LTE系統DVRB和DPRB映射的研究與實現

羅 佳，李小文，賈海峰

(重慶郵電大學通信與信息工程學院，重慶400065)

在寬帶無線通信系統中，特別是正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的寬帶無線通信系統中，資源塊的劃分是從時域和頻域兩個方向進行的［1－2］，資源塊用于對某些特定信道到資源粒子映射的描述［3］。對于物理層，看到的資源是物理資源塊，物理信道直接映射到物理資源塊上。高層給用戶配置的資源是虛擬的資源，即虛擬資源塊。eNodeB(Evolved Node B)端可以根據虛擬資源塊同物理資源塊的映射關系，計算出虛擬資源塊對應的物理資源塊，將用戶的數據映射到分配給它的物理資源上。虛擬資源塊映射到物理資源塊，不連續地占用子載波，可以使干擾隨機化，抵抗由于某一段頻率持續的深衰落造成的性能惡化，可獲得頻率分集增益。PDCCH(Physical Downlink Control Channel，物理下行控制信道)中有一個資源分配域定義了相應的PDSCH(Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道)使用的VRB(PRB)資源［4］。PDSCH 的資源分配類型有0，1和2三種［5］。UE(User Equipment，終端)根據檢測到的 DCI(Downlink Control Information)格式對PDCCH中的資源分配域進行解析。類型0是以RBG(Resource Block Group，資源塊組)為單位，比較簡單，但對于小數據量業務，容易造成資源浪費;類型1是以RB(Resource Block，資源塊)為單位，資源分配相對靈活，可獲得更好的頻率分集增益，但每次最多只能分配一個RBG子集中的部分RB。對于類型0，1，只采用集中式虛擬資源塊分布方式。類型2中，可采用集中式或分布式，有1 bit的標志位來指示［4－5］。

1 物理資源塊和虛擬資源塊

1.1 物理資源

表1 物理資源塊參數

1.2 虛擬資源塊

虛擬資源塊用來描述TD－LTE系統下行傳輸所支持的兩種資源映射方式:集中式分配和分布式分配［2］，如圖1所示。由圖2可看出，集中式分配方式將若干連續子載波分配給一個用戶，這種分配方式的優點是信道估計的難度較低，而且系統可通過頻域調度選擇較優的子載波組進行傳輸，從而獲得頻域上的調度增益和時域上的多用戶分集增益。但缺點是獲得的頻率分集增益較小，用戶平均性能略差。分布式分配方式將分配給一個用戶的子載波分散到整個系統帶寬，從而獲得頻率分集增益。但這種方式下的信道估計較為復雜。

圖1 虛擬資源塊的兩種資源映射方式

圖2 兩種OFDMA資源分配方式

2 VRB 到 PRB 的映射實現［3－5］

對兩種類型的虛擬資源塊，一個子幀中2個時隙上的成對虛擬資源塊共同分配到一個獨立虛擬資源塊號nVRB。集中式虛擬資源塊直接映射到物理資源塊上，使得虛擬資源塊nVRB與物理資源塊nPRB一一對應，即nPRB=nVRB。虛擬資源塊號從0到－1，其中=［3］。

表2 資源塊間隔值

表3 RBG大小與系統帶寬的對應關系

VRB序號按矩陣按行寫入，按列讀出。Nnull空值插入第2和第4列的最后Nnull/2行，其中Nnull=4Nrow－。讀出時忽略空值。包裹交織處理的VRB序號到PRB序號的映射過程如下。

對偶時隙號ns滿足

根據偶時隙得到奇時隙號ns滿足

對所有ns有

根據上面的映射過程可以計算出在整個帶寬下VRB與PRB的映射關系。目前常規的映射算法是按照3GPP協議給出的公式首先計算出整個帶寬下VRB與PRB的映射關系，然后根據這個映射關系和用戶分配的VRB計算出其對應的物理資源塊索引向量，這個PRB索引向量內包含的PRB的索引是亂序的，在進行資源映射時需將這個PRB索引向量進行排序，然后根據從小到大的順序進行資源塊的映射，該算法較復雜，計算量大。

