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 移動通信重慶市重點實驗室，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 移動通信重慶市重點實驗室，重慶 400065)

LTE-A系統使用參考信號進行上行信道估計，而使用PUCCH format 2a/2b發送上行控制信息時，由于每個時隙只有一個SC-FDMA符號可以用于傳輸參考信號，所以此時接收端不能直接利用參考信號進行信道估計。給出了一種易實現且復雜度低的PUCCH 2a/2b的半盲檢測接收算法，該算法利用ACK/NACK信息輔助信道估計。仿真結果表明，文中提出的方法能有效提高PUCCH 2a/2b 的接收性能。關鍵詞: 上行控制信息；參考信號；半盲檢測算法

在LTE-A系統中，UE通過PUCCH向eNodeB發送上行控制信息，根據控制信息的類型，可以將PUCCH分成7中不同的格式，即PUCCH format 1/1a/1b/2/2a/2b/3[1]。正常循環前綴下，一個上行子幀由兩個時隙構成，每個時隙有7個SC-FDMA符號，在上行傳輸時，上行控制信息和DMRS時分復用在這些SC-FDMA符號上，并且使用相同的帶寬傳輸[2]。接收端使用已知的DMRS進行信道估計，而后進行信號檢測，需要強調的是，信號檢測的性能很大程度上取決于信道估計的準確度。然而，在使用PUCCH 2a/2b傳輸CSI時，會有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信息經過BPSK/QPSK調制形成1個調制符號，在每個時隙中第2個參考信號使用的SC-FDMA符號上傳輸，此時每個時隙只有一個SC-FDMA符號傳輸DMRS。在UE高速移動的場景下，由于在一個時隙的時間間隔內信道條件不斷變化，接收端又沒有足夠多的參考信號用于信道估計，如果此時依舊采用傳統的信道估計算法，那么信道估計性能會嚴重變壞，從而無法準確進行后續的信號檢測。

串行干擾消除算法(SIC)被廣泛用于多用戶檢測，但其計算復雜度高，前面的檢測結果如果出現誤差會直接影響后面符號檢測，造成連鎖反應[4]。半盲檢測算法使用傳輸數據進行信道估計，適用于解決低導頻密度下的信道估計問題。盡管能有效提高信道估計性能，但計算復雜度會隨著信息比特數呈指數增加，例如當CSI有4個比特組成時，這種半盲檢測算法的復雜度是非盲檢測算法的16倍[5]。本文提出一種改進的半盲檢測算法，該算法僅僅將ACK/NACK符號用于信道估計，而非使用所有的數據符號。ACK/NACK符號對應2種或4種可能形式，使用這些可能的ACK/NACK符號通過迭代算法估計其他符號位置的信道響應，得到2組或4組信道頻域響應，然后將其和利用參考信號估算出的信道響應進行對比，選擇其中誤差最小的一組作為發送的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信息經過RM(20，A)編碼后生成20個編碼比特，這些編碼比特經過加擾后調制成10個QPSK符號d0,d1,…，d9，和長為12的循環移位序列相乘后在一個RB中的12個子載波上傳輸，前5個QPSK符號占用第一個時隙的5個OFDM符號l0,l2,l3,l4,l6，后5個QPSK符號占用第二個時隙的5個OFDM符號l7,l9,l10,l11,l13，每個時隙剩下的2個SC-FDMA符號用于傳輸參考信號。在ACK/NACK信息和CSI信息一起傳輸時，經過BPSK/QPSK調制生成的1個調制符號會在每個時隙的第二個參考信號位置上傳輸，也就是說這種情況下每個時隙只傳輸一個參考信號，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多用戶檢測算法

2.1 一種并行多用戶檢測算法

這里分析一種基于信道相關性的并行多用戶檢測算法，為計算方便，只分析第一個時隙的傳輸過程，第二個時隙的處理類似[6-7]。假設第一個時隙中所有的調制符號都等于1，傳輸用戶數等于k，則接收到的第l個SC-FDMA符號上傳輸的序列可以表示成

(1)

第一步：接收信號乘以exp(jiαl)·ru,v，得到

(2)

(3)

(4)

第二步：

(5)

其中：S表示樣條插值函數。

第三步：逐個更新信道估計和傳輸符號。將所有可能的符號g0gggggg代入式(6)計算，選擇使式(6)最小的符號d作為解調符號。具體過程如下：

4.鑒于長期以來我國各級政府片面強調經濟發展，而不注重社會職責的履行，政府必須盡快建立一套綜合且科學的基本公共服務均等化績效考核制度，健全政府公共服務均等化績效管理和評估體系，強化各級政府的社會職責。這套體系需要明確各級政府間在提供義務教育、公共衛生和社會保障等基本公共服務方面的事權，健全財力與事權相匹配的財政體制。根據各類公共服務具有不同的性質和特點，各級政府承擔的事權責任，也應有所區別。通過監督政府行為來促使政府重視對公共服務的供給，從而改善現有的公共服務供給不足的現狀。

