《TD-LTE技术培训-加扰 调制映射2012.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TD-LTE技术培训-加扰 调制映射2012.ppt（38页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、,TD-LTE物理层加扰&调制映射的 研究与实现,2012-05-27,内容提要,LTE系统简介 什么叫加扰？加扰的作用是什么？ 如何实现对数据的加扰操作？ 什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？ 如何对加扰后的数据实现调制映射操作？ 总结&交流,什么是LTE？,什么是LTE？,LTE=Long Term Evolution，又称E-UTRA/E-UTRAN，和3GPP2 UMB合称E3G（Evolved 3G） LTE是以OFDM为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（RNC）。与其说是3G技术的“演进”（evolution），不如说是“革命”（revolution）。 这场
2、“革命”是系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性，也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此从技术归属上，可以将LTE看作4G范畴。 LTE的起因：在2004年WiMAX对UMTS技术产生挑战（尤其是HSDPA技术）时，3GPP急于开发和WiMAX抗衡的、以OFDM/FDMA为核心技术、支持20MHz系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。长期上也可以在IMT-Advanced标准化上先发制人。,LTE标准化现状,LTE研究阶段（SI）于2004年底开始，于2006年9月结束。LTE的可行性研究得出了正面的结论。 2005年6月完成了LTE需求的研究，形成了需求报告TR 25.913
3、。 2006年9月3GPP正式批准了LTE工作阶段（WI），LTE标准的起草正式开始。3GPP已于2007年3月完成第2阶段（Stage 2）的协议，按照目前的工作计划，3GPP将于2007年9月最终完成第3阶段（Stage 3）协议，测试规范已于2008年3月完成。 在SI阶段，各工作组形成了TR 25.814、TR 25.813、R3.018等研究报告。各工作组的SI结论被收集在SI总技术报告TR 25.912。3月完成了Stage 2规范TS 36.300 3GPP决定将编号36的标准号分给LTE,LTE总体技术特点,LTE系统的设计主要考虑如下几个总体目标： 降低每比特成本 扩展业务的
4、提供能力，以更低的成本，更佳的用户体验提供更多的业务 灵活使用现有的和新的频段 简化架构，开放接口 实现合理的终端功耗 高数据率、低延迟、为分组业务优化的系统，需完成以下工作： 在空中接口的物理层方面，支持灵活的传输带宽，引入新的传输技术和先进的多天线技术 在空中接口层2/层3方面，对信令设计进行优化 在RAN架构方面，确定优化的RAN架构和RAN网元之间的功能划分 优化的RF设计。,LTE系统的需求,支持1.25MHz（包括1.6MHz）-20MHz带宽 峰值数据率：上行50Mbps，下行100Mbps 频谱效率达到3GPP Release 6的2-4倍 提高小区边缘的比特率 用户面延迟（单
5、向）小于5ms，制面延迟小于100ms 支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作 支持增强型的广播多播业务。在单独的下行载波部署移动电视（Mobile TV）系统 降低建网成本，实现从Release 6的低成本演进 实现合理的终端复杂度、成本和耗电 支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网 追求后向兼容, 但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡 取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP 对低速移动优化系统，同时支持高速移动 以尽可能相似的技术同时支持成对（paired）和非成对（unpaired）频段 尽可能支持简单的临频共存,LTE系统网络的整体架构
6、,S-GW/MME 合称EPC演进型分组域核心网 S1接口的用户面终止在服务网关(SGW) S1接口的控制面终止于移动性管理实体（MME） S1接口支持EPC与eNB之间的多对多关系 X2为eNB之间接口,MME：Mobility Management Entity S-GW：Serving GateWay eNB：Evolved Node B,GERAN,UTRAN,GPRS Core,MME,Inter AS Anchor,hPCRF,Evolved Packet Core,S5,S2,S3,S4,HSS,S7,S6,Gi,S1-U,Gb,Iu,Rx+,LTE系统网络接口介绍,X1,eNB
