. 2.28).

Рис. 2.28. Структурная схема кодирования данных канала PUSCH

2.2.5. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ

В данном разделе будут кратко описаны процедуры помехо-

устойчивого кодирования, которые являются общими для восходяще-

го и нисходящего направлений. Спецификация TS 36.212 предполага-

ет два способа помехоустойчивого кодирования, используемых при

формировании сигналов. Основным способом помехоустойчивого ко-

дирования является турбокодирование со скоростью 1/3. Также при-

водится схема сверточного кодера со скоростью кодирования 1/3, ко-

Добавление CRC

Сегментация по

кодовым блокам,

добавление CRC

Канальное

кодирование

Выравнивание

скоростей

Конкатенация

кодовых блоков

Мультиплексирование пользовательских и

служебных данных

Перемежение

Канальное

кодирование

Пользовательские

данные

Служебные данные

Модуляция, размещение по ЧВР

133

торая используется при формировании сигнала широковещательного

канала BCH. Рассмотрим данные схемы.

В качестве кодера турбокода используется схема двух параллель-

но связанных сверточных кодеров с внутренним перемежителем

(рис. 2.29).

Рис. 2.29. Кодер турбокода со скоростью кодирования 1/3

В начале кодирования в ячейки вспомогательных кодеров долж-

ны быть записаны нули. В процессе кодирования биты турбокода

снимаются с выходов кодера в следующем порядке:

(0)

(1)

(2)

' , 0,1, 2, ..., 1

d zk K= = −

где

, , ...,

xx x

представляют собой биты, поступающие на вход ко-

дера турбокода,

, , ...,

zz z

— биты с выхода первого вспомогатель-

Перемежитель

Выходы

Вспомогательный кодер 1

Вспомогательный кодер 2

′

134

ного кодера,

' , ' , ..., '

zz z

— биты с выхода второго вспомогатель-

ного кодера. Биты

, , ...,

xx x

будем называть систематическими, а

биты, полученные с выходов вспомогательных кодеров − провероч-

ными.

После того, как на вход турбокодера поступает последний ин-

формационный бит, т. е. бит с номером K, к кодированному блоку до-

бавляются оконечные биты. При этом сначала верхний переключа-

тель турбокодера переключается в нижнее положение и, при тактиро-

вании только первого вспомогательного кодера, снимаются первые

три оконечных бита. Далее, нижний переключатель турбокодера пе-

реключается в нижнее положение и, при тактировании только второго

вспомогательного кодера, снимаются остальные три оконечных бита:

(0) (0) (0) (0)

1 12 3 1

, , ', ' ,

K KK K K KK K

d xd z d x d z

+ ++ + +

= = = =

(1) (1) (1) (1)

1 22 3 2

, , ', ' ,

K KK K K KK K

d zd x d z d x

+ ++ + +

= = = =

(2) (2) (2) (2)

11 2 2 13 2

, , ', '

K KK K K KK K

d xd zd x d z

++ + + ++ +

= = = =

Перемежитель кодера турбокода осуществляет перестановку бит

в следующем порядке. Если на его вход поступает последователь-

ность бит

01 1

, , ...,

cc c

−

, то на выходе перемежителя будет сформиро-

вана последовательность

П( )

cc=

0,1,..., 1iK= −

Последовательность номеров

П( )i

, в соответствии с которой из-

меняется порядок следования бит, формируется согласно формуле

( )

П( ) modi fi fi K= +

Параметры f

, f

зависят от размера битовой последовательности

K и определяются таблицей, приведенной в спецификации TS 36.212.

Структурная схема сверточного кодера показана на рис. 2.30.

135

Рис. 2.30. Сверточный кодер со скоростью кодирования 1/3

Перед началом процедуры кодирования в ячейки регистра сдвига

должны быть записаны последние 6 бит информационной последова-

тельности c

. Результат кодирования считывается последовательно с

трех выходов кодера

(0)(1)(2)(0)(1)(2)

0001 11

,,,,,dddddd

и т. д.

