【導讀】隨著社會的飛速發(fā)展，作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，移動通信行業(yè)競爭日趨激烈。提高市場競爭力，20xx年底，3GPP啟動了LTE項目。作為“準4G技術(shù)”，LTE已在人。們的不斷研究中發(fā)展和完善，成為3GPP的主流競爭力。而LTE系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的設(shè)。本課題主要研究了LTE系統(tǒng)物理上行共享鏈路中，解調(diào)和解擾兩。鑒于LTE-PUSCH中解調(diào)模塊和解擾模塊都屬于比特級處理部分，算法較為簡單，件下測試其功能實現(xiàn)的正確性，在此基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化模塊性能。本論文主要是在通用。本文首先介紹了LTE系統(tǒng)的背景和技術(shù)指標，以及選題的主要任務(wù)和研究思路。第四部分主要分析了模。最后對研究課題進行了總結(jié)及展望。

　　

【正文】 。通常，數(shù)字通信系統(tǒng)中接收端的碼元同步信號是從接收到的數(shù)字信號的“ 0”和“ 1”的交變時刻中提取的，如果數(shù)字信號序列中經(jīng)常出現(xiàn)長游程（ 0 或 1 游程），則將會長時間 不出現(xiàn)“ 0”和“ 1”碼元的交變點，從而影響碼元同步的建立和保持。因此希望傳送的數(shù)字信號序列中不出現(xiàn)長游程，也不存在周期性分量，因為這些周期分量的不同頻率的諧波會由于電路中的非線性而產(chǎn)生交調(diào)干擾 [6]。 為解決 上述幾個問題 ，通常會對信源序列進行擾碼處理，以使其隨機化。在接收端再把加擾后的序列用同樣的 擾碼 序列解擾處理，恢復原有的信源序列。 擾碼可以 減少連 “0”或連 “1”長度，保證接收機能提取到位定時信號。 使加擾后的信號頻譜更能適合基帶傳輸 ，有時候也是 保密通信 的 需要。 擾碼的產(chǎn)生 擾碼為寄存器長度為 31 的 隨機 Golden 序列 ，其 初始狀態(tài) initc 與小區(qū)的 cellIDN ,用戶的北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 RNTIn 及時隙號有關(guān)。 根據(jù)協(xié)議 ，此處所求偽隨機序列 () 長度為 MPN，它的生成是由以下公式定義的： ? ?? ?? ? 2m o d)()1()2()3()31( 2m o d)()3()31(2m o d)()()(2222211121nxnxnxnxnxnxnxnxNnxNnxnc CC???????????????? （ 式 24） 其中， Nc=1600， n=0,1,…… ,MPN1. 第一個 m序列是由 下式 30,. ..,2,1,0)(,1)0( 11 ??? nnxx （式 25） 得到 的， 第二個 31 位長的 m序列 則 是由 下式得出。 ?? ?? 30 0 2ini t 2)(i iixc （式 26） 在 PUSCH 中， 擾碼初始信息： ? ? c e llID9s14R N T Iin i t 222 Nnnc ????? （式 27） initc 來自上層控制信息。得出 x1(n)， x2(n)， n=0,1,…… 30 后，再根據(jù) 公式（ 24）得出所求擾碼序列。 解擾的原理 通常，系統(tǒng)中會利用加擾解擾技術(shù)。 在發(fā)送端用擾碼器 來改變原始數(shù)字信號的統(tǒng)計特性，而接收端用解擾器恢復出原始數(shù)字信號。按照協(xié)議的規(guī)定生成擾碼序列，并以此序列對接收到的數(shù)據(jù)流進行解擾 [7]。 接收數(shù)據(jù)流通常是有符號的軟信息，因此解擾時，根據(jù)擾碼序列中的比特 1 或 0 對數(shù)據(jù)流進行改變正負性或者不變。 解擾與加擾各自都是互為逆運算的關(guān)系，所以可根據(jù)協(xié)議中對加擾的描述來作為解擾的參考，完成比特級解擾模塊的設(shè)計與算法實現(xiàn)。 