LTE系统中Turbo码速率匹配的研究

3.2 基于 CB 的速率匹配特点
Turbo 编码输出流中，子块交织器 0 和子块交织器 1 均采用列变换样式，如表 1 所示：
列数目 C sTuCbblock
32
表 1 字块交织器列变换样式 列变换样式
<
P(0),
P(1),...,
P(C
TC subblock
− 1)
>
< 0, 16, 8, 24, 4, 20, 12, 28, 2, 18, 10, 26, 6, 22, 14, 30, 1, 17, 9, 25, 5, 21, 13, 29, 3, 19, 11, 27, 7, 23, 15, 31 >
2.2 Turbo 编码速率匹配参数的确定
算法首先需要进行一些参数的说明与计算[4]。
ek 表示速率匹配后输出的序列， k = 0,1,..., E −1 。
wk 表示虚拟循环缓冲器的序列， k = 0,1,..., Kw −1。
NIR 表示传输快(TBS)缓冲器的大小，由高层信令通知。 Ncb 表示第 r 个码块的软缓冲器大小，通过下式计算，其中 C 为 TBS 码块分段后的
速率匹配就是从编码后的比特中通过打孔或者重传比特来实现不同速率的打孔图样，使 之适应可以使用的物理资源，并且速率匹配重传时应尽可能发送许多新比特来最大化增量冗 余 HARQ 增益。
3.1 最优速率匹配模式的确定
所谓速率匹配模式,是指数据块中哪些比特须重复或打孔，这会造成相应的误码性能的 提高或降低[5]。比特位的打孔和重复会造成相应位上误码性能的降低和提高。在比特打孔时, 接收端这些位上的比特信息将丢失，即接收端认为被打孔比特为 0 和 1 的概率是相等的，且 都为 1/2。比如卷积码或 Turbo 码的编译码方式,应尽量避免在约束长度内有较多的比特被删 除。因此,最优速率匹配模式应保证被删除比特尽可能“均匀”地分布在数据流中。
HHAARRQQ
CRCCCRRCC
CDoedcoindgin+gR+MRM
DDaattaa dmeomdoudlualtaiotinon
ReRsoBurmceapdpeminagpping
demapping
图 2 下行共享信道(DL-SCH)物理模型
LTE 下行物理信道主要包括参考符号(RS)、主/辅同步信道(P/S-SCH)、物理广播信道 (PBCH)、物理下行业务信道(PDSCH)、控制信道(PDCCH、PCFICH、PHICH)。PDDCH 中 包含的下行信令是指导 UE 正确接收和发送数据的信息，对于 PDDCH 的结构指示采用分级 指示和盲检测结合的方法。UE 根据接收到的 PBCH 信息得到 PHICH，根据 PCFICH 得到 PDDCH 格式信息，再根据 PDDCH 中 DCI 指示信息确定调制编码方式(MCS)和资源分配信 息，结合起来可以计算出发送端 TBS 和编码方式等信息，才能进行解调、解速率匹配和译 码等。
多速率方案就是将不同速率和 QoS 要求的业务以灵活有效的方式进行复用，LTE 能够 提供更多的业务类型和更高的速率。作为多速率方案的核心算法，速率匹配通过对编码后的 比特进行重复或者打孔或者插入 DTX 比特来完成复合业务流最高速率和物理信道所能支持 的速率的匹配。LTE 根据编码方式的不同，速率匹配分为卷积编码和 Turbo 编码两种匹配方 式。本文以 3GPP LTE Release 8 为准，重点对下行链路 Turbo 编码下的速率匹配进行研究[1]。
Discussion of Turbo code Rate-Matcing in LTE
Xue Peizhi
(Information and Communication Engineering School,Beijing University of Post and Telecommunications, Beijing 100876)
图 3 Turbo 编码基于 CB 的速率匹配
Turbo 编码器的 3 个输出流分别经过自己的交织器重新排列。LTE 中 12 个尾比特也被 同等的分配到 3 个流中，使得 Turbo 编码器每个输出流长度为 Ks=K+4，其中 K 是 QPP 交 织器的大小。通过将重排的系统比特和校验比特交错连接形成输出缓冲。RV(冗余版本)是指 从循环缓冲中某一点开始读出比特，不同的 RV(0~3)通过定义不同的起点来实现 HARQ 操 作。通常对于初始传输选择 RV=0 来发送尽可能多的系统比特，当接收端不能正常译码时， 调度器对相同的分组传输可选择不同的 RV 以支持 IR 和 Chase 合并 HARQ。RV=0 起始于 CB 开始的相对偏置处，使得系统比特在首次传输中被打孔。
⎤ ⎥ ⎥
rvidx
+
⎞ 2⎟⎟⎠ ， k
=
0,
j
=
0
While(k < Er )
if (w(k + j )mod Ncb ≠< NULL >)
e = w k
(k + j ) mod Ncb
k = k +1
j = j +1
至此，得到 r 个码块经过速率匹配后的输出序列 erk (r = 0,...,C −1, k = 0,..., Er −1) ，
假设码块级联和信道交织块的输出比特序列表示为 fk (k = 0,..., G −1) 。
令 k = 0 以及 r = 0 ，当 r < C 时，令 j = 0 ，当 j < Er 时，有：
