基于SystemVue的下行PDSCH信道測量

趙進龍

摘 要：為了滿足密集覆蓋、高移動性場景下的用戶需求，5G將工作在6GHz以下頻段的新空口作為重點研究方向之一。本文在SystemVue環境下建立了PDSCH下行鏈路仿真平臺，并對PDSCH鏈路的總體設計和功能進行了概述。本文對該信道模型下的誤碼率性能進行了仿真，評估了6GHz以下頻段的性能，同時助力5G新頻譜資源的研發與驗證。

關鍵詞：新空口 PDSCH 誤碼率 仿真 頻譜資源

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（a）-0001-03

隨著第五代移動通信技術（5G）的蓬勃發展，5G將滿足未來人們對超高流量密度、超高移動性能以及超密集連接的需求。與4G相比，5G將支持更加多樣化的場景，以及充分利用低頻和高頻等頻譜資源。因此無線頻譜資源能否合理利用是5G技術成敗的關鍵因素之一。由于6GHz以下頻段具有良好的無線傳輸特性能，該頻段已經成為業界研究的核心頻段，5G將通過工作在該低頻段的新空口來滿足大覆蓋、高移動性場景下的用戶體驗以及對于長距離傳輸高穩定性能的需求[1]。

物理下行共享信道（PDSCH）是用于承載數據的信道，此數據包括業務數據以及高層信令等信息。本文在3GPP（第三代合作伙伴計劃）協議標準規定下，主要針對PDSCH信道進行了測量，并評估信道特性。本文基于SystemVue環境，采用PC側軟件、波形發生器、微波矢量信號源以及矢量信號分析儀結合，組成半實物的驗證平臺，對6GHz以下頻段性能進行評估。

1 PDSCH的結構和功能

在移動通信系統中，信號從基站傳遞到移動臺的物理鏈路稱之為下行信道。每一組資源粒（RE）對應一條下行物理信道，并且資源粒子攜帶有來自上層的信息。PDSCH是LTE物理下行信道中的一種，用于承載來自傳輸信道DSCH（下行共享信道）的數據。在下行鏈路中，傳輸信道DSCH不能獨立存在，必須與前向接入信道或者專用信道同時存在，因此，PDSCH作為傳輸信道的載體也不能獨立存在。

在PDSCH中的數據是以傳輸塊作為基本傳輸單元的，每個傳輸塊對應MAC（媒體接入控制）層的協議數據單元[2]。在每個傳輸時間間隔內，傳輸塊從MAC層傳送到物理層。其中，傳輸時間的間隔為1ms，與一個子幀的持續時間相同。

用戶使用PDSCH進行數據傳輸時，每個用戶的一個子幀可以傳輸一個或者兩個傳輸塊，傳輸塊的數目取決于用戶所使用PDSCH選擇的傳輸模式。另外，由于在LTE體制中并未設計專用的尋呼指示信道，所以在常規的物理下行控制信道（PDCCH）中攜帶了尋呼指示信息，在PDSCH中執行具體的尋呼功能。

2 PDSCH信道測量

SystemVue是Keysight公司推出的一款專業從事高級硬件和軟件信號處理與通信系統設計的行業工具。具有大量可選擇的仿真庫，允許用戶有針對性地增加通信、邏輯、DSP以及射頻模擬功能模塊。本文在SystemVue仿真環境中對PDSCH下行鏈路進行了構建，采用信號源（5182A）、信道仿真器（Sprint）和頻譜分析儀（N9020A）搭建了硬件平臺，對PDSCH下行發射端鏈路以及接收端鏈路進行了設計，并對該信道模型下的誤碼率性能進行了仿真。

2.1 PDSCH的發射鏈路設計

發送端主要進行的處理是將原始信息轉換成可靠的數據流然后在基站側發射。在下行發送端鏈路主要完成的功能有信道編碼、速率匹配、CRC（Cyclic Redundancy Check，循環冗余校驗）、加擾、數字調制、層映射、預編碼、RE映射、產生OFDM（正交頻分復用）信號等[3，4]。

PDSCH下行發射鏈路的處理流程，可以用圖2進行概括：（1）每個PDSCH傳輸塊都要進行循環冗余校驗，目的是保證數據傳輸的正確性和完整性。（2）數據在信道傳輸過程中易受到噪聲干擾，為了降低由于干擾帶來的差錯，信道編碼器會對傳輸塊進行抗干擾編碼，從而提高通信系統的可靠性。（3）為了保證在接收端可以獲得信道編碼所帶來的增益，所以對PDSCH下行發射信道進行了加擾處理，使得相鄰小區間的干擾隨機化。（4）在發射端系統設計中，采用了QPSK、16QAM和64QAM這3種調制方式。（5）為了解決系統發射天線數目與傳輸碼字數目不匹配的問題，需要用到層映射與預編碼技術。首先按照一定的規則將碼字流重新映射到一個或者多個層中，產生新的數據流，然后將該數據流進行預編碼，從而將傳輸數據流映射到了不同的天線端口上。（6）RE映射的功能是將各個天線端口對應的復值符號塊映射到資源粒子上。

2.2 PDSCH的接收鏈路設計

在基站側發送的數據信息被接收之后，需要經過一系列的處理流程，接收鏈路結構如圖3所示。

下行接收鏈路主要由快速傅里葉變換、解析RE資源映射（取出參考信號與數據信息）、信道均衡（降低碼間干擾的影響）、解層映射、解調制、解擾（解擾器）、信道解碼（譯碼器）和CRC校驗等模塊組成。

2.3 性能分析

鑒于電信運營商會將其LTE網絡以及演進系統遷移至5G網絡，低于6GHz頻段的可用物理資源非常重要[5]。在本文中選取的載頻為2.0GHz，具體參數配置如表1所示。

在加性高斯白噪聲模型下，得到了下行鏈路的誤碼率性能仿真結果。在仿真結果中對比了QPSK、16QAM和64QAM這3種調制方式下的BER，如圖4所示，通過對比可知PDSCH信道的誤碼率性能與調制方式密切相關，系統傳輸可靠性能在QPSK方式下較好，16QAM次之，64QAM相對較弱。

3 結語

在本文中基于SystemVue搭建的PDSCH的半實物半軟件的驗證平臺，使我們直觀地理解了無線通信技術的物理層內容。通過性能數據分析，驗證了PDSCH仿真鏈路的正確性，以及調制方式是影響系統誤碼率的重要因素之一。

隨著5G技術的持續發展，移動通信的應用場景不斷增多，對服務質量的需求也不斷提高，因此技術革新之路任重而道遠。

參考文獻

[1] IMT-2020（5G）推進組.5G無線技術架構白皮書[EB/OL].（2015-0-29）.http：//www.docin.com/p-1449034454.html.

[2] 塞西亞，著.LTE/LTE-Advanced-UMTS長期演進理論與實踐[M].馬霓，夏斌，譯.北京：人民郵電出版社，2012：109-110.

[3] CYahiaoui，MBouhali，C Gontrand.Simulating the Long Term Evolution（LTE） Downlink Physical Layer[A].Computer UKsim-amss International Comference on Compater Modelling & Simulation[C].2015：531-535.

[4] 沈嘉，索世強，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，2008：67-72.

[5] 陳亮，楊奇.5G網絡中無線頻譜資源分配的進展分析[J].光通信研究，2016（6）：68-71.