3 改進算法分析

基于現有算法實現的缺點，本文提出一種改進算法，簡化了將分布式虛擬資源塊映射到物理資源塊的實現過程，且便于FPGA或DSP實現。

3.1 算法描述

假設由3GPP協議的資源分配RIV值等計算得到的偶時隙nVRB序號［4］為nVRB=(16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36，37，38，39)，并根據協議計算得到交織單元的行數Nrow=12，空比特數Nnull=2及空比特所存放的位置。按行寫入，構建交織單元如圖3a所示，陰影部分表示nVRB序號。接著按列依次寫入交織單元如圖3b所示，由圖可直觀地得到序號，如相應的陰影部分所示。即(ns)=(4，16，27，39，5，17，28，40，6，18，29，41，7，19，30，42，8，20，31，43，9，21，32，44)。

根據式(6)可得Ngap－/2=4 ，即(ns)要右移4 位，得到最終的nPRB序號為nPRB=(4，16，31，43，5，17，32，44，6，18，33，45，7，19，34，46，8，20，35，47，9，21，36，48)。3種序號的對應關系如圖4所示。

3.2 算法實現

1)首先根據3GPP協議分3種情況計算RBstart和LCRBs［4－5］，得到偶時隙nVRB序號。

圖3 交織單元

圖4 3種序號的對應關系

(2)若DCI1A，DCI1B，DCI1D用C－RNTI加擾，要判斷若大小為50 ～110 RB，則令LCRBs=16［5］。

(3)若DCI格式為DCI 1C，則根據協議相應公式計算得到RBstart和LCRBs。

2)若DCI_gap_value=0，即選擇Ngap，1或當DCI_gap_value=1 即選擇Ngap，2，并且RBstart+LCRBs≤，只需一個交織單元，通過下面的步驟得到物理資源塊序號:

(1)交織單元中的虛擬資源的起始序號為start=RBstart，結束序號end=RBstart+LCRBs－1。

(2)計算交織單元的行數Nrow和空比特個數Nnull，從而得到交織單元中未插入NULL的行數d1=Nrow－Nnull/2;需要插入NULL的行數d2=Nnull/2;總行數d=d1+d2。

(3)設交織器的行序號從0開始，分配的虛擬資源塊在交織器中的起始行序號為r1，結束行序號為r2，將交織器分為上下兩部分，不包含NULL的行稱為交織器上部，包含NULL的行稱為交織器下部。根據start和end計算r1和r2。

(4)設虛擬資源塊對應的物理資源塊在交織器中的列向量的索引向量為A1、A2、A3、A4，根據r1和r2確定A1、A2、A3、A4的值。

首先通過起始行序號r1和r2確定A1和A3的值:A1=［r1，r1+1，…，r2］;A3= ［d+d1+r1，d+d1+r1+1，…，d+d1+r2］。

通過r1，r2和d1的關系確定A2、A4:

(5)根據r1，d1和start對向量A1、A2、A3、A4進行處理，判斷方式如下:

if r1＜d1

ifmod(start，4)==0

向量A1A2A3A4保持不變

elseifmod(start，4)==1

去掉中A1的第一個數據，其他A2A3A4保持不變

elseifmod(start，4)==2

去掉中A1和A2中的第一個數據，其他A3A4保持不變

elseifmod(start，4)==3

去掉中A1，A2和A3和中的第一個數據，其他A4保持不變

end

else r1≥d1

ifmod(start，2)==0

向量A1A2A3A4保持不變

elseifmod(start，2)==1

去掉中A1的第一個數據，其他A2A3A4保持不變

end

end

(6)根據r2，d1和end對向量A1，A2，A3，A4進行處理，判斷方式如下:

if r2＜d1

ifmod(end，4)==0

去掉中A2和A3，A4和中的最后一個數據，其他A1保持不變

elseifmod(end，4)==1

去掉中A3和A4中的最后一個數據，其他A1A2保持不變

elseifmod(end，4)==2

去掉A4中的最后一個數據，其他A1A2A3保持不變

elseifmod(end，4)==3

向量A1A2A3A4保持不變

end

else r2≥d1

ifmod(end，2)==0

去掉中A3的第一個數據，其他A1A2A4保持不變

elseifmod(end，2)==1

向量A1A2A3A4保持不變

end

end

(7)將A1、A2、A3、A4進行級聯，得到物理資源塊序號索引A=［A1A2A3A4］，即A0= ［A1A2A3A4］。

3)若DCI_gap_value=1，即選擇Ngap，2并且RBstart+LCRBs＞，則有兩個交織單元。對于第一個交織單元的計算，start=RBstart，end=－1參照步驟2)，得到A;對于第二個交織單元的計算，則按照下面的步驟:

