摘 要：TD-LTE系统有传输分集和空间复用两种传输模式。每个下行信道的信号检测都可以采用传输分集模式，而PDSCH信道还可以采用空分复用模式。在空分复用模式下，传统的下行信道检测方法统一进行4个OFDM符号的检测，而实际上控制信道占有的OFDM符号数小于等于4，因此导致信号检测的计算量大大增加。对此提出一种改进方案，根据控制格式指示值判断控制信道实际占有的OFDM符号数并对其进行信号检测,使计算量大大降低同时节省了内存。该方案的可行性、高效性在TMS320C64xDSP中得到了验证，已应用于TD-LTE射频一致性测试系统的开发中。

关键词：TD-LTE； 空分复用； 下行信道； 实现

3GPP长期演进(LTE)项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，因其具有频谱利用率高、信道容量提升、支持频谱灵活性等备受关注，以OFDM和MIMO技术[1]为基础，MIMO技术主要包括传输分集和空间复用， LTE系统最高支持20 MHz带宽，在此带宽下能够提供下行100 Mb/s与上行50 Mb/s的峰值速率，因此对系统延迟要求非常高[2]。

对下行信道进行检测时，要求能够高效准确地得到物理下行控制信道所占用的OFDM数，因为LTE物理下行控制信道作为系统资源分配和控制信息调度的核心，其接收速度的快慢对系统的反应速度有着重要影响，传统方案直接假设物理下行控制信道占有最多的OFDM数，之后判断其占有的OFDM符号数，这样比较浪费时间，对此提出一种改进方案。此方案直接判断物理控制信道所占有的OFDM符号数并对其进行信号检测，大大节省了时间。

1 LTE下行帧结构

由于LTE系统采用OFDM技术，其帧结构为一个时频二维的资源格，时域上每个子帧为1ms，一个子帧包含10个时隙，时隙0到时隙9，每个时隙包含6个或者7个OFDM符号，10个子帧构成1个无线帧，频域上每12个或者24个子载波构成一个资源块，不同的带宽包含的RB总数不同，时域上的一个符号及频域上的一个子载波是这个时频二维资源格上的最小单元，成为一个资源粒子(RE)。

2 下行信道资源映射介绍

下行定义的物理信道[3]包括物理下行共享信道(PDSCH)物理多播信道(PMCH)、物理下行控制信道(PDCCH)物理广播信道(PBCH)、物理控制格式指示信道(PCFICH),以及物理HARQ指示信道(PHICH)。由于现阶段不需要实现PMCH，因此不考虑此信道。PCFICH、PHICH和PDCCH为控制信道，最多占4个OFDM符号。

时域上PBCH的TTI为40 ms,其在子帧0时隙1中前4个OFDM符号上发送；频域上无论系统带宽为何种配置，都占用系统带宽中央的72个子载波，主要用于承载MIB，向UE端广播必备参数。时域上,PCFICH固定分配在一个子帧中的第一个OFDM符号上，用于指示一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号的个数；PHICH在一个或者前3个OFDM上分布，PHICH用于承载混合ARQ的ACK/NAK；而PDCCH则根据数据量占用前1个、2个、3个或者4个OFDM符号，PDCCH用于承载传输过程中的控制信息。频域上，控制域的最小资源映射单位是资源粒子组(REG)，时隙0的第一个OFDM符号中每个REG包含6个RE[4]；第二个OFDM符号中根据天线数每个REG包含4个或者6个RE，1天线或者2天线时为4个，4天线时为6个；第三个OFDM符号中每个REG包含4个RE。PCFICH根据标准规定占用第一个符号上的4个REG，PHICH占用3×N个REG，其中N为PHICH组的个数，PDCCH在除去PCFICH、PHICH的资源上以先时域后频域的原则在前1~4个OFDM符号内进行资源映射。

PDSCH信道用于承载数据信息。因为数据量较大，故其资源映射以RB为单位进行，在映射PDSCH时不能占用参考信号、同步信号以及广播信道、控制信道占用的资源。下行信道资源映射图如图1所示。

3 接收端信号检测流程

接收端信号检测流程：(1)根据天线端口数目设置相关参数并进行信号估计得到信道矩阵H,解读PBCH得到MIB的相关信息,解读PCFICH得到控制格式指示CFI(Control Format Indication)值,确定一个子帧中用于传输PDCCH的OFDM符号个数；(2)解读PHICH获得PHICH时频位置,为解读PDCCH做准备;(3)根据PCFICH及PHICH的相关参数计算PDCCH所占用的有效REG的个数,从而完成解PDCCH; (4)解读PDCCH,得到DCI值获得PDSCH的相关参数,为解PDSCH做准备；解读PDSCH，获得SIB和数据信息。如图2所示。

3.1传统方案

(1)首先判断PDSCH信道采用的传输模式为空间复用还是传输分集，若为传输分集则对一个子帧的OFDM符号进行信号检测;若为空间复用则对前4个OFDM符号进行信号检测,即控制信道最多占用的OFDM符号数。

