本詞條以LTE為例介紹LTE技術中的傳輸信道處理流程。
基本介紹
- 中文名：傳輸信道處理流程
- 外文名：Transmission channel process
- 套用學科：通信
概述,CRC校驗,碼塊分割,信道編碼,卷積碼,Turbo碼,塊編碼,重複編碼,速率匹配,Turbo碼速率匹配,碼塊連線,下行傳輸信道和控制信息,廣播信道（BCH）,下行共享信道（DL-SCH）,尋呼信道（PCH）,多播信道（MCH）,下行控制信息（DCI）,控制格式指示（CFI）,
概述
LTE技術中物理層以傳輸信道的形式向高層提供數據傳輸服務，還產生上下行控制信息來支持物理層的操作。對來自上層各傳輸信道的數據及物理層的控制信息，物理層將按照CRC校驗、碼塊分割、信道編碼、速率匹配和碼塊連線等流程進行處理，然後再進行加擾、調製、層映射、預編碼、資源單元映射等操作，最後將信號映射到天線連線埠發射出去，如圖1所示。本詞條主要對LTE信道傳輸流程中的CRC校驗、碼塊分割、信道編碼、速率匹配、碼塊連線以及控制信息的處理進行介紹。
圖1 物理信道傳輸流程CRC校驗
LTE系統在物理層定義了4種CRC校驗方案，包括2種長度為24bit、1種長度為16bit和1種長度為8bit的校驗方案。不同類型的傳輸信道使用不同長度的CRC校驗序列。CRC校驗序列生成多項式如式（1）所示。
（1）
長度為24bit的CRC校驗序列主要用於上行/下行共享信道（UL-SCH/DL-SCH）、尋呼信道（PCH）、多播信道（MCH）等傳輸信道的校驗，其中gCRC24A(D)主要用於傳輸塊CRC校驗，gCRC24B(D)主要用於碼塊分割後的分碼塊CRC校驗。長度為16bit的CRC校驗序列主要用於廣播信道（BCH）、下行鏈路控制信息（DCI）的校驗。長度為8bit的CRC校驗序列主要用於部分上行鏈路控制信息（UCI）在上行共享信道（UL-SCH）傳輸時的CRC校驗。
碼塊分割
傳輸信道的傳輸塊（TransportBlock，TB）與物理層採用的碼字（CodeWord）有直接關係。
–單天線時，只有1個碼字，每個TTI中只存在一個大小可變的傳輸塊。
–多天線時，最多有2個碼字，每個TTI中存在最多2個大小可變的傳輸塊。
LTE系統中，從編碼效率和處理時延等方面考慮，確定信道編碼時可以處理的最大編碼長度為6144bit（主要考慮Turbo碼）。所以經過CRC比特級校驗後的傳輸塊序列如果大於6144bit，就需要對傳輸塊進行分割，以滿足信道編碼的要求。具體分割流程如圖2所示。從圖中可以看出，傳輸塊分割為碼塊序列後，還需要對各個分碼塊進行CRC校驗，校驗序列為gCRC24B(D)。對分碼塊進行CRC校驗有助於提前對碼塊進行校驗，可以減少接收端重複解碼的過程，提高碼塊檢錯能力。
圖2 碼塊分割示意圖為了使分割後的碼塊尺寸適合Turbo編碼器處理，所以在分割過程中可能需要在第一個碼塊開頭處增加一些填充比特。如果一個MAC層傳輸塊小於最大編碼長度的要求，則不需要進行分割，也不需要進行分碼塊的CRC校驗，但可能需要增加填充比特以保證編碼器正常工作。
信道編碼
針對不同的傳輸信道或控制信息，LTE系統支持不同的信道編碼方式，如咬尾（Tailbiting）卷積碼、Turbo碼、塊編碼和重複編碼。其中上行/下行共享信道（UL-SCH/DL-SCH）、尋呼信道（PCH）、多播信道（MCH）主要採用性能良好的Turbo編碼，咬尾卷積碼主要用於廣播信道（PBCH）、上行/下行控制信息的編碼，塊編碼和重複編碼主要用於上行/下行控制信息的編碼。
卷積碼
卷積碼複雜度較低，且編解碼時延較小，被廣播信道和上下行鏈路控制信息所採用。LTE規範中採用編碼速度為1/3、約束長度為7的咬尾卷積碼作為傳輸信道編碼方案之一，編碼生成多項式為G0=133，G1=171，G2=165（八進制）。與普通卷積碼的移位暫存器初始值為0不同，咬尾卷積碼的移位暫存器的初始值設定為傳輸塊最後6bit，使得移位暫存器的初始和最終狀態相同，省去了用於將暫存器歸零的尾比特。咬尾卷積碼工作原理如圖3所示。
圖3 卷積碼編碼器示意圖（碼率1/3）從圖3中可知，該編碼器的編碼率為1/3，也就是3個輸出碼流長度相同，總長度為輸入碼流的3倍。
Turbo碼
Turbo編解碼性能接近於香農極限，所以常被用於大多數傳輸信道中數據信息的信道編碼方案。LTE系統中Turbo編碼器方案包含一個並行級聯卷積編碼器（ParallelConcatenatedConvolutionalCode，PCCC）和一個內交織器，如圖（4）所示。
圖4 Turbo碼編碼器示意圖（碼率為1/3）其中，並行級聯卷積編碼器包含兩個狀態數為8的子編碼器，整體編碼率為1/3。
內交織器採用了二次置換多項式（QuadraticPermutationPolynomial，QPP）交織器，基於QPP的交織器具有很大的競爭自由度，因此當不同的並行處理引入到交織器時，解碼可以直接被處理，排除了在分塊解碼過程中可能出現的衝突問題，從而顯著地改善了Turbo編解碼效率。
LTE系統採用的Turbo編碼器的碼率為1/3，因為Turbo編碼後會補充12bit的尾比特，用於移位暫存器進行迫零處理。所以若輸入Turbo編碼器數據序列ck長度為K，則
輸出序列（系統比特）、（第一校驗比特）和（第二校驗比特）的序列長度均為K+4。
塊編碼
LTE系統中PCFICH和PUSCH、PUCCH信道中的控制信息部分採用塊編碼方案，根據控制信息的信息比特長度不同，在信道編碼過程中採取的具體編碼方案也不同。
（1）簡單塊編碼
