LTE移动通信系统第7章 物理层上行传输过程幻灯片PPT

7.2 上行信道编码
(3)信道编码
LTE物理层支持的信道编码方法包括块编码、截尾 卷积编码和Turbo编码。
Turbo编码：具有良好的译码性能，应用于LTE中 大部分传输信道的数据信息。
截尾卷积编码：译码复杂度较低、码长时低，应 用于广播信道以及物理层上下行控制信息。
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7.2 上行信道编码
上行链路发送的基本方案是单载波频分多址接入(SCFDMA)，使用循环前缀(CP)来保证上行链路用户间的正交 性，并且能够在接收端支持有效的频域均衡。
这种产生频域信号的方法有时也称为离散傅立叶变换 扩展正交频分复用(DFT-SOFDM，Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplex)，如图7.8所 示。
种在集中式发送的基础上获取额外频率分集的方 案。
虽然上行链路原来也计划使用分布式映射，但 LTE标准已经决定仅使用集中式映射，频率分集可 以通过TTI内和TTI间的跳频来实现。子载波映射及 其频谱如图7.9所示。
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7.3 SC-FDMA
{{ { { { {
DFT输出
0
0
集中式或分布式映射
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7.2 上行信道编码
(5)码块连接
在完成以码块为
单位的信道编码和速
码块#0
率匹配的过程之后，
e0
将对1个码字内所有
的码块进行串行连接，
形成码字(即传输块) 所对应的传输序列，
码块#0
如图7.7所示。
码块#1
e1
码块#1
码字（传输块）
图7.7 码块连接
码块#C-1
eC 1
码块#C-1
a u ,l
，表示资源元素 u , l 的值，其中 u是SC-FDMA符号 内l 的时间序号。
移位寄存器的初始值设置为比特流的最后6位信 息比特，目的是保证移位寄存器的初始状态和最终 状态相同。假设输入编码器的数据 的长度为 ，将
移位寄存器的初始状态记作 s0,s1,s2,...s,5
则，si cK1i
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7.2 上行信道编码
②Turbo编码
LTE物理层采用传统的由2个并行子编码器和1个 内交织器组成的Turbo编码方法。
d k( 2 )
余版本(RV，
Redundancy Version)和
比特数目选取本次发
送的比特序列”。
7.2 上行信道编码
子码块
v(0) k
交织器
子码块
v(1) k
交织器
比特收集
子码块
v(2) k
交织器
图7.6 Turbo码的速率匹配
比特选择
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7.2 上行信道编码
①子块交织
在子块交织器中，采用块交织的方式对Turbo编码 输出的3个分量分别进行交织。设定块交织器的列数 为32，然后根据交织长度确定块交织器的行数。
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7.2 上行信道编码
ck
内交织器
ck
xk zk
D
D
D
zk
D
D
D
xk
图7.5 Turbo编码
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(4)速率匹配
以Turbo编码为例，
对Turbo编码后的数据
进行速率匹配的过程，
d
( k
0)
包括以每个码块为单
位进行“3个分量码的
d (1) k
子块交织”、“形成
循环缓冲区(Circular Buffer)”以及“按照冗
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7.2 上行信道编码
(2)码块分割 当收到来自MAC层的1个传输块后，物理层将其对
应为1个码字，首先对整个码字进行CRC的计算，得到 添加CRC比特后的码字数据流。
码字（传输块）
b
码块#0
c0
CRC0
码块#1
c1
CRC1
CRC
码块#C-1
cC 1
CRCC 1
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7.2 上行信道编码
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③选择本次发送的比特序列
7.2 上行信道编码
在每次数据发送过程中，根据本次混合自动重 传请求(HARQ，Hybrid Automatic Repeat reQuest)传 输中所对应的冗余版本和比特数目选取本次发送 的比特序列。其中冗余版本的数值描述了比特序 列在循环缓冲区中的起始位置。