2.2.6. ПИЛОТНЫЕ СИГНАЛЫ ВОСХОДЯЩИХ КАНАЛОВ

Помимо служебных и пользовательских данных в восходящем

направлении необходимо передавать заранее известные БС последо-

вательности информационных символов для обеспечения условий ко-

герентного приема сигналов. В системе UMTS это реализовывалось

передачей пилотных символов в физическом выделенном восходящем

управляющем канале PDCCH. В системе LTE пилотные сигналы пе-

редаются в физическом восходящем управляющем канале PUCCH и в

физическом восходящем совместном канале PUSCH в качестве так

называемых демодулирующих пилотных сигналов (Demodulation Ref-

erence Signals, DMRS), также возможна передача зондирующих пи-

лотных сигналов (Sounding Reference Signals, SRS).

Комплексные последовательности, используемые в качестве пи-

лотных символов, должны обладать следующими свойствами:

• последовательности должны иметь хорошие автокорреляцион-

ные и взаимокорреляционные свойства;

• количество возможных пилотных последовательностей должно

быть достаточным для распределения среди абонентов, работающих

как в одной соте, так и в соседних;

= 133 (octal

= 171 (octal

= 165 (octal

)0(

)1(

)2(

136

• спектр пилотного сигнала должен быть, по возможности, широ-

ким и равномерным для упрощения оценки частотной характеристики

радиоканала.

Такими последовательностями являются упомянутые в предыду-

щем разделе последовательности постоянной амплитуды с нулевой

автокорреляцией (CAZAC-последовательности); примером таких по-

следовательностей являются комплексные последовательности Задо-

ва — Чу (Zadoff — Chu sequences) .

Последовательностей Задова — Чу может быть сгенерировано

достаточно много при условии, что длина последовательности есть

простое число. Однако, для систем LTE необходимы пилотные после-

довательности длиной кратной 12 элементам (напомним, что в одном

ресурсном блоке содержится 12 поднесущих), и при такой длине ко-

личество возможных последовательностей Задова — Чу сильно со-

кращается.

Последовательности Задова — Чу, длина которых есть простое

число, обладают следующими свойствами:

• последовательности имеют постоянную амплитуду как во вре-

менной, так и в частотной областях;

• применение операции БПФ или ОБПФ к последовательности

Задова — Чу дает также последовательность Задова — Чу, но с дру-

гим циклическим сдвигом;

• последовательность, образованная циклическим сдвигом эле-

ментов последовательности Задова — Чу, есть также последователь-

ность Задова — Чу, ортогональная исходной;

• периодическая автокорреляционная функция последовательно-

сти Задова — Чу идеальна, т. е. является дельта-функцией;

• взаимная корреляционная функция двух последовательностей За-

дова — Чу, образованных разными корнями, имеет постоянное для всех

сдвигов значение

1/ N

, где

— длина последовательностей.

Если при формировании сигнала требуется пилотная последова-

тельность длиной, эквивалентной одному или двум ресурсным блокам

137

(соответственно, 12 или 24 элементов), то для ее формирования исполь-

зуется упрощенный алгоритм. При этом формирование осуществляется

в частотной области из точек сигнального созвездия КАМ-4. Базовая

последовательность

()

формируется следующим образом:

[ ]

() exp () /4

rn jn= ϕπ

0, 1, ...,nM=

, (2.25)

где последовательность

()nϕ

зависит от номера u группы базовой по-

следовательности,

— длина пилотной последовательности (12

или 24 элемента). Последовательности

()nϕ

приведены в табл. П.2 и

П.3 Приложения.

Различные пилотные последовательности формируются из базо-

вой последовательности следующим образом:

( )

( ) RS

, , SC

( ) ( )exp , 0, 1, ...,

uv uv

r n r n jn n M

= α=

, (2.26)

где циклический сдвиг α определяется целым числом

(cs — cyclic

shift, циклический сдвиг):

/12nα = 2π

. (2.27)

В случае, когда требуется пилотная последовательность большей

длины, сначала генерируется последовательность Задова — Чу, длина

которой есть простое число

, наиболее близкое к требуемой длине

пилотной последовательности

exp ( 1) /

x j qm m N



= −π +



0,1,..., 1mN= −

, (2.28)

где

1/ 2 ( 1)

qq v





= + +−





( 1) / 31qNu= +

параметр u определяет номер группы пилотной последовательности

(u = 0, 1, …, 29), а v идентифицирует базовую пилотную последова-

тельность внутри группы. Каждая группа содержит 3 базовых пилот-

ных последовательности: одна последовательность может занимать от

одного до пяти ресурсных блоков (v = 0), две другие имеют большую

длину (v = 0, 1).