fk = erj ; k = k +1; j = j + 1; r = r +1。
3 LTE 速率匹配算法的分析和讨论
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LTE 系统中 Turbo 码速率匹配的研究
薛培芝*
（北京邮电大学信息与通信工程学院，北京 100876） 摘要：多速率方案是蜂窝移动通信系统中的关键性问题，而速率匹配则是多速率方案的核心 算法。速率匹配机制有效地满足了不同业务的 QoS 要求，使得不同速率的业务有效地复用在 一起。因为传输比特数是基于可以使用的物理资源和调制方式来决定的，LTE 中基于循环缓 冲的速率匹配机制能生成任意速率的打孔图样，并且在速率匹配重传时尽可能发送新比特来 最大化增量冗余 HARQ 增益。本文以 3GPP 最新制定的 LTE Turbo 码多速率方案为基础,讨论 了速率匹配的原理和特点，并对基于循环缓存器的速率匹配机制进行了深入分析。 关键词：LTE；速率匹配；增量冗余合并；Turbo 码 中图分类号：TN929.5
令 G' = G / (NLQm ) 表示一个天线端口上 TB 占用的 RE 个数。 γ = G' mod C
若 r ≤ C − γ −1 ， Er = NLQm ⎢⎣G' / C ⎥⎦ ，否则 Er = NLQm ⎡⎢G' / C ⎤⎥ 。
令
k0
=
RTC sb
⎛ ⎜⎜⎝
2
⎡ ⎢ ⎢
Ncb
8
RTC sb
码块数目：
Ncb
=
⎧⎛
⎪min ⎨
⎜⎝
⎢ NIR ⎢⎣ C
⎥ ⎥⎦
,Kw源自⎞ ⎟⎠⎪⎩Kw
⎫
Downlink
⎪ ⎬
。
Uplink ⎪⎭
Er 表示第 r 个码块的速率匹配输出序列长度。
rvidx 表示这次传输的冗余版本数(可取 0,1,2,3)。 G 表示一个传输块可用的比特总数目。
Qm = 2, 4, 6 分别表示调制方式为 QPSK , 16QAM , 64QAM 。
NL 对应于传输层 当传输块映射到一个传输层时，NL = 1；当传输块映射到两个或者
四个传输层时， NL = 2 。
k0 表示循环缓冲偏置比特。
R TC sb
表示字块交织器的行数，假设其列数
C TC sb
= 32 ， Ks
=
RTC sb
*
C TC sb
。
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0 引言
LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是 3G 的演进，始于 2004 年 3GPP 的多伦多会 议。LTE 改进并增强了 3G 的空中接入技术，采用 OFDM 和 MIMO 作为其无线网络演进的 标准，主要性能目标包括：在 20MHz 频谱带宽能够提供下行 100Mbps、上行 50Mbps 的峰 值速率；支持多种业务类型以及更好的 QoS 保证；改善小区边缘用户的性能，提高小区容 量；降低系统用户面和控制面延迟；支持 100Km 半径的小区覆盖；能够为 350Km/h 高速移 动用户提供>100kbps 的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置 1.25 MHz 到 20MHz 等。随着 LTE 的不断发展，LTE 将成为全球大部分移动营运商采用的移动宽带技术。
Abstract: RM(rate matching) is an important algorithm of multirate which is the critical problem in the future cellular mobile communication systems. RM can meet the QoS requirements of different services and multiplex services with multirate efficiently. Since the number of bits for transmission is determined based on the available physical resources and type of modulation, the RM should be capable of generating puncturing patterns for arbitrary rates. Furthermore, the RM should send as many new bits as possible in retransmissions to maximize the Incremental Redundancy (IR) HARQ gains. According to the latest 3GPP specifications, the paper discusses the principles and characteristics of RM, and analyzes in depth of the RM algorithm based on circular buffer. Keywords:LTE; Rate matching; Incremental redundancy; Turbo code