LTE下行链路公共信道（DLSCH）中的早期终止机制

2024-03-04 12:02:17

1.背景

LTE下行链路PHY（物理层）处理链可以认为是下行链路公共信道（DLSCH）和物理下行链路公共信道（PDSCH）处理的组合。DLSCH即下行链路传输信道（TrCH）。它包括循环冗余检查（CRC）码添加，数据子块处理，信道Turbo编码，速率匹配，混合自动重传请求和码字重组这几个步骤。码字是PDSCH处理的输入，该处理包括绕码，调制，多天线多输入多输出（MIMO），时频资源映射和正交频分复用（OFDM）传输。

通俗的说，下行链路传输信道就是基站与手机之间通信的物理信道。在本次的仿真过程中，由于LTE标准如同其他移动标准一样，没有任何对接收端的推荐配置。也即在整个发射端，信道，接收端的系统当中，缺少接收端一环。因此在仿真过程中，为了评估所添加的早期终止机制等标准对其系统的精度和性能的提升，所以添加接收端且定义为是对发射端操作的单纯反向。

图1

那么所谓早期终止机制就是LTE标准中提供的一个有效降低计算复杂度的途径。因为Turbo译码器随着迭代次数增加，计算复杂度和运行时间也随之增加。因此通过对Turbo编码器输入添加CRC校验，我们可以在Turbo译码器迭代结束时检出是否存在错误比特。我们可以在CRC校验无错误比特时选择提前终止译码，而不需要完成全部的译码迭代。这一方案大幅降低了Turbo译码器的计算复杂度，且不会带来性能的损失。

从上述说明中可以看出，Cyclic redundancy check（CRC）校验，也即循环冗余校验码是早期终止机制中的关键一环。它是一种根据网上数据包或计算机文件等数据产生简短固定位数校验码的一种信道编码技术，主要用来检测数据传输或者保存后可能出现的错误。它是利用除法及余数来进行侦测的。其基本思想是通过在数据单元末尾加一串冗余比，使得整个数据单元可以被另一个预定的二进制数整除。

（1）假设我们要发送一个K比特长的数据帧，而生成的循环冗余检验比特是R，那么实际发送的长度就是K+R位的数据帧。

（2）这个数据帧刚好能够被某个预先确定的数（生成多项式）整除。

（3）接收端用相同的数（生成多项式）去除传来的数据帧。如果没有余数，则认为无差错；如果余数不为0，则认为传输出错。

CRC的生成和校验分为三步：

（1）在K比特数据帧的末尾加上R个0。R是一个比预定数的比特位数（R+1）少1的数

（2）采用二进制除法将新的加长的数据帧（K+R bit）除以除数。由此除法产生的余数就是循环冗余校验码。

（3）求CRC循环冗余校验码

假设Kbit的待传数据M = 101001(K = 6)，经收发双方协定好的除数是P = 1101，然后通过二进制除法得：

图2

从图2可知，余数R = 001 就作为冗余码拼接在M之后发送出去，这种为了检错的而添加的冗余码也可以称为帧检验序列FCS，因此添加后的发送的数据帧就是101001001（K+R位）。可见P也就是收发双发协定的除数刚好是R+1位。另外值得注意的是，其实一个n位的二进制码元序列都可以用一个n-1位的多项式去表示，这里就不在做说明。

通过上述介绍可知，CRC码是一种在同步传输时的非常有效的检错码，它可以高比例的纠正信息传输过程中的错误，可以在极短的时间内完成数据的校验码的计算，并迅速完成纠错过程，通过数据包自动重传的方式使得通信速度大幅提高，对通信效率和安全提供了保障。

2.机制与仿真

首先我们对本次的研究内容进行一个简单的梳理，由于本次仿真的内容是基于简单的信道模型（AWGN），大多数的真实信道模型包含了传输信号的各种衰落和相应的劣化。但是，这并不能影响我们在限定所有的条件之后，单纯地比较有无早期终止机制对性能的影响。代码仿真流程如图3。

图3

添加早期终止机制的不仅是为了进行数据帧传输的检错，保证信息传输的有效性，安全性。同时也时为了能够在检错完成后，发现没有错误比特的同时，提前终止Turbo译码器的迭代。在没有添加早期终止机制之前，每次进行数据的传输时，Turbo译码器都会迭代到设定的最大的次数。译码次数对整个系统的运行时间影响如表1.