7、,X1,eNB,X2,Evolved RAN,VPCRF,S9,Serving SAE GW,S11,S10,S1-MME,S7,PDN SAE GW,S8b,完成业务数据流在空中接口的收发处理，协议栈包括PDCP、RLC、MAC和PHY四个协议子层,业务面,控制面,E-UTRAN控制面主要包括NAS、RRC、PDCP、RLC、MAC和PHY，网络侧的协议终止点除NAS在MME中外，其他的协议层都终止于eNB,LTE X1接口介绍,功能： 广播：MIB等需要频繁发送的系统信息使用固定无线资源在PBCH上发送，而其它广播信息与数据动态共享无线资源，由PDSCH承载。 寻呼：采用与数据共享无线资源
8、的方式采用PDSCH承载。 业务链接建立和释放：在E-UTRAN中对RRC消息进行了较大的简化，仅使用一个单一的配置消息（RRC CONNECTION RECONFIGURATION）来进行业务链接的建立和释放。 动态调度 测量：测量对E-UTRAN网络性能影响非常大，与切换、调度密切相关。E-UTRAN中测量由网络侧发起和配置，具体的测量量仍在定义中。 切换,LTE X1接口介绍,LTE网络接口介绍协议栈架构,信令流,数据流,传输信道的纠错编码/译码,HARQ软合并,编码的传输信道向物理信道映射,物理信道功率加权,无线特征测量，并向高层提供指示,频率与时间同步,MIMO天线处理,传输信道的错
9、误检测，并向高层提供指示,物理信道调制与解调,射频处理（射频相关规范）,物理层概述,物理层概述,支持频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种模式；,LTE物理层的多址方案：下行采用OFDM,上行采用SC-FDMA；,基于分组交换思想，使用共享信道；,主要特征,支持多输入多输出（MIMO）传输。,36.2XX：物理层相关协议 36.201:物理层协议整体描述 36.211: 物理信道和调制 36.212: 复用和信道编码 36.213：物理层过程 36.214：物理层测量 36.3XX: 上层相关，UE等级划分 36.300:E-UTRAN 整体描述 36.321: MAC 子层规范 36.3
10、22: RLC 子层规范 36.323：PDCP子层规范 36.331：RRC规范 36.4XX：各种网络接口协议 36.41036.414：S1接口相关标准 36.42036.424：X2接口相关标准,LTE主要协议,LTE协议列表,LTE协议列表,内容提要,LTE系统简介 什么叫加扰？加扰的作用是什么？ 如何实现对数据的加扰操作？ 什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？ 如何对加扰后的数据实现调制映射操作？ 总结&交流,什么叫加扰？加扰的作用是什么？,LTE物理层进行数据处理的一般流程如下：,在实际的数字通信过程中，信息流在经过编码处理后，可能会出现连续的“0”或连续的“1”，这样破坏了“
11、0”码和“1”码的平衡，这样将影响位同步的建立和保持，同时还存在同频干扰等。那该如何解决这些问题呢？,PS:位同步的过程：要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率，来校正自己的时间基准和时钟频率。位同步的目的是使每个码元得到最佳的解调和判决！,加扰则是通过一个伪随机序列对输入的传送码流进行扰乱处理，二进制数字信息做“随机化”处理后变为伪随机序列，从而避免同频干扰这种情况的出现。,LTE中加扰的目的主要在于将干扰信号随机化，在发送端用小区专用扰码序列进行加扰，接收端再进行解扰，只有本小区内的UE才能根据本小区的ID形成的小区专用扰码序列对接收到的本小区内的信息进行解扰，这样可以在一定程度
12、上减小邻小区间同频的干扰。这种将干扰进行随机化的方法虽然不能降低干扰的能量，但是能使干扰的特性近似白噪声。LTE对传输块的处理采用了比特加扰（bit scrambling），比特加扰就是所有比特作为一个比特序列用同一个扰码序列进行加扰。,内容提要,LTE系统简介 什么叫加扰？加扰的作用是什么？ 如何实现对数据的加扰操作？ 什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？ 如何对加扰后的数据实现调制映射操作？ 总结&交流,如何实现对数据的加扰操作？,加扰，是数字信号的加工处理方法。简单来说，就是用相同码率（注意不是频率）的序列（称为扰码，scramble code）与原始信号进行模2加（异或运算），从而得
13、到新的信号。加扰操作过程如下图：,其中，扰码序列（也称伪随机序列）的生成在协议中有明确的规定！见TS 36.211-7.2节。,上述的c(n)就是我们用来与信息数据序列进行加扰用的伪随机序列了！,PS:在接收端做解扰的操作是类似发送端的！,2019/6/22,实现对数据加扰步骤,1.方案设计：一定要认真分析和理解协议的规定或要求，可以查阅相关文档（主要是一些学术论文或者研究报告等等）并结合自己的设计思路给出一个合适的设计方案。,对于加扰的方案设计，首先对加扰在协议的中定义进行剖析：发现其中的关键词是伪随机序列、Gold序列、核心的3个式子以及相关参数。那么我们可以先去了解一下什么伪随机序列、G
