李小文，方一鳴，張涵嫣

(重慶郵電大學(xué) 移動(dòng)通信重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065)

LTE-A PUCCH多用戶接收算法研究

李小文，方一鳴，張涵嫣

(重慶郵電大學(xué) 移動(dòng)通信重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065)

LTE-A系統(tǒng)使用參考信號(hào)進(jìn)行上行信道估計(jì)，而使用PUCCH format 2a/2b發(fā)送上行控制信息時(shí)，由于每個(gè)時(shí)隙只有一個(gè)SC-FDMA符號(hào)可以用于傳輸參考信號(hào)，所以此時(shí)接收端不能直接利用參考信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)。給出了一種易實(shí)現(xiàn)且復(fù)雜度低的PUCCH 2a/2b的半盲檢測(cè)接收算法，該算法利用ACK/NACK信息輔助信道估計(jì)。仿真結(jié)果表明，文中提出的方法能有效提高PUCCH 2a/2b 的接收性能。關(guān)鍵詞: 上行控制信息；參考信號(hào)；半盲檢測(cè)算法

在LTE-A系統(tǒng)中，UE通過PUCCH向eNodeB發(fā)送上行控制信息，根據(jù)控制信息的類型，可以將PUCCH分成7中不同的格式，即PUCCH format 1/1a/1b/2/2a/2b/3[1]。正常循環(huán)前綴下，一個(gè)上行子幀由兩個(gè)時(shí)隙構(gòu)成，每個(gè)時(shí)隙有7個(gè)SC-FDMA符號(hào)，在上行傳輸時(shí)，上行控制信息和DMRS時(shí)分復(fù)用在這些SC-FDMA符號(hào)上，并且使用相同的帶寬傳輸[2]。接收端使用已知的DMRS進(jìn)行信道估計(jì)，而后進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，需要強(qiáng)調(diào)的是，信號(hào)檢測(cè)的性能很大程度上取決于信道估計(jì)的準(zhǔn)確度。然而，在使用PUCCH 2a/2b傳輸CSI時(shí)，會(huì)有1 bit或2 bit的ACK/NACK信息隨CSI一起傳輸[3]，這1 bit或2 bit的ACK/NACK信息經(jīng)過BPSK/QPSK調(diào)制形成1個(gè)調(diào)制符號(hào)，在每個(gè)時(shí)隙中第2個(gè)參考信號(hào)使用的SC-FDMA符號(hào)上傳輸，此時(shí)每個(gè)時(shí)隙只有一個(gè)SC-FDMA符號(hào)傳輸DMRS。在UE高速移動(dòng)的場(chǎng)景下，由于在一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間間隔內(nèi)信道條件不斷變化，接收端又沒有足夠多的參考信號(hào)用于信道估計(jì)，如果此時(shí)依舊采用傳統(tǒng)的信道估計(jì)算法，那么信道估計(jì)性能會(huì)嚴(yán)重變壞，從而無法準(zhǔn)確進(jìn)行后續(xù)的信號(hào)檢測(cè)。

串行干擾消除算法(SIC)被廣泛用于多用戶檢測(cè)，但其計(jì)算復(fù)雜度高，前面的檢測(cè)結(jié)果如果出現(xiàn)誤差會(huì)直接影響后面符號(hào)檢測(cè)，造成連鎖反應(yīng)[4]。半盲檢測(cè)算法使用傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)，適用于解決低導(dǎo)頻密度下的信道估計(jì)問題。盡管能有效提高信道估計(jì)性能，但計(jì)算復(fù)雜度會(huì)隨著信息比特?cái)?shù)呈指數(shù)增加，例如當(dāng)CSI有4個(gè)比特組成時(shí)，這種半盲檢測(cè)算法的復(fù)雜度是非盲檢測(cè)算法的16倍[5]。本文提出一種改進(jìn)的半盲檢測(cè)算法，該算法僅僅將ACK/NACK符號(hào)用于信道估計(jì)，而非使用所有的數(shù)據(jù)符號(hào)。ACK/NACK符號(hào)對(duì)應(yīng)2種或4種可能形式，使用這些可能的ACK/NACK符號(hào)通過迭代算法估計(jì)其他符號(hào)位置的信道響應(yīng)，得到2組或4組信道頻域響應(yīng)，然后將其和利用參考信號(hào)估算出的信道響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，選擇其中誤差最小的一組作為發(fā)送的ACK/NACK信息。

