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

Подождите немного. Документ загружается.

151

Рис. 2.41. Структурная схема кодирования данных канала PDSCH

Как показано на рис. 2.41, все процедуры, следующие после кон-

катенации кодовых блоков, могут выполняться параллельно для не-

скольких кодовых блоков (двух или четырех). Это необходимо для

многоантенных систем (Multiple In Multiple Out, MIMO), построенных

по принципу пространственного уплотнения. Принципы построения

систем MIMO будут описаны ниже.

Опишем подробнее процедуру скремблирования данных канала

PDSCH. Пусть на вход скремблера поступает блок бит

bit

(0), (1), ..., ( 1)b b bM −

где

bit

— размер блока. Суть процедуры скремблирования заключа-

ется в поэлементном суммировании по модулю 2 битов блока с бита-

ми скремблирующего кода

()ci

( )

() () () mod2bi bi ci= +



Псевдослучайная последовательность скремблирующего кода

()ci

определяется последовательностью Голда на основании соотно-

Сегментация по транспортным

блокам, добавление к блокам CRC

Данные

PDSCH

Сегментация по кодовым блокам,

добавление к блокам CRC

Кодер турбокода

Выравнивание скоростей

передачи данных

Конкатенация кодовых

блоков

Скремблирование

Модуляция

Размещение по уровням,

предварительное

кодирование

Размещение по ЧВР

Формирование отсчетов

OFDMA-сигнала

К антенне 1 К антенне 2

152

шений (2.19) и (2.20) с инициализирующим значением c

init

, опреде-

ляемым следующим образом:

14 13 9 cell

init RNTI ID

2 2 /2 2

cn q n N= ++ +





, (2.30)

где

— номер слота в кадре радиосигнала,

— номер слота в под-

кадре (0 или 1),

RNTI

— временный идентификатор соединения, а

идентификатор соты

cell

определяется номером группы

(1)

0,1, ...,167N =

, которая предписывается каждой соте, и номером

внутри группы

(2)

0, 1, 2N =

cell (1) (2)

ID ID ID

3N NN= +

. (2.31)

Далее скремблированный блок данных

bit

(0), (1), ..., ( 1)b b bM −

 

поступает в блок модулятора, где осуществляется модуляция по од-

ной из схем: КФМ, КАМ-16, КАМ-64. Результатом модуляции явля-

ется блок комплексных информационных символов

() () ()

symb

(0),..., ( 1)

q qq

d dM −

над которым далее выполняется процедура размещения по уровням.

Суть процедуры размещения по уровням заключается в форми-

ровании

параллельных потоков комплексных символов, каждый из

которых будет использоваться при формировании сигнала на отдель-

ный антенне, причем количество антенн может быть меньше либо

равно количеству уровней. Результатом данной процедуры является

layer

symb

векторов

(0) ( 1)

() () ... ()

xi x i x i

−





layer

symb

0,1,..., 1iM= −

В режиме работы с одной передающей антенной данная процедура не

выполняется, т. е.

(0) (0)

() ()xidi=

symb

0,1,..., 1iM= −

Режим работы с большим числом передающих антенн может строить-

ся по двум принципам: пространственное уплотнение (Spatial Multip-

153

lexing, SM) и пространственно-временное кодирование (Transmit Di-

versity, TD).

Предположим, что многоантенная система, построенная по прин-

ципу пространственного уплотнения, имеет P антенн, причем количе-

ство антенн может быть меньше либо равно количеству сформиро-

ванных уровней. Суть принципа пространственного уплотнения за-

ключается в том, что различные блоки информационных символов

или символы одного блока будут передаваться разными антеннами.

Таким образом, при условии, что ПТ имеет 2 или 4 приемных антен-

ны возможно увеличение максимальной скорости передачи данных в

2 или в 4 раза в зависимости от конфигурации системы MIMO (систе-

ма с 2 передающими и 2 приемными антеннами, либо с 4 передаю-

щими и 4 приемными). Пример процедуры размещения по уровням

для таких систем приведен в табл. 2.8.

Таблица 2.8

Размещение по уровням по принципу SM

Количество

уровней

Количество бло-

ков информаци-

онных символов

Размещение по уровням

layer

symb

0,1,..., 1iM= −

1 1

(0) (0)

() ()xidi=

layer (0)

symb symb

MM=

2 2

(0) (0)

() ()xidi=

(1) (1)

() ()xi di=

layer (0) (1)

symb symb symb

MMM= =

2 1

(0) (0)

( ) (2 )xid i=

(1) (0)

( ) (2 1)xi d i= +

layer (0)

symb symb

2MM=

3 2

(0) (0)

() ()xidi=

(1) (1)

( ) (2 )xi d i=

(2) (1)

( ) (2 1)xid i= +

layer (0)

symb symb

(1)

symb

= =

154

Окончание табл. 2.8

4 2

(2) (1)

( ) (2 )xid i=

В многоантенных системах, построенных по принципу TD, число

антенн всегда эквивалентно числу уровней, и все антенны передают

части одного и того же блока информационных символов, т. е. в дан-

ном случае скорость передачи данных между ПТ и БС не изменяется.