WCDMA中Turbo码方案的相同及不同点 相同：采用了相同的子编码器结构，状态数目为 8。 不同：内交织器算法有所不同，LTE中采用了二 次置换多项式(QPP，Quadratic Permutation Polynomial) 交织器，主要目的是解决原有的交织器在分块译码 的数据读取过程中可能出现冲突的问题，以更好地 支持并行的译码器结构。
g C( R D ) D C 2 D 4 2 2 4 D 3 6 B D 5 D 1
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7.2 上行信道编码
长度为16比特的CRC用于广播信道(BCH)和下行 控制信息(DCI)的处理过程，对应的计算多项式的定 义为
g C( R D ) C D 1 1 6 D 6 1 2 D 5 1
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7.2 上行信道编码
传输块
CRC计算
码字 ak
码块分割
bk
CRC
CRC
c0k
c1k
CRC
CRC
信道编码
dk
速率匹配
ek
码块连接
码字 f k
图7.1传输块物理层信道编码的过程
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7.2 上行信道编码
(1)循环冗余校验码(CRC)计算
循环码：线性分组码中最重要的子类，编码简单 并且检错能力强。 检错码：通过增加被传送数据的冗余量方式，将 校验位同数据一起发送，接收端则通过校验和比 较来判断数据是否无误来提高传输的可靠性。
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7.2 上行信道编码
③选择本次发送的比特序列 值得注意的是，为了获得更好的信道编码性能，
上面的公式中添加了一定的偏移量，冗余版本为 零的数据序列不包含所有Turbo系统分量码的信息 比特。确定起始位置之后，根据比特数目从循环 缓冲区中选取用于本次发送的比特序列。从这个 过程中将去掉进行子块交织时所加入的填充比特。
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7.2 上行信道编码
(1)循环冗余校验码(CRC)计算
LTE物理层的4种循环冗余校验码(CRC，Cyclic Redundancy Check)的计算方法：
2种长度为24比特的CRC计算方法； 1种长度为16比特的CRC计算方法； 1种长度为8比特的CRC计算方法。
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在子块交织的过程中，分量码的比特序列逐行地 写入块交织器中，在这个过程中，可能需要在序列的 开始部分进行必要的填充，使得序列能够充满块交织 器。完成序列的写入后，对块交织器以列为单位进行 顺序的转换，最后逐列地读出块交织器中的比特信息， 由此形成了交织后的序列(其中包括了填充比特)第7章 物理层上行传输过程
●上行物理信道的分类 ●上行信道编码 ●单载波频分多址接入技术(SC-FDMA) ●上行共享信道(PUSCH) ●上行控制信道(PUCCH) ●上行参考信号(RS) ●时间提前量估计和上行链路定时 ●上行调度与链路自适应
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7.3 SC-FDMA
①截尾卷积编码
信道编码采用截尾卷积编码时，DK。编码器的多 项式长度为7，码率限制为1/3，其结构如下图7.4所示。
ck
D
D
D
D
D
D
d
(0) k
G0
=
133
(octal)
d
(1) k
G1
=
171
(octal)
d
(2) k
G2
=
165
(octal)
图7.4 卷积编码
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①截尾卷积编码
7.2 上行信道编码
7.2 上行信道编码
长度为24比特的CRC用于下行共享信道(DL-SCH)、寻 呼信道(PCH)、多播信道(MCH)和上行共享信道(UL-SCH) 等传输信道信息的处理过程。
定义了两种计算多项式，其中A公式用于整码字的 CRC计算，B公式用于分码块的CRC计算。
g C ( D ) D R 2 D 2 4 D C 1 3 D 1 8 D 2 1 7 D 1 4 4 D 1 1 D 7 A D 0 6 D 5 D 4 D 3 D 1
0
0
0
0
0
经过IFFT变换的频谱
1
Nn
图7.9 子载波映射
N
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u,l
7.3 SC-FDMA
每一个DFT-SOFDM符号按照图7.9所示的方法映射到N个可
用的物理子载波，其中 是f c 载频。
每一个时隙的发送信号由
N
UL sym
b个SC-FDMA符号来描述，其序
号从0到
N
UL sym
b。 1每一个SC-FDMA符号包含多个复调制符号
第7章 物理层上行传输过程