1 PUCCH格式2a/2b的傳輸過程

PUCCH格式2a/2b用于傳輸CSI信息和1比特或2比特的ACK/NACK信息，CSI信息經(jīng)過RM(20，A)編碼后生成20個(gè)編碼比特，這些編碼比特經(jīng)過加擾后調(diào)制成10個(gè)QPSK符號(hào)d0,d1,…，d9，和長(zhǎng)為12的循環(huán)移位序列相乘后在一個(gè)RB中的12個(gè)子載波上傳輸，前5個(gè)QPSK符號(hào)占用第一個(gè)時(shí)隙的5個(gè)OFDM符號(hào)l0,l2,l3,l4,l6，后5個(gè)QPSK符號(hào)占用第二個(gè)時(shí)隙的5個(gè)OFDM符號(hào)l7,l9,l10,l11,l13，每個(gè)時(shí)隙剩下的2個(gè)SC-FDMA符號(hào)用于傳輸參考信號(hào)。在ACK/NACK信息和CSI信息一起傳輸時(shí)，經(jīng)過BPSK/QPSK調(diào)制生成的1個(gè)調(diào)制符號(hào)會(huì)在每個(gè)時(shí)隙的第二個(gè)參考信號(hào)位置上傳輸，也就是說這種情況下每個(gè)時(shí)隙只傳輸一個(gè)參考信號(hào)，PUCCH 格式2a/2b的傳輸過程如圖1所示。

圖1 PUCCH 2a/2b的傳輸過程

2 PUCCH多用戶檢測(cè)算法

2.1 一種并行多用戶檢測(cè)算法

這里分析一種基于信道相關(guān)性的并行多用戶檢測(cè)算法，為計(jì)算方便，只分析第一個(gè)時(shí)隙的傳輸過程，第二個(gè)時(shí)隙的處理類似[6-7]。假設(shè)第一個(gè)時(shí)隙中所有的調(diào)制符號(hào)都等于1，傳輸用戶數(shù)等于k，則接收到的第l個(gè)SC-FDMA符號(hào)上傳輸?shù)男蛄锌梢员硎境?/p>

(1)

第一步：接收信號(hào)乘以exp(jiαl)·ru,v，得到

(2)

(3)

(4)

第二步：

(5)

其中：S表示樣條插值函數(shù)。

第三步：逐個(gè)更新信道估計(jì)和傳輸符號(hào)。將所有可能的符號(hào)l5lzzb5代入式(6)計(jì)算，選擇使式(6)最小的符號(hào)d作為解調(diào)符號(hào)。具體過程如下：

4.鑒于長(zhǎng)期以來我國(guó)各級(jí)政府片面強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而不注重社會(huì)職責(zé)的履行，政府必須盡快建立一套綜合且科學(xué)的基本公共服務(wù)均等化績(jī)效考核制度，健全政府公共服務(wù)均等化績(jī)效管理和評(píng)估體系，強(qiáng)化各級(jí)政府的社會(huì)職責(zé)。這套體系需要明確各級(jí)政府間在提供義務(wù)教育、公共衛(wèi)生和社會(huì)保障等基本公共服務(wù)方面的事權(quán)，健全財(cái)力與事權(quán)相匹配的財(cái)政體制。根據(jù)各類公共服務(wù)具有不同的性質(zhì)和特點(diǎn)，各級(jí)政府承擔(dān)的事權(quán)責(zé)任，也應(yīng)有所區(qū)別。通過監(jiān)督政府行為來促使政府重視對(duì)公共服務(wù)的供給，從而改善現(xiàn)有的公共服務(wù)供給不足的現(xiàn)狀。

(6)

l=0,2；i=0,1

(7)

(8)

2.2 改進(jìn)的半盲檢測(cè)算法

上面提到的接收算法利用信道相關(guān)性，能有效提高低導(dǎo)頻密度下的信道估計(jì)性能，并且因?yàn)闆]有涉及矩陣求逆運(yùn)算，計(jì)算復(fù)雜度相比傳統(tǒng)信道估計(jì)算法大大降低。但這種接收算法采用迭代運(yùn)算，后續(xù)的符號(hào)檢測(cè)受前面檢測(cè)符號(hào)準(zhǔn)確度的影響，若前面符號(hào)檢測(cè)錯(cuò)誤，后續(xù)符號(hào)的檢測(cè)也會(huì)出錯(cuò)，即存在差錯(cuò)傳播現(xiàn)象。本文將對(duì)上述算法作出改進(jìn)，提出一種基于此算法的半盲檢測(cè)算法，該算法將PUCCH format 2a/2b中的ACK/NACK信息看做已知信息，將其用于信道估計(jì)，具體算法步驟如下：

1)將ACK/NACK信息用作信道估計(jì)，因?yàn)镻UCCH format 2a/2b中的ACK/NACK信息對(duì)應(yīng)N種可能的組合方式，N的取值見表1。所以利用LS或MMSE信道估計(jì)算法對(duì)符號(hào)5做信道估計(jì)，可以獲得N種不同的H5。