北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 第三章 模塊設(shè)計 與具體實現(xiàn) 軟解調(diào) 模塊設(shè)計 及具體實現(xiàn) 軟解調(diào)模塊具體設(shè)計 思路及過程 本 模塊實現(xiàn)軟解調(diào)功能。支持 QPSK、 16QAM、 64QAM 三種調(diào)制方式。輸入為復數(shù)符號，來自 IDFT 模塊的輸出；輸出為軟比特，輸出到 Descrambling（解擾） 模塊。軟解調(diào) 基本 算法為 LogMAP（對數(shù)最大后驗概率），計算每個符號的 LLR（ Log Likelihood Ratio 對數(shù)似然比）。 上文提到（參見式（ 23）） ， 最優(yōu)算法 LogMAP LLR 公式如下： 122022()2()2lnlnnnrcrceLLRe????????? （ 式 23） 其中， r 是接收到的數(shù)據(jù)點， c 是基準星座點， 2? 是信號的噪聲功率。 這里，可以查詢協(xié)議 TS 中 給出的 QPSK、 16QAM、 64QAM 三種調(diào)制方式的映射 關(guān)系 [8]，可以在 VC 中編寫 C 語言。 QPSK 對應(yīng) 2 個 LLR 值， 16QAM 對應(yīng) 4 個LLR 值， 64QAM 對應(yīng) 6 個 LLR 值。所以程序功能重點在于求各調(diào)制方式下的 LLR 值。 編程過程中，將每種方式映射值與 LLR 一一對應(yīng)，將解調(diào)各種情況用列舉法編入程序，進行判決。如 QPSK、 16QAM 方式 解調(diào)主要代碼段 如 下 ： 圖 31 QPSK方式解調(diào)主要代碼段 北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 圖 32 16QAM方式解調(diào)主要代碼段 不難看出，這種方法 實施 十分麻煩。 調(diào)制階數(shù)越高，算法越冗繁，性能越差。 64QAM方式解調(diào)代碼更加繁瑣，加上一些輔助函數(shù)及判斷調(diào)制方式函數(shù)等，使得程序十分冗雜。追根究底，是由于式 （ 23） 中的 LLR 值計算公式運算繁瑣 造成的。 故后來改變算法，利用 式 （ 24） 中的公式，即 Jacobian 算法（雅克比算法） ，來簡化 LLR 計算公式 ： l n ( e x p ( 1 ) e x p ( 2 ) ) m a x ( 1 , 2 ) l n ( 1 e x p ( | 1 2 | ) )x x x x x x? ? ? ? ? ? （式 24） Jacobian 算法用于迭代計算三個或者更多數(shù)據(jù)的指數(shù)之和，是 LogMAP 的 一種優(yōu)化算法，大大簡化了編程工作，而且使得程序具有更好的可讀性。 整體流程圖 及接口結(jié)構(gòu) 為： 開 始接 收 控 制 信 息（ 符 號 數(shù) N 、 調(diào) 制方 式 T 、 S N R ） i = 01 6 Q A M 軟 解 調(diào)第 i 個 符 號Q P S K 軟 解 調(diào)第 i 個 符 號6 4 Q A M 軟 解 調(diào)第 i 個 符 號T = 1T = 2T = 3輸 入 符 號數(shù) 組輸 出 比 特數(shù) 組i + +i = N ?結(jié) 束否是輸 出 比 特數(shù) 組i + +i = N ?結(jié) 束否是輸 入 符 號數(shù) 組輸 出 比 特數(shù) 組i + +i = N ?結(jié) 束是輸 入 符 號數(shù) 組否 圖 33 解調(diào)模塊整體流程圖 北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 輸 入 符 號 數(shù) 組輸 出 比 特 數(shù) 組控 制 信 息（ 符 號 數(shù) 、 調(diào) 制方 式 、 信 噪 比 ）軟 解 調(diào) 過 程模 塊 接 口 結(jié) 構(gòu) 圖 圖 34 模塊接口結(jié)構(gòu)圖 函數(shù) 輸入輸出 （ 1） 輸入控制信息格式： demod_info *ctrl_Demod： 來自上行調(diào)度控制信息的指向結(jié)構(gòu)體類型的指針，具體 定義在頭文件 中； typedef struct { Uint16_t Type_mod。