對於長度為1~2bit的信息，一般採用簡單塊編碼。所謂簡單的塊編碼，就是以塊重複的形式進行編碼，對於1bit信息塊編碼方式為[a0]→[a0]；對於2bit信息塊採用編碼方式為[a0，a1]→[a0，a1，（a0+a1）mod2]。
（2）RM（Reed-Muller）塊編碼
RM塊編碼是一種能糾正多個差錯的線性分組碼，這類碼結構簡單，抗干擾能力強，解碼簡單，可以採用軟判決和硬判決進行解碼。LTE系統使用了兩種RM塊編碼方案：RM（32，11）和RM（20，13），分別由11個和13個基礎序列Mi,n的線性組合構成，表示輸入長度為11和13的序列經過編碼後分別輸出長度為32和20的編碼序列。RM（32，11）和RM（20，13）的基礎序列如表1和表2所示。
表1 RM(32,11)塊編碼的基礎序列
i | Mi,0 | Mi,1 | Mi,2 | Mi,3 | Mi,4 | Mi,5 | Mi,6 | Mi,7 | Mi,8 | Mi,9 | Mi,10 |
0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
2 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
3 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
4 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
5 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
6 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
7 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
8 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
9 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
10 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
11 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
12 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
13 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
14 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
15 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
16 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
17 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
18 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
19 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
20 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
21 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
22 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
23 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
24 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
25 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
26 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
（續）
i | Mi,0 | Mi,1 | Mi,2 | Mi,3 | Mi,4 | Mi,5 | Mi,6 | Mi,7 | Mi,8 | Mi,9 | Mi,10 |
27 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
28 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
29 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
30 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
31 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
表2 RM(20,13)塊編碼基礎序列
i | Mi,0 | Mi,1 | Mi,2 | Mi,3 | Mi,4 | Mi,5 | Mi,6 | Mi,7 | Mi,8 | Mi,9 | Mi,10 | Mi,11 | Mi,12 |