(6)

l=0,2；i=0,1

(7)

(8)

2.2 改進的半盲檢測算法

上面提到的接收算法利用信道相關性，能有效提高低導頻密度下的信道估計性能，并且因為沒有涉及矩陣求逆運算，計算復雜度相比傳統信道估計算法大大降低。但這種接收算法采用迭代運算，后續的符號檢測受前面檢測符號準確度的影響，若前面符號檢測錯誤，后續符號的檢測也會出錯，即存在差錯傳播現象。本文將對上述算法作出改進，提出一種基于此算法的半盲檢測算法，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，具體算法步驟如下：

1)將ACK/NACK信息用作信道估計，因為PUCCH format 2a/2b中的ACK/NACK信息對應N種可能的組合方式，N的取值見表1。所以利用LS或MMSE信道估計算法對符號5做信道估計，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N調制符號2a2{1,-1}2b4{1,-j,j,1}

(9)

(10)

4)選擇使式(9)最小的H5作為符號5上的信道頻域響應，其對應的d10作為ACK/NACK信息比特的調制符號。

5)將由步驟4)中獲得的d10估計所得的d1、d2、d3和參考符號估計所得的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算法框圖如圖2所示。

圖2 半盲檢測算法框圖

這里提出的檢測算法主要針對PUCCH format 2a/2b這種低導頻密度下的信號檢測，其他的PUCCH格式同樣可以將數據信息用作信道估計，以提高檢測性能，降低單純依靠導頻做信道估計時出現的差錯傳播現象。但相比PUCCH format 2a/2b，性能提升有限，且當比特信息較多時，計算復雜度呈指數增長。

3 仿真分析

本小節對提出的改進半盲檢測算法和文中提到的并行多用戶檢測算法進行了鏈路級仿真，系統仿真參數如表2所示。

表2 仿真參數設置

參數名稱參數值系統帶寬20MHzCP類型常規UE個數3FFT點數2048信道模型ETU最大多普勒頻移5Hz

通過圖3和圖4的仿真結果可以看出，在復用3個UE，使用PUCCH format 2a傳輸上行控制信息時，改進的算法相對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，能獲得1 dB的增益。改進的算法復雜度雖然有所增加，但獲得了較大的系統性能增益，所以這種計算復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 結束語

本文提出了一種改進的半盲檢測算法，該算法充分利用PUCCH format 2a/2b的結構特點，僅僅將ACK/NACK符號用于信道估計，而非使用所有的數據符號，從而大大降低了傳統半盲檢測算法的計算復雜度。仿真結果也表明，在發送端使用PUCCH format 2a/2b傳輸上行控制信息時，該算法能進一步提升系統接收性能。

[1] DAHLMAN E， PARKVALL S， SKOLD J. 4G LTE/LTE-advanced for mobile broadband[M]. New York： Academic Press， 2011.

[2] 3GPP TS 36.211 V10.6.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)； Physical Layer Procedures[S]. 2012.

[3] 3GPP TS 36.213 V10.6.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)； Physical channels and modulation[S]. 2012.

[4] 蔣嬋娟.LTE-A系統上行控制信道的研究與仿真[D]. 武漢：武漢理工大學， 2014.

[5] YANG Y， DAVID A， ROBERT B， et al. Semi-blind multi- user detection for LTE-PUCCH[C]//Wireless Communications and Networking Conference(WCNC).Budapest：IEEE， 2009：1-5.

[6] 王瑋.高速移動環境下PUCCH多用戶接收算法研究[D]. 西安：西安電子科技大學，2014.

[7] WANG D，YANG S Z， LIAO Y， et al. Efficient receiver scheme for LTE PUCCH[J].IEEE communications letters，2012，16(3)： 352-355.

李小文(1955— )，教授，研究員，碩士生導師，主要研究方向為移動通信、TD-LTE-A系統開發研究；

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

張涵嫣(1992— )，女，碩士生，主研LTE-A系統協議棧開發。

責任編輯：閆雯雯

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

LI Xiaowen，FANG 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，2017，41(2)：35-38. LI X W，FANG 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

國家科技重大專項資助項目(2012ZX03001024)

2016-06-19