//調(diào)制方式 :1 QPSK,2 16QAM,3 64QAM Uint16_t Num_symb。//子幀中符號 , 實部和虛部分離開 (twice) Uint16_t SNR。//信噪比 ， siga^2 }demod_info。 （ 2） 輸入數(shù)據(jù)格式 ： 輸入數(shù)據(jù)存儲在全局數(shù)組 out_IDFT[N_MAX_datasym]內(nèi) ， 可 直接對其調(diào)用、賦值等操作。數(shù)組中先放輸入復數(shù)符號的實部，再放虛部，一個復數(shù)符號占 2 個數(shù)組元素長度。數(shù) 組類型為 Sint16_t，定義在頭文件 中，為 16 位有符號整型。 （ 3） 輸出數(shù)據(jù)格式 ： 輸入數(shù)據(jù)存儲在全局數(shù)組 out_demod[N_MAX_databit]內(nèi) ，可直接對其賦值，供下一模塊調(diào)用。數(shù)組中一個軟比特信息占一個數(shù)組元素長度。數(shù) 組類型為 Sint8_t，定義在頭文件 中，為 8 位有符號整型。 （ 4） 函數(shù)輸入輸出 ： void eNbRxDemod(demod_info *ctrl_Demod) 表 31 解調(diào) 函數(shù)接口定義 名稱 類型（ TBD） I/O 描述 數(shù) 據(jù) 流 out_IDFT[] Sint16_t I 待處理數(shù)組空間 out_demod[] Sint8_t O 處理后的數(shù)據(jù)空間 控 制 流 Type_mod Uint16_t I 調(diào)制方式 Num_symb Uint16_t I 輸入的符號數(shù) SNR Uint16_t I 信道的信噪比 北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 函數(shù)具體實現(xiàn)流程 QPSK 軟解調(diào)過程 輸 入 符 號i取 實 部取 虛 部* S N R* S N R第 2 i 個 軟比 特第 2 i + 1 個軟 比 特定 點 化定 點 化Q P S K 軟 解 調(diào) 過 程 圖 35 QPSK軟解調(diào)過程 16QAM 軟解調(diào)過程 輸 入 符 號i取 實 部 r取 虛 部 rJ a c o b0 2 211 ( ) / ( 2 )x r c ???0 2 222 ( ) / ( 2 )x r c ???1 2 213 ( ) / ( 2 )x r c ???1 2 224 ( ) / ( 2 )x r c ???J a c o b 341 l n ( )xxp e e???120 l n ( )xxp e e???01L L R p p????第 2 i 個 軟比 特第 2 i + 2 個軟 比 特J a c o b0 2 211 ( ) / ( 2 )x r c ???0 2 222 ( ) / ( 2 )x r c ???1 2 213 ( ) / ( 2 )x r c ???1 2 224 ( ) / ( 2 )x r c ???J a c o b 341 l n ( )xxp e e???120 l n ( )xxp e e???01L L R p p????第 2 i + 1 個軟 比 特第 2 i + 3 個軟 比 特1 6 Q A M 軟 解 調(diào) 過 程 圖 36 16QAM軟解調(diào)過程 64QAM 軟解調(diào)過程 輸 入 符 號k取 實 部 r0 2 211 ( ) / ( 2 )x r c ??? 0 2 222 ( ) / ( 2 )x r c ??? 0 2 233 ( ) / ( 2 )x r c ???0 2 244 ( ) / ( 2 )x r c ???121 l n( )xxz e e??01L L R p p????第 2 k 個 軟比 特第 2 k + 2 個軟 比 特6 4 Q A M 軟 解 調(diào) 過 程1 2 215 ( ) / ( 2 )x r c ??? 1 2 226 ( ) / ( 2 )x r c ??? 1 2 237 ( ) / ( 2 )x r c ??? 1 2 248 ( ) / ( 2 )x r c ???132 l n( )zxz e e??240 l n( )zxp e e???561 l n ( )xxo e e??172 l n( )oxo e e??281 l n ( )oxp e e???