Пример процедуры размещения по уровням для таких систем приве-

ден в табл. 2.9.

Таблица 2.9

Размещение по уровням по принципу TD

Кол-во

уровней

Кол-во бло-

ков инф.

символов

Размещение по уровням

layer

symb

0,1,..., 1iM= −

2 1

(0) (0)

( ) (2 )xid i=

(1) (0)

( ) (2 1)xi d i= +

layer (0)

symb symb

2MM=

4 1

(0) (0)

( ) (4 )xid i=

(1) (0)

( ) (4 1)xi d i= +

(2) (0)

( ) (4 2)xid i= +

(3) (0)

( ) (4 3)xid i= +

Если

(0)

symb

mod4 0M =

layer (0)

symb symb

4MM=

иначе

( )

layer (0)

symb symb

24MM= +

Если

(0)

symb

mod4 0M ≠

к бло-

ку инф. символов следует

добавить два нулевых сим-

вола

После процедуры размещения по уровням сформированные век-

торы символов

layer

symb

0,1, ..., 1iM= −

(0) (0)

( ) (2 )xid i=

(1) (0)

( ) (2 1)xi d i= +

(3) (1)

( ) (2 1)xid i= +

layer (0)

symb symb

(1)

symb

= =

(0) ( 1)

() () ... ()

xi x i x i

−





155

должны пройти процедуру предварительного кодирования. Результа-

том данной процедуры является новый набор векторов

symb

0,1,..., 1iM= −

причем каждый p-й элемент вектора будет использоваться для

формирования сигнала на антенне с номером p (верхний индекс ap

означает антенный порт, antenna port).

В случае, если передача должна осуществляться с одной пере-

дающей антенны, то процедура предварительного кодирования не

выполняется, т. е.

, , .

Для многоантенных систем, построенных по принципу простран-

ственного уплотнения, предусмотрено два способа предварительного

кодирования: кодирование без циклической задержки и кодирование с

циклической задержкой.

В первом случае вся процедура предварительного кодирования

сводится к умножению ранее сформированных векторов на матрицу

предварительного кодирования W(i) с числом строк P, равным коли-

честву используемых передающих антенн (для систем SM могут быть

использованы 2 или 4 антенны), и числом столбцов

, равным коли-

честву уровней:

(0) (0)

( 1) ( 1)

() ()

()

() ()

yi xi

−−

 

 

 

W

symb

0,1, ..., 1iM= −

ap layer

symb symb

MM=

. (2.32)

В случае кодирования с циклической задержкой кодирование

осуществляется следующим образом:

(0) (0)

( 1) ( 1)

() ()

yi xi

−−

 

 

 

WDU

, (2.33)

()

( ) ... ( ) ...

yi y i





()yi

( ) (0)

() ()

yi xi=

symb

0,1,..., 1iM= −

ap layer

symb symb

MM=

156

где W(i) — матрица предварительного кодирования, D(i) — матрица

циклических задержек, а матрица U имеет размерность

υυ

элемен-

тов и определяется табл. 2.10.

Таблица 2.10

Значения матриц U и D(i)

Количест-

во уровней

U D(i)

−π







−π







23 43

43 83

11 1

−π −π







10 0

−π







24 44 64

44 84 124

6 4 12 4 18 4

11 1 1

jj j

jjj

jj j

eee

ee e

−π −π −π

−π−π−π







10 0 0

0 00

00 0

−π







Элементы матрицы предварительного кодирования приведены в

табл. 2.11, индекс матрицы предварительного кодирования закреплен

за базовой станцией.

В случае использования двух передающих антенн индекс, как

правило, имеет нулевое значение.

В случае использования четырех передающих антенн элементы

матрицы предварительного кодирования определяются столбцами

матрицы

n nn n n

= −W I uu u u

, (2.34)

где I представляет собой единичную матрицу размерностью 4 × 4,

элементы вектора u зависят от номера матрицы предварительного ко-

дирования и приведены в табл. П.4 Приложения 3. Сама матрица

157

предварительного кодирования формируется из столбцов матрицы

, взятых в порядке следования, указанном верхним индексом s

матриц W

(s)

табл. П.4.

