学文网摘要：以LTE-A物理层PUSCH信道为研究背景，对PUSCH信道承载的三种信息（上行数据信息、控制信息、参考信号）为对象，首先阐述了3种信号在PUSCH信道中的具体作用和相应的编译码方法，然后围绕PUSCH信道发送的信息具体讲解了信道发送端和接收端的处理流程。对发送端和接收端各个模块进行阐述和分析，对其中模块运用到的算法做了简要介绍。
关键词：LTE-A PUSCH信道 流程 模块
中***分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0090-03
目前，TD-LTE技术在中国移动进入大规模建设阶段，3GPP组织也已经给出LTE-A协议R10版本方案。物理层是LTE-A最主要的组成部分之一。物理层分上行信道和下行信道。上行信道包括：物理上行共享信道（PUSCH）、物理上行控制信道（PUCCH）、物理随机接入信道（PRACH）；下行信道包括：物理上行共享信道（PMCH）、物理广播信道（PBCH）、物理控制格式指示信道（PCFICH）、物理HARQ指示信道（PHICH）、物理下行控制信道（PDCCH）。其中PUSCH信道作为本文的研究信道，PUSCH信道也是LTE-A物理层各个信道中最为复杂和承载数据量最大的信道之一。
1 信道承载信息
PUSCH信道是LTE-A物理层最重要的信道之一，其承载的信息量是上行信道中最大的，在PUSCH信道中承载三种信息：上行数据信息、控制信息和上行参考信息。
1.1 上行数据信息
数据信息的传输形式为二进制的0和1的比特信息，为UE端发送到基站的高层信息。数据信息占有的信息量大，比特长度一般在几千以上，数据信息的处理流程为：先对数据信息进行CRC添加、码块分段，之后对每个码块先进行24B的CRC添加，再对每个码块做Turbo编码，然后经过速率匹配后把各个码块级联，完成对数据信息收端比特级的处理。接收端进行对应的逆过程处理。
1.2 控制信息
PUSCH信道传输过程中包括的控制信息有CQI、RI、PMI和HARQ等。
RI是秩指示信息，指示网络端在哪个端口上发送信息。UE测量出哪一个端口的信道质量好，就上报RI，建议网络端在这个端口上向UE传输数据。
CQI是信道质量信息，基站端在调制编码时候不清楚下行无线信道的信息量以及采用哪种制式的调制方式。UE根据参考信号以及信噪比SNR选择一种合适的调制指数，调制指数对应QPSK、16QAM和64QAM，然后上报到网络端使基站选择对应的调制方式。其中信道质量好时，选择高阶调制方式，信道质量差时，选择低阶调制方式。
PMI为预编码矩阵指示。LTE-A上行支持多天线技术，在多天线之间信号必然存在相互间的干扰。在多天线传输的过程通过进行预编码处理，即用发送的数据信息与协议规定的码本矩阵相乘。在接收端需要与对应的码本求逆相乘。
HARQ是混合自动重传请求应答。为了达到上行LTE-A的速率传输要求，LTE-A采用了HARQ技术进行UE和网络端之间的交互。上行HARQ信息可在PUSCH和PUCCH信道中传输，其中主要是在PUCCH信道。
1.3 参考信号
LTE-A上行参考信号包括解调参考信号DMRS和探测参考信号SRS。解调参考信号与上行链路数据相关联，并且和控制信息在物理上行控制信道（PUCCH）相结合。其主要用于上行信道估计中的相干解调。上行探测参考信号周期或非周期的在PUSCH子帧的最后一个符号上发送，其主要作用是确定信道质量，使得上行链路中能进行频率选择性调度。
2 PUSCH发送和接收流程
PUSCH信道总的流程分两个部分：发送端和接收端。其中发送端为UE到基站eNodeB的过程，在UE中进行；接收端为基站eNodeB到UE的过程，在基站中进行。
2.1 发送端流程
PUSCH传输两种信号，一种是数据信息，另一种是上行控制信息。基于3GPP协议R10版本，具体PUSCH信道传输流程如***1所示。
传输数据为数据信息时，相当于LTE系统，LTE-A的上行变为多天线的情况，每根天线的处理流程大致相同，LTE-A接收流程如下：
（1）首先为输入的数据信息先进行24A方式的CRC添加，24A的CRC生成多项式为： 。经过CRC添加后的比特长度表示为，其中，A是数据信息的比特长度，L是CRC添加的24位校验比特长度。
（2）码块分割和CRC添加：先计算分割码块个数，LTE-A支持最大比特长度为6144，如果分割后的码块个数大于1，则在每个码块的后面添加24B方式的CRC添加。
（3）Turbo编码：按照Turbo编码规则对分割后的每个码块分别进行1/3的turbo编码。输入为一路比特流，输出为三路比特流。
（4）速率匹配：按照turbo编码后的速率匹配形式三路输入分别进行子块交织，然后进行比特收集和打孔复用，删除一些冗余比特以提高传输的有效性。最后以一路比特信息输出。
（5）码块级联：将处理好的码块进行合并级联到一起组成一路比特流，这里码块级联的内容只包括UL-SCH信息。
传输数据为控制信息时，若为CQI控制信息，其长度小于等于11比特时，进行（32，11）方式RM编码，长度大于11比特时，进行8bit的CRC添加、咬尾卷积编码和速率匹配过程处理；若为RI控制信息，进行RM重复编码；若为HARQ控制信息，其长度大于2比特时，进行重复编码，否则为RM编码方式。将编码级联后的数据信息与CQI信息进行复用，接着复用信息与编码后的RI、HARQ进行信道交织。信道交织时，先计算好交织矩阵的列数和行数，RI从最后一行读入，然后放置复用信息，也是从后向前放，可能会覆盖部分复用信息。