第 2 k + 4 個軟 比 特取 虛 部 i0 2 21y 1 ( ) / ( 2 )ic ??? 0 2 222 ( ) / ( 2 )y i c ??? 0 2 233 ( ) / (2 )y i c ??? 0 2 244 ( ) / ( 2 )y i c ???121 l n ( )yyz e e??01L L R p p????第 2 k + 1 個軟 比 特第 2 k + 3 個軟 比 特1 2 215 ( ) / ( 2 )y i c ??? 1 2 226 ( ) / ( 2 )y i c ??? 1 2 237 ( ) / ( 2 )y i c ??? 1 2 248 ( ) / ( 2 )y i c ???132 l n( )zyz e e??240 l n( )zyp e e???561 l n( )yyo e e??172 l n( )oyo e e??281 l n ( )oyp e e???第 2 k + 5 個軟 比 特 圖 37 64QAM軟解調(diào)過程 北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 解比特加擾模塊 設(shè)計及具體實現(xiàn) 解比特加擾模塊具體設(shè)計思路及過程 本模塊實現(xiàn)比特解擾功能。 此模塊主要分為兩個功能函數(shù)，分別完成擾碼序列的生成和解擾的功能。 首先按照協(xié)議的規(guī)定生成擾碼 序列，并以此序列對接收到的數(shù)據(jù)流進行解擾。接收數(shù)據(jù)流通常是有符號的軟信息，因此解擾時，根據(jù)擾碼序列中的比特 1 或 0 對數(shù)據(jù)流進行改變正負性或者不變。 首先按照前文中 的擾碼產(chǎn)生算法，產(chǎn)生加擾序列 ( ) , 0 ,1, 2. ..( 1)bitc i i M??。擾碼為寄存器長度為 31 的隨機 Golden 序列，其初始狀態(tài) initc 與小區(qū)的 cellIDN ， 用戶的 RNTIn 及時隙號有關(guān)。然后按照 下面 規(guī)則 ( ) 0 ( ) ( )( ) 1 ( ) ( )c i d a ta o u t i d a ta in ic i d a ta o u t i d a ta in i???? ? ? ??當 時 ，當 時 ， （式 31） 進行解擾。 即 利用前面生成的擾碼序列對輸入數(shù)據(jù)流進行判斷，若擾碼序列對應(yīng)位為 1，則輸入序列取反輸出；若擾碼序列對應(yīng)位為 0，則輸入序列對應(yīng)位不變輸出。 整體流程圖為： 北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 圖 38 解比特加擾模塊整體流程圖 函數(shù)輸入輸出 （ 1） 輸入控制信息格式： ctrl *ctrlinDescram： 來自上層的指向含控制信息的結(jié)構(gòu)體 的指針，具體定義見 頭 件； typedef struct ctrl //控制信息結(jié)構(gòu)體 { Uint32_t C_init。//輸入數(shù)據(jù)的控制信息 Uint32_t M_bit。//輸入數(shù)據(jù)長度 }ctrlinDescram。 N Y 從上層得到輸入控制信息（擾碼初始信息 C_int及序列長度 M_bit） 和輸入數(shù)據(jù)out_demod[] 調(diào)用 擾碼生成函數(shù)mon_gold_gen 生成擾碼序列g(shù)old_seq[MPN] 解擾函數(shù) eNbRxDeScrambling，根 據(jù) 擾 碼 序 列 對 輸 入 數(shù) 據(jù)out_demod[ ]進行判斷，解擾 對應(yīng)擾碼位為 1 對應(yīng)數(shù) 據(jù) 取 反 out_demod[tempIdx]= out_demod[tempIdx] 對 應(yīng) 數(shù) 據(jù) 不 變out_demod[tempIdx]= out_demod[tempIdx] 解擾序列out_demod 生 成 調(diào) 用 C_int, M_bit 結(jié)束 開始 北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 