表1 PUCCH format 2a/2信息組合方式

PUCCH格式信息組合種數(shù)N調(diào)制符號(hào)2a2{1,-1}2b4{1,-j,j,1}

(9)

(10)

4)選擇使式(9)最小的H5作為符號(hào)5上的信道頻域響應(yīng)，其對(duì)應(yīng)的d10作為ACK/NACK信息比特的調(diào)制符號(hào)。

5)將由步驟4)中獲得的d10估計(jì)所得的d1、d2、d3和參考符號(hào)估計(jì)所得的d1、d2、d3比較，如果相同，則確定為最終的d1、d2、d3。

文中提出的半盲檢測(cè)算法框圖如圖2所示。

圖2 半盲檢測(cè)算法框圖

這里提出的檢測(cè)算法主要針對(duì)PUCCH format 2a/2b這種低導(dǎo)頻密度下的信號(hào)檢測(cè)，其他的PUCCH格式同樣可以將數(shù)據(jù)信息用作信道估計(jì)，以提高檢測(cè)性能，降低單純依靠導(dǎo)頻做信道估計(jì)時(shí)出現(xiàn)的差錯(cuò)傳播現(xiàn)象。但相比PUCCH format 2a/2b，性能提升有限，且當(dāng)比特信息較多時(shí)，計(jì)算復(fù)雜度呈指數(shù)增長(zhǎng)。

3 仿真分析

本小節(jié)對(duì)提出的改進(jìn)半盲檢測(cè)算法和文中提到的并行多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行了鏈路級(jí)仿真，系統(tǒng)仿真參數(shù)如表2所示。

表2 仿真參數(shù)設(shè)置

參數(shù)名稱參數(shù)值系統(tǒng)帶寬20MHzCP類型常規(guī)UE個(gè)數(shù)3FFT點(diǎn)數(shù)2048信道模型ETU最大多普勒頻移5Hz

通過圖3和圖4的仿真結(jié)果可以看出，在復(fù)用3個(gè)UE，使用PUCCH format 2a傳輸上行控制信息時(shí)，改進(jìn)的算法相對(duì)文中提到的并行多用戶算法能獲得大約1.5 dB的增益，使用PUCCH format 2b時(shí)，能獲得1 dB的增益。改進(jìn)的算法復(fù)雜度雖然有所增加，但獲得了較大的系統(tǒng)性能增益，所以這種計(jì)算復(fù)雜度的增加完全是可以接受的。

圖3 PUCCH format 2a BLER

圖4 PUCCH format 2b BLER

4 結(jié)束語

本文提出了一種改進(jìn)的半盲檢測(cè)算法，該算法充分利用PUCCH format 2a/2b的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，僅僅將ACK/NACK符號(hào)用于信道估計(jì)，而非使用所有的數(shù)據(jù)符號(hào)，從而大大降低了傳統(tǒng)半盲檢測(cè)算法的計(jì)算復(fù)雜度。仿真結(jié)果也表明，在發(fā)送端使用PUCCH format 2a/2b傳輸上行控制信息時(shí)，該算法能進(jìn)一步提升系統(tǒng)接收性能。

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李小文(1955— )，教授，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信、TD-LTE-A系統(tǒng)開發(fā)研究；

方一鳴(1992— )，碩士生，主研LTE-A系統(tǒng)物理層算法及嵌入式儀表開發(fā)；

張涵嫣(1992— )，女，碩士生，主研LTE-A系統(tǒng)協(xié)議棧開發(fā)。

責(zé)任編輯：閆雯雯

Research of PUCCH multi-user receiving algorithm in LTE-A

LI Xiaowen，F(xiàn)ANG Yiming， ZHANG Hanyan

(ChongqingKeyLabofMobileCommunicationsProtocol，ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications，Chongqing400065，China)

Reference signal is used for uplink channel estimation in LTE-A system， when PUCCH format 2a/2b transmit uplink control information， because only a SC-FDMA symbol can be used for the transmission of reference signal in each time slot， so it can not directly use reference signal for channel estimation at the receiving end. In this paper， a kind of semi-blind detection algorithm is given which has lower complexity and realizes easily， using the ACK / NACK information to aid channel estimation .The simulation results show that method presented in the paper can effectively improve the reception performance of the PUCCH 2a/2b.

uplink control information； reference signal； semi-blind detection algorithm

李小文，方一鳴，張涵嫣. LTE-A PUCCH多用戶接收算法研究[J].電視技術(shù)，2017，41(2)：35-38. LI X W，F(xiàn)ANG Y M， ZHANG H Y. Research of PUCCH multi-user receiving algorithm in LTE-A [J]. Video engineering，2017，41(2)：35-38.

TP393.1

A

10.16280/j.videoe.2017.02.008

國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2012ZX03001024)

2016-06-19