(2)解PCFICH信道，根据PCFICH信道所占用的资源粒子解资源映射得到CFI值,即PDCCH所占用的OFDM符号数。

(3)单独对PHICH信道进行信号检测,根据PHICH信道所占用的资源粒子解资源映射。

(4)解 PDCCH信道，根据CFI值和PHICH或PCFICH信道所占用的REG，对PDCCH进行解资源映射。

(5)解PDSCH信道，若PDSCH信道采用的传输模式为传输分集，则信号检测完成;若为空间复用去除控制信道所占用的OFDM符号,对剩下的符号进行信号检测。

从上述方案描述中可看出，当PDSCH的传输模式为空间复用时，需要解4个OFDM符号，实际上控制信道占用的OFDM符号数要小于等于4,因此会消耗大量的cycles，导致信号检测的效率大大降低，从而严重影响了系统的实时性要求。

3.2 改进后方案

基于上述方法存在的问题，对于空间复用模式下的信号检测，首先解PCFICH信道，即第一个OFDM符号，判断出控制信道实际所占用OFDM符号数，对其进行信号检测,具体描述如下。

(1)因为PCFICH信息存在于每个下行子帧的第一个OFDM上，因此首先对子帧的第一个OFDM符号进行信号检测(最大比合并算法)，随后解PCFICH信道得到控制信道所占有OFDM符号的个数。

(2)因为在4发送天线的情况下，PHICH数据采用的传输模式不是传输分集,因此需要在此对PHICH数据存在与否且发送天线端口个数是否为4进行判断，如果条件为真，则对PHICH数据进行单独的信号检测，随后解PHICH信道。

(3)在2发送天线或4发送天线的情况下，控制信道采用传输分集,而数据信道采用传输分集或空间复用，因此需要根据数据信道的传输模式进行相应的信号检测，如果数据信道采用空间复用，则只对控制信道所占有的OFDM符号进行信号检测，否则对一个子帧中14个OFDM符号进行信号检测；在前面已经对4天线端口的PHICH进行了判断,但并没有考虑2发送天线的情况,在此需要对2发送天线的PHICH数据进行判断，解PDCCH信道。

(4)因为PDSCH信道采用传输分集或空间复用,在此需要判断PDSCH信道采用的传输模式。如果为传输分集，PDSCH数据的信号检测已经完成;如果为空间复用,则需对PDSCH数据进行信号检测,随后解PDSCH信道。

实现流程图如图3所示。

4 实现及性能分析

通过MATLABR2010a对上述两种方案进行性能仿真，并在CCS上实现。由于PDSCH可以采用传输分集和空分复用两种传输模式,所以仿真时采用这两种，PDCCH最多占用4个OFDM符号，这里取3，仿真采用的条件和参数如表1所示。对改进前后方案的计算量进行比对。比对结果如表2所示。

在DSP实现中，为验证数据的正确性，将Matlab仿真过程输出数据流转换成CCS数据导入到相应模块，并将运行输出结果导出，分别取出其实部、虚部的表示，得到其数据比对值，如图6所示。由于要进行数据的计算，所以在转化时量化操作会存在精度损失，但是只要波动平缓，就说明精度损失是一致的[5-6]，数据得到正确的计算，验证了本方案的正确性和可行性。

本文从理论分析出发，根据TD-LTE系统特性，提出了一种简单的下行信道检测实现方案,并在TMS320C64×DSP芯片上加以实现。程序运行结果可看出，在空分复用模式下，改进后方案计算量大大减少，同时节省了内存。本文提出的方案能够满足TD-LTE系统的需求，具有可行性和高效性，使系统的实时性得到了可靠的保证。该方案已经应用于TD-LTE射频一致性测试系统的开发中[7]。

参考文献

[1] 赵训威，林辉，张明，等.3GPP长期演进(LTE)系统架构与技术规范[M]. 北京：人民邮电出版社, 2010.

[2] 沈嘉，索士强，全海洋,等. 3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计[M]. 北京：人民邮电出版社, 2008:280-315.

[3] SESIA T, BAKER M, TOUFIK I. LTE-the UMTS long term evolution: from theory to practice[M]. Wiley: A John Wiley and Sons, Ltd,Publication.2009

[4] 3GPP TS 36.211 v9.1.0, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 9)[S].2010-03.

[5] Texas. Instruments.Incorporated.TMS320C6000系列DSP编程工具与指南[M].田黎育，何佩琨，朱梦宇，译.北京：清华大学出版社，2006:32-50.

[6] 320C645x DSP External Memory Interface (EMI F) User’s Guide[S]:9-12

[7] 3GPP TS 36.521 v9.1.0, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment(UE) conformance specification Radio transmission and reception Part 1: Conformance Testing; (Release 9)[S].2010-03.