圖 39 解擾模塊輸入控制信息格式 （ 2） 輸入數(shù)據(jù)格式： Sint8_t *out_demod：指向解擾模塊輸入數(shù)據(jù)序列的指針，其數(shù)組長度為一個子幀中 PUSCH 占用的 RE 數(shù)， **P U SC H R B subfram eR B SC dataO F D MN N N. 0 b i tQ _ m 1 b i t0 b i tQ _ m 1 b i t0 b i tQ _ m 1 b i t0 b i tQ _ m 1 b i t第 0 個 O F D M符 號第N _ s u b f r a m e_ o f d m 1 個O F D M 符 號s l o t 0 中 d a t a個 O F D M ， 5或 者 6 個s l o t 1 中 d a t a個 O F D M ， 5或 者 6 個1 個s u n b f r a m e第 0 個 O F D M 符 號 的第 0 個 子 載 波第 0 個 O F D M 符 號 的 第N _ u l _ r b * N _ r b _ s c 個 子 載波第 N _ s u b f r a m e _ o f d m 1 個 O F D M 符 號 的 第 0個 子 載 波第 N _ s u b f r a m e _ o f d m 1個 O F D M 符 號 的 第1 0 2 3 個 子 載 波N _ M A X _ d a t 圖 310 解擾模塊輸入數(shù) 據(jù)格式 （ 3） 輸出 數(shù)據(jù) 格式 Sint8_t *out_demod：指向解擾模塊輸出數(shù)據(jù)的指針，其解擾序列長度與輸入數(shù)據(jù)長度相同， **P U SC H R B subfram eR B SC dataO F D MN N N 輸出數(shù)據(jù)格式： 數(shù)組 Sint8_t out_demod[N_MAX_databit] N_MAX_databit 北京郵電大學 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 0 b i tQ _ m 1 b i t0 b i tQ _ m 1 b i t0 b i tQ _ m 1 b i t0 b i tQ _ m 1 b i t第 0 個 O F D M符 號第N _ s u b f r a m e_ o f d m 1 個O F D M 符 號s l o t 0 中 d a t a個 O F D M ， 5或 者 6 個s l o t 1 中 d a t a個 O F D M ， 5或 者 6 個1 個s u n b f r a m e第 0 個 O F D M 符 號 的第 0 個 子 載 波第 0 個 O F D M 符 號 的 第N _ u l _ r b * N _ r b _ s c 個 子 載波第 N _ s u b f r a m e _ o f d m 1 個 O F D M 符 號 的 第 0個 子 載 波第 N _ s u b f r a m e _ o f d m 1個 O F D M 符 號 的 第1 0 2 3 個 子 載 波N _ M A X _ d a t 圖 311 解擾模塊輸出數(shù)據(jù)格式 與輸入數(shù)據(jù)格式不同的是：此時為經(jīng)過解擾的數(shù)據(jù)。 （ 4） 函數(shù)輸入輸出 void mon_gold_gen(Uint32_t C_init,//輸入 初始 控制信息 Uint32_t M_bit, Uint8_t *gold_seq)。//擾碼序列 void eNbRxDeScrambling(ctrlinDescram *ctrlinDescram)。//輸入控制信息 解擾函數(shù)調(diào)用了擾碼生成函數(shù)，利用中間生成的擾碼對輸入數(shù)據(jù)進行解擾。 表 32 解擾 函數(shù)接口定義 名稱 類型 I/O 描述 數(shù) 據(jù) 流 out_demod[N_MAX_databit] Sint8_t I 解擾模塊輸入數(shù)據(jù)，其長度為一 個子幀中 PUSCH 占用的 RE 數(shù)**PU SC H RB subfram eRB SC dataO FD MN N N out_demod[N_MAX_databit]