●上行物理信道的分类 ●上行信道编码 ●单载波频分多址接入技术(SC-FDMA) ●上行共享信道(PUSCH) ●上行控制信道(PUCCH) ●上行参考信号(RS) ●时间提前量估计和上行链路定时 ●上行调度与链路自适应
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LTE的三种物理信道
7.1 上行传输概述
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7.2 上行信道编码
长度为8比特的CRC用于上行控制信息(UCI)在 上行物理共享信道(PUSCH)中传输时可能需要的 CRC操作，对应的计算多项式为
g C ( D R ) D C 8 D 7 8 D 4 D 3 D 1
D D D D D
D
D D
ak 图7.2 CRC计算
第7章 物理层上行传输过程
●上行物理信道的分类 ●上行信道编码 ●单载波频分多址接入技术(SC-FDMA) ●上行共享信道(PUSCH) ●上行控制信道(PUCCH) ●上行参考信号(RS) ●时间提前量估计和上行链路定时 ●上行调度与链路自适应
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7.2 上行信道编码
对于来自上层的各个传输信道的数据和物理层 自身的控制信息，物理层将按照规定的格式进行一 系列信道编码相关的处理，通常的过程包括码字循 环冗余校验码(CRC)计算、码块分割、码块CRC计算、 码块信道编码、码块交织、速率匹配、码块连接， 以及向物理层信道映射的过程。
第7章 物理层上行传输过程
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第7章 物理层上行传输过程
●上行物理信道的分类 ●上行信道编码 ●单载波频分多址接入技术(SC-FDMA) ●上行共享信道(PUSCH) ●上行控制信道(PUCCH) ●上行参考信号(RS) ●时间提前量估计和上行链路定时 ●上行调度与链路自适应
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(2)码块分割 定义最大的编码长度为6144，即如果添加CRC比特
后的码字数据流的长度大于6144，则需要对码字进行 分割，将一个码字分割为若干个码块，对每个码块再 添加相应的CRC比特(使用24比特长度CRC的B多项式)， 然后以码块为单位进行信道编码，以满足信道编码最 大长度的限制。
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●物理上行共享信道(PUSCH)：用于上行链路共享数 据传输 ●物理上行控制信道(PUCCH)：在上行链路的预留频 带发送，用来承载上行链路发送所需的确认/非确认 (ACK/NACK)消息、信道质量指示(CQI)消息及上行发 送的调度请求 ●物理随机接入信道(PRACH)：用于随机接入网络的 过程
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7.2 上行信道编码
②形成循环缓冲区(Circular Buffer)
Turbo编码的3个分量码(包括1个系统码和2个 校验码)各自经过子块交织之后形成了3个数据流 ， 将这三个数据流按照给定的规则进行连接，收集 到一个循环缓冲器中，即形成循环缓冲区。收集 的顺序为，最先插入的是系统比特，随后是第一、 第二校验位交叉插入。
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7.2 上行信道编码
假设Turbo编码器的码率为1/3，输入编码器 的数据 c k 的长度为 K，编码输出3个分量码 ( dk(0)、dk(1)、dk()2)，由于受到Turbo码总共12个尾比特 的影响，每个分量码的长度为 DK。4
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7.2 上行信道编码
LTE物理层Turbo码采用基于二次置换多项式 (QPP，Quadratic Permutation Polynomial)算法的 内交织器，假设输入内交织器的比特流 是c0,c1,,cK1，经过交织后输出的比特流 是 c0 ,c1,,cK1 ，如图7.5所示，它们满足对应关 系 ci c(，i) 交织前后元素序号的对应关系满足 二次多项式 (i)(f1if2i2)m，K od i0,1, ,K1
DFT
子载波 映射
IFFT
加CP
图7.8 SC-FDMA处理过程
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7.3 SC-FDMA
子载波映射通过在高端或低端插入适当的0来 决定使用哪一部分频谱来发送数据。
在每一个DFT的输出，插入L-1个0样点。 L=1时映射相当于集中式发送，即DFT的输出映
射到连续子载波上发送。
当L>1时采用的是分布式发送，可以认为是一