(1)虛擬資源的起始序號為start=0，結束序號為:end=RBstart+LCRBs－1－。

(2)從上面第3步開始重復同樣操作得到第二個向量B=［B1B2B3B4］，將得到的向量B中的值都加上得到最終向量，即

(3)將得到的兩個向量級聯得到最后的物理資源塊索引結果，即

4)至此，得到偶時隙的物理資源塊分配情況(并非最終結果，還要根據判斷條件進行相應的偏移)根據式5)得到奇時隙的PRB分配情況。

5)根據式(6)進行判斷，并完成將奇偶時隙物理資源塊PRB進行相應的偏移，得到最終的PRB序號。

算法的具體實現流程如圖5所示。

改進算法首先將實現過程分為一個或兩個VRB映射模塊，每個VRB映射模塊的實現過程都是通過計算出分配的VRB的起始和終止在交織矩陣中的位置，然后根據起始和終止的位置按照交織矩陣的性質直接計算出已排好序的物理資源塊索引，最后將多個VRB映射模塊的結果進行級聯得到所需的PRB的索引，算法簡單，計算量小，且便于硬件實現。

圖5 算法流程圖

4 性能分析與總結

根據算法實現流程，搭建仿真鏈路平臺，進行MATLAB算法驗證和CCS算法實現。在DSP實現中，通過執行并行指令優化程序循環體，充分利用“NOP”指令減小循環周期，使程序最優化［6－7］。改進前后虛擬資源塊到物理資源塊映射的運算cycles數統計如表4，通過表4可看出，該算法大大減少了執行周期，降低了計算復雜度。當運用TMS320C64x DSP芯片實現時，完全可以滿足實時性的信號處理，非常適合TD－LTE系統實時性的要求，可以較好地應用于TD－LTE系統的實現。

表4 算法改進前后計算復雜度對比

圖6示出了本文算法壓縮時間的百分比。由于隨著資源塊RB數的增加，算法復雜度增大，仿真時間會明顯增大，但當采用本文的實現方案，算法復雜度有明顯的改善，使得當RB很大時高效地實現映射。由圖可看出，隨著RB數的增加，本文算法的優勢越明顯，兩種算法的仿真時間比值越小。本文算法相對于傳統算法仿真時間減少為原來的53.3% ～37.3%，整個仿真系統平均仿真時間減少為原來的44.6%。從仿真結果可以看出，本文算法不但可以保證VRB到PRB映射結果的正確，還可以節省大量的仿真時間。

圖6 仿真時間百分比隨資源塊個數變化圖

本文從理論分析出發，結合TD－LTE系統特性，分析了目前常規的映射算法，提出了一種改進算法，詳細講述了在DSP中的實現方法，并在TMS320C64x DSP上加以實現。程序運行結果表明，改進后算法能夠滿足TD－LTE系統的需求［8］，具有可行性和高效性。該實現方案已應用于TD－LTE射頻一致性測試系統的開發中。

［1］王映民，孫韶輝.TD－LTE技術原理與系統設計［M］.北京:人民郵電出版社，2010.

［2］沈嘉，索士強，全海洋，等.3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統設計［M］.北京:人民郵電出版社，2008:280－315.

［3］ 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.

［4］ 3GPP TS 36.212 v9.1.0，3rd generation partnership project;technical specification group radio access network;evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA);multiplexing and channel coding(Release 9)［S］.2010.

［5］ 3GPP TS 36.213 v9.0.0，3rd generation partnership project;technical specification group radio access network;evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA);physical layer procedures(Release9)［S］.2009.

［6］ Texas Instruments Incorporated.TMS320C64x/C6－4x+DSPCPU and Instruction Set Reference Guide［EB/OL］.［2013－04－10］.http://www.ti.com.cn.

［7］Texas Instruments Incorporated.TMS320C6000系列DSP編程工具與指南［M］.田黎育，何佩琨，朱夢宇，譯.北京:清華大學出版社，2006:32－50.

［8］ 3GPP TS 36.141 v9.1.0，3rd generation partnership project;technical specification group radio access network;evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA);base station(BS)conformance testing(Release 9)［S］.2010.