0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
2 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
3 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
4 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
5 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
6 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
7 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
8 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
9 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
10 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
11 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
12 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
13 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
14 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
15 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
16 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
17 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
18 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
19 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
假如輸入序列為a0，a1，a2…aA−1，其中A是輸入序列長度（這裡應該為11或13）。b0，b1，b2…bB−1為進行塊編碼後的輸出序列，其中B是輸出序列長度（這裡應該為32或20）。
重複編碼
所謂重複編碼，就是對輸入比特序列進行多次簡單的重複，從而提升在接收端正確解碼的機率，如[a0]→[a0，a0，a0]。
速率匹配
Turbo碼速率匹配
使用Turbo碼編碼後的傳輸信道，其速率匹配的主要過程如下：首先對Turbo編碼
輸出比特序列、和進行塊交織；然後通過一個虛擬循環快取器（VirtualCircular
Buffer）進行比特收集；最後基於RV（RedundancyVersion，冗餘版本）和比特數目選取本次傳送的比特序列並分配到相應的資源上。其過程如圖5所示。
碼塊連線
對於高層來的一個傳輸塊，經過添加CRC和碼塊分割處理後形成多個分碼塊，這些分碼塊獨立進行信道編碼和速率匹配處理，然後再將這些處理後的分碼塊按順序串列連線起來，形成一次傳輸過程中一個傳輸塊的大小。
下行傳輸信道和控制信息
廣播信道（BCH）
廣播信道（BCH）處理過程包括CRC校驗、信道編碼和速率匹配，如圖9所示。BCH初始傳輸塊大小為24bit，然後再添加長度為16bit的CRC校驗序列，其中16bit的CRC校驗序列還要根據基站不同的天線配置使用特定的天線掩碼進行加擾。添加CRC後的傳輸塊使用速率為1/3的咬尾卷積碼進行信道編碼，然後再經過速率匹配後形成長度為E=1920bit（常規CP）或E=1728bit（擴展CP）的傳輸塊，最後傳輸塊映射到PBCH信道進行處理和發射。
下行共享信道（DL-SCH）
下行共享信道（DL-SCH）處理過程包括CRC校驗、碼塊分割、信道編碼、速率匹配和碼塊連線，如圖10所示。最後傳輸塊映射到PDSCH信道上進行處理和傳送。
尋呼信道（PCH）
尋呼信道（PCH）處理過程和下行共享信道一致，最後傳輸塊映射到PDSCH信道上處理和傳送。
多播信道（MCH）
多播信道（MCH）處理過程和下行共享信道一致，最後傳輸塊映射到PMCH信道上處理和傳送。
下行控制信息（DCI）
下行控制信息承載在PDCCH上，主要包括上行/下行數據傳輸的調度信息、上行信道功率控制信息、周期性CQI報告請求、MCCH變更通知等。根據套用場景不同，下行控制信息分為不同的DCI格式，包括DCI格式0/1/1A/1B/1C/1D/2/2A/2B/3/3A，不同的DCI格式承載的信息內容和數據大小不完全相同，具體使用方式如表5所示。
圖9 BCH傳輸處理流程
圖10 DL-SCH傳輸處理流程表5 DCI格式及套用
DCI格式 | 用途 | 物理資源分配方式 |
0 | 包含PUSCH資源調度信息，可由C-RNTI、SPSC-RNTI（Semi-PersistentSchedulingC-RNTI，半持續調度C-RNTI）和TC-RNTI（TemporaryCellRNTI，臨時小區RNTI）加擾 | Type2 |
1 | 包含PDSCH資源調度信息，可由C-RNTI、SPSC-RNTI和TC-RNTI加擾，用於