14、old序列的定义、作用及如何生成的（这些在网上或相关文献上有比较清楚的介绍），然后就要认真分析核心3个式子了，尽量从他的公式定义中还原到实际的操作过程。当对这个操作过程比较清楚了，就可以相应的给出一个实现方案。,加扰实现方案举例:,2.概要设计：在方案设计的基础上进行更进一步的模块化设计，自顶层模块开始划分，包括分成几个子模块、每个子模块的作用、每个子模块的输入输出管脚的定义、模块之间的逻辑关系、数据关系等等。,2019/6/22,实现对数据加扰步骤,例如整个加扰模块的话可以分成：顶层模块、M2序列初始化模块、M序列组生成模块、扰码生成模块和数据加扰模块。 每一个子模块的输入输出管脚的定义、模
15、块之间的逻辑关系、时序关系等等都必须是基于你之前所做的设计方案！,PS:模块的结构化层次设计的相关内容可以参考AIW师兄的培训课件，AIW师兄在FPGA设计上可以说是个强银来的！o(v)o 另外，在建立工程的时候，最好对相关文档进行分类整理和归纳（个人觉得很重要哦！），具体的要求也是继续参考AIW师兄的培训课件。,2019/6/22,3.需求分析：简单的说就是你所设计的方案所需要的硬件资源是多少，还有一个比较重要的是最小的工作时钟是多少。,2019/6/22,实现对数据加扰步骤,硬件资源的消耗一般从Pin个数、LE个数、Memory bits和Registers这些方面来考虑，使用量一般都不要
16、超过总数的80%。最小工作时钟的决定因素主要有模块处理的数据量大小以及自身模块处理的复杂度，因此尽量要求对模块的处理进行优化。,2019/6/22,2019/6/22,4.详细设计：简单的说就是对所设计的各个子模块进行基于verilog HDL的代码设计，也就是编写代码的阶段了。,2019/6/22,实现对数据加扰步骤,在详细设计的时候，你需要把所有的设计用verilog HDL进行设计描述然后在相应的平台上进行仿真、下板调试等操作来验证你的设计方案是否可行。在编写代码过程中，应尽量使用可综合的语句或方法，具体一些编程要求可以参阅相关教程，编写代码的风格最好能统一。此外有一点比较重要的就是，在
17、做任何一步设计的时候都要做一些总结或者注释，这样对你后续的工作会有很大的帮助。,verilog HDL 编写的一些建议:,内容提要,LTE系统简介 什么叫加扰？加扰的作用是什么？ 如何实现对数据的加扰操作？ 什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？ 如何对加扰后的数据实现调制映射操作？ 总结&交流,什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？,调制映射（modulation mapping），简单点的理解就是：根据不同的调制阶数（也就是Qm）和输入的信息比特（一般是加扰后的信息）情况来确定一个复值调制符号的实部(I)和虚部(Q)的值！,PS：1.Qm在LTE协议上的规定有四种：1-bpsk，2-qps
18、k，4-16qam， 6-64qam； 2.复值调制符号的形式： x=I+jQ； 3.各种Qm对应的调制映射值见协议：TS 36.211-7.1节 4.调制映射（modulation mapping）侧重的是映射过程(简单的说就是把一路信号映射到IQ两路上)，而调制的作用(最突出的是频谱搬移)会在后续处理流程中得到体现！,BPSK星座映射图,QPSK星座映射图,16QAM星座映射图,64QAM星座映射图,下行物理信道上的调制方式,PBCH：物理广播信道 调制方式：QPSK,PDSCH：物理下行共享信道 调制方式：QPSK, 16QAM, 64QAM,PCFICH：物理控制格式指示信道 调制方式
19、：QPSK,PMCH：物理多播信道 调制方式：QPSK, 16QAM, 64QAM,PDCCH：物理下行控制信道 调制方式：QPSK,下行物 理信道,PHICH：物理HARQ指示信道 调制方式：BPSK,PUSCH：物理上行共享信道 调制方式：QPSK, 16QAM, 64QAM,PRACH: 物理随机接入信道 调制方式：QPSK,PUCCH：物理上行控制信道 调制方式：QPSK,下行物 理信道,上行物理信道的调制方式,内容提要,LTE系统简介 什么叫加扰？加扰的作用是什么？ 如何实现对数据的加扰操作？ 什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？ 如何对加扰后的数据实现调制映射操作？ 总结&交流,
20、如何对加扰后的数据实现调制映射操作？,实现的关键步骤：1.确定调制阶数 2.得到与输入比特流（调制阶数已定的情况）一一对应复值调制符号的实部和虚部值。,PS：在接收端做解调（demodulation）操作也就是根据得到的复值调制符号的形式（实际上是IQ两路的值）和相应的调制阶数来还原信息比特流！,2019/6/22,调制映射实现过程,方案设计：推荐用查表法，实现方便且占用资源少。,概要设计：主要分为顶层模块、串并变换模块、地址产生模块以及查找表模块。,需求分析：主要考虑查找表所需要的Memory bits数目和子模块处理时钟的控制或约束。,详细设计：注意处理好数值的表示以及模块之间的逻辑关系、数据关系。,内容提要,LTE系统简介 什么叫加扰？加扰的作用是什么？ 如何实现对数据的加扰操作？ 什么叫调制映射？调制映射的作用是什么？ 如何对加扰后的数据实现调制映射操作？ 总结&交流,总结&交流,加扰就是用个另外一个序列与这一个序列按位进行模2加！ 调制映射就是以Qm和比特流来确定复值符号的实虚部值！ 在学习和做实现的时候一切以协议为准则！ 建议大家先把移动通信系统的专业术语（缩略词）搞清楚！ 对FPGA设计流程及其规范要熟悉！ 多交流、多总结还有就是多想想为什么！,