138

Затем формируются базовые пилотные последовательности цик-

лическим повторением сгенерированной ранее последовательности

Задова — Чу:

( ) ( mod ), 0,1, ...,

RS RS

u v q ZC SC

r n xn N n M= =

. (2.29)

Остальные пилотные последовательности данной группы формиру-

ются из базовой последовательности ее циклическим сдвигом на ос-

нове (2.26).

Рис. 2.31. Автокорреляционная функция пилотной

последовательности

Обратим внимание, что сформированные пилотные последователь-

ности размещаются по поднесущим SC-FDMA-символа, т. е. при фор-

мировании сигнала во временной области над ними будет осуществ-

ляться операция ОБПФ. Ввиду того что такие последовательности не

являются последовательностями Задова — Чу, во временной области

пилотные сигналы уже не будут иметь постоянной амплитуды, поэтому

относить такие последовательности к классу CAZAC-последовательно-

стей некорректно, однако используемые пилотные последовательности,

всё же, обладают свойством нулевой автокорреляции. Под этим терми-

ном имеется в виду, что автокорреляционная функция такого сигнала

(n) представляет собой дельта-функцию (рис. 2.31). Поэлементное

(n)

139

умножение сгенерированной последовательности на exp(jαn) во вре-

менной области эквивалентно ее циклическому сдвигу на

cs SC

/12nM

элементов.

На рис. 2.32 показано семейство функций взаимной корреляции

()

пилотных последовательностей (

36M =

), принадлежащих

одной группе, т. е. полученных на основе одной и той же базовой по-

следовательности, но с разными циклическими сдвигами.

Рис. 2.32. Семейство функций взаимной корреляции пилотных

последовательностей одной группы

Индексы k, l функции взаимной корреляции показывают цикли-

ческие сдвиги базовой пилотной последовательности.

Как видно из рис. 2.32, в случае неравных сдвигов (n

cs1

≠ n

cs2

функция взаимной корреляции имеет нулевое значение при нулевом

сдвиге, т. е. такие последовательности оказываются ортогональными.

0,0

(n)

0,1

(n)

0,2

(n)

0,3

(n)

0,4

(n)

0,5

(n)

0,6

(n)

0,7

(n)

0,8

(n)

0,9

(n)

0,10

(n)

0,11

(n)

140

Для реализации разделения пилотных сигналов по циклическому

сдвигу необходимо выполнение условия, при котором задержка во

времени между сигналами, пришедшими к БС от различных абонен-

тов, не превышала бы длительности временного интервала, соответ-

ствующего минимальному циклическому сдвигу. В связи с этим в

системе LTE принято 12 возможных циклических сдвигов (n

= 0, 1,

…, 11) для демодулирующих пилотных сигналов и 8 возможных цик-

лических сдвигов (n

= 0, 1, …, 7) для зондирующих пилотных сигна-

лов.

Демодулирующие пилотные сигналы, как уже говорилось, необ-

ходимы для оценки передаточной характеристики канала, а также для

реализации когерентного приема. Такой пилотный сигнал должен за-

нимать в частотный области весь диапазон, доступный данному або-

ненту для передачи сигнала восходящего канала. В каждом слоте ка-

нала PUSCH может размещаться только один демодулирующий пи-

лотный сигнал, а в слоте канала PUCCH их может быть 2 или 3 — это

зависит от формата PUCCH. В слоте совместного канала PUSCH пи-

лотный сигнал DMRS занимает 4 SC-FDMA символа, а длина пилот-

ной последовательности всегда соответствует количеству выделен-

ных пользователю поднесущих.

Для формирования демодулирующего пилотного сигнала пользо-

вателю необходимо определить следующие параметры:

• номер группы u (этот параметр определяется сотой, которая об-

служивает данного пользователя);

• номер последовательности в пределах данной группы v (этот

параметр также определяется сотой);

• циклический сдвиг выбранной последовательности, с которым

будет формироваться сигнал DMRS (один из 12 возможных цикличе-

ских сдвигов определяется как сотой, так и пользовательским обору-

дованием);

• количество элементов последовательности, которые будут раз-

мещены по соответствующим поднесущим.