Таблица 2.11

Элементы матрицы предварительного кодирования для систем с

двумя передающими антеннами

Индекс матрицы предвари-

тельного кодирования

Количество уровней

–

В многоантенных системах SM с 4 передающими антеннами воз-

можен режим работы, при котором для каждых

векторов x(i) ис-

пользуется новая матрица предварительного кодирования. При этом

изменение индекса матрицы предварительного кодирования осущест-

вляется следующим образом:

{ }

mod4 12 12,13,14,15





= +∈









. (2.35)

В многоантенных системах, работающих по принципу простран-

ственно-временного кодирования, передача сигнала может осущест-

вляться также с двух или с четырех антенн. В случае передачи с двух

антенн результатом предварительного кодирования является набор

векторов

(0) (1)

() () ()

yi y i y i





symb

0,1,..., 1iM= −

















−







−













−







−



158

вычисляемый в результате следующей операции:

( )

(0)

(1)

(0)

(1)

Re ( )

10 0

(2 )

Re ( )

0 10

(2 )

01 0

(2 1)

Im ( )

10 0

(2 1)

Im ( )





−



−







layer

symb

0,1, ..., 1iM= −

, (2.36)

и в данном случае

ap layer

symb symb

2MM=

Для систем с четырьмя передающими антеннами результатом

предварительного кодирования будет вектор

(0)(1)(2)(3)

() () () () ()

yi yiyiyiyi





symb

0,1, ..., 1iM= −

вычисляемый следующим образом:

(0)

(1)

(2)

(3)

(0)

(1)

(2)

(3)

(0)

(1)

(2)

(3)

(0)

(1)

(2)

(3)

(4 )

(4 1)

(4 2)

(4 3)









( )

(0)

(

1000 000

0000 0000

0 10 0 0 0 0

Re ( )

0000 0000

0100 0 00

0000 0000

1000 000

0000 0000

0010 00 0

0000 0000

000 1000

0000 0000

0001 000

0000 0000

0010 00 0





−



−



−











−



( )

(2)

(3)

(0)

(1)

(2)

(3)

()

Re ( )

Im ( )







159

layer

symb

0,1, ..., 1iM= −

, (2.37)

и в данном случае

( )

layer (0)

symb symb

symb

layer (0)

symb symb

4 , mod 4 0;

4 2, mod4 0.







−≠





2.3.2. ПЕРЕДАЧА СЛУЖЕБНОЙ ИНФОРМАЦИИ В

НИСХОДЯЩЕМ НАПРАВЛЕНИИ

Помимо пользовательского трафика в нисходящем канале также

необходимо осуществлять передачу служебных сообщений. В нисхо-

дящем канале осуществляется передача служебных сообщений трех

типов.

• Управляющий индикатор формата (Control Format Indicator,

CFI) используется для передачи служебной информации о том, какое

количество ресурсов в нисходящем направлении выделено для слу-

жебной информации. Сообщение CFI передается в физическом

управляющем канале индикатора формата PCFICH.

• Сообщения HARQ (HARQ Indicator, HI) являются подтвержде-

нием успешного приема БС пакетов, переданных абонентом в восхо-

дящем направлении. Данные сообщение передаются в физическом

канале HARQ-сообщений PHICH.

• Управляющие сообщения нисходящего канала (Downlink Con-

trol Information, DCI), в которых пользователям передается информа-

ция о том, какие им выделены ресурсы в нисходящем и восходящем

каналах. Передача данных сообщений осуществляется в физическом

нисходящем управляющем канале PDCCH.

Сообщения канала PCFICH информируют пользователей о том,

сколько OFDMA-символов выделено каналу PDCCH. Как уже упоми-

налось выше, управляющему каналу PDCCH может быть выделено от

одного до трех OFDMA-символов в каждом подкадре радиосигнала.

Перед осуществлением передачи данные проходят процедуру

скремблирования, затем осуществляется модуляция.

160

Модуляция в канале PCFICH всегда осуществляется по схеме

КФМ. Сформированные комплексные символы размещаются по

группам ЧВР, каждая из которых соответствует четырем поднесущим

OFDMA-символа в первом OFDMA-символе подкадра радиосигнала.

Управляющие сообщения DCI передаются в канале PDCCH и не-

сут информацию о распределении частотно-временных ресурсов ме-

жду абонентами как в нисходящем, так и в восходящем каналах. В за-

висимости от размера сообщения DCI возможно несколько конфигу-

раций канала PDCCH, как это показано в табл. 2.12.

Таблица 2.12

Конфигурации канала PDCCH

Конфигурация

Количество

управляющих

элементов

Количество

групп ЧВР

Количество бит

сообщения DCI

144

288

576

Размещение информационных символов, полученных в результа-

те модуляции, по ЧВР осуществляется управляющими канальными

элементами (Control Channel Element, CCE), каждый из которых

включает в себя 9 групп ЧВР, т. е. 36 поднесущих. Модуляция в кана-

ле PDCCH всегда осуществляется по схеме КФМ.

Сообщения DCI могут быть сформированы в одном из четырех

форматов:

• сообщение о размещении канала PUSCH (формат 0);

• сообщение о размещении канала PDSCH с одним дескриптором

(формат 1);

• сообщение о размещении канала PDSCH с двумя дескриптора-

ми (формат 2);

• сообщение процедуры управления мощностью (формат 3).