前面的几个步骤是PUSCH比特级的处理流程，最后进行的是PUSCH信道符号级的处理流程。
（1）加扰：根据产生协议36.212上规定的伪随机序列，将信道交织后的信息进行加扰。其加扰规则为：在HARQ或RI占位符比特的位置放置1，在HARQ或RI重复占位符比特的位置放置此位置之前的信息，在数据比特、CQI编码比特、HARQ编码比特和RI编码比特的位置上，用产生的伪随机序列进行加扰。
（2）调制：PUSCH信道支持的调制方式为QPSK、16QAM、64QAM。根据数据信息量和质量选择不同的调制方式。
（3）层映射：层映射是指按照一定的规则将码字流重新映射到多个层，主要是对于多天线，PUSCH信道的层映射为空分复用的情况，单天线的层映射为一一映射的关系。
（4）传输预编码：传输预编码就是进行DFT变换。
（5）资源映射：资源映射是按先频域后时域的规则来进行的，从子帧的第一个时隙开始。PUSCH 的资源映射方式比较复杂，分跳频和不跳频两种。其中PUSCH信道跳频时有两种模式，即子帧间跳频和帧内跳频。
（6）基带信号生成：生成复值符号形式的时域SC- FDMA信号。先进行反傅里叶变换，然后再加循环前缀（CP），最后将数据从射频发射到无线信道中去。
2.2 接收端流程
接收端流程是根据发送端流程进行的相应的逆过程处理，LTE-A上行相对与LTE变为多天线的情况，接收端为两根天线配置的情况下，对两根天线分别进行去CP、去频偏、FFT、解资源映射、信道估计、信道均衡、IFFT、解调、解扰，再进行解交织，得到复用信息、HARQ、RI。对复用信息进行解复用得到CQI和数据信息，再对CQI、HARQ、RI进行译码，对数据信息进行码块分割、解速率匹配、turbo译码、CRC校验。最后得到输出的比特信息。其具体接收端流程如***2所示。
以数据信息为例，对各个模块的处理进行介绍。
（1）去CP：在发送端生成基带信号时候对信息加入相应的CP长度，进过信道之后需对信息去掉相应的CP长度，加入CP的作用是防止载波间的相互干扰。
（2）去频偏：对复值信息做频偏补偿，保持信息的同步。
（3）FFT：通过傅里叶变换将输入的复值信息由时域转化为频域。
（4）解资源映射：将承载的信息分别从资源块上取下来，分别得到数据复用的信息，DMRS参考信号和SRS参考信号。
（5）信道估计：通过解资源映射得到的DMRS参考信号，根据相应的估计算法估计出其他信道冲击相应。常见的信道估计算法有：LS和LMMSE算法。LS算法忽略噪声干扰，易于实现，项目中采用了LS最小二乘线性插值算法。
（6）信道均衡：通过解资源映射得到的数据复用信息和信道估计得到的信道冲击响应，根据相应的信道均衡算法，算出相应的每一跟接收天线的信号。最常用的算法有ZF、MMSE和串行干扰算法。ZF算法不考虑噪声的影响，对信道冲击响应的矩阵求逆后乘以解资源映射后的数据信息。MMSE是在ZF基础上考虑噪声引起的干扰。如果在接收端有预编码，先需要解预编码，按照发送端预编码码本做逆变换。
（7）IFFT：把频域的复值信息通过傅里叶逆变换转换为时域信息。
（8）软解调：采用Log-MAP算法和MAX-Log-MAP算法进行软解调，软解调后得到的是0和1概率的软信息。
（9）解扰：根据协议上规定的加扰规则进行相应的解加扰处理。
（10）解信道交织：先确定复用信息的具置，将解扰后的数据以列的方式放入解信道交织矩阵中，先根据HARQ的比特数目和位置取出HARQ信息，然后按照RI的比特数目和位置取出RI信息，最后取出复用信息。
（11）解数据信息和CQI信息的复用：在解扰时候，通过发送端确定的CQI编码长度、码块级联后数据信息的长度和具体复用的天线端口，相应的取出CQI的信息和数据信息。
（12）控制信息译码：对于CQI信息译码，其中长度小于等于11比特时，采用哈达码变换译码算法，长度大于11比特时，采用解速率匹配、维特比译码算法和CRC校验处理；对于HARQ信息和RI信息选择相应方式的RI译码算法。
（13）解码块级联：基站端根据码块级联算出的参数，确定每个码块的长度，把数据信息分为若干个码块的长度，把数据信息分为若干个码块后再分别进行处理。
（14）解速率匹配：首先确定传输码块的长度，确定空比特和被打孔数据的位置。再还原比特收集前的三路数据，将数据三等分，最后按照发送端的交织方式进行交织。
（15）Turbo译码：采用后验概率似然估计算法。经典的算法有MAP算法、Log-MAP算法和MAX-Log-MAP算法，迭代数次，然后硬判决。
（16）CRC检验和解码块分割：对译码后的每个码块分别进行24B的CRC校验，如果每个码块的CRC校验都正确，则把所有的码块级联起来。有一个码块CRC校验错误的话则输出译码错误。
（17）CRC校验：将级联后的比特流进行24A的CRC校验。如果余数为0，去除最后添加的24位比特，即得到数据信息。如果有余数则输出译码错误。
3 结语
PUSCH信道为LTE-A物理层上行共享信道，是物理层信道中最为复杂和数据量最大的信道，其承载的信息种类很多，包括上行业务数据信息、上行参考信号DMRS和SRS以及多种上行控制信息UCI。文章具体阐述了3种信号的作用和相应的编译码方法，同时也讲述了PUSCH信道发送端和接收端各个模块的处理流程，对LTE-A中PUSCH信道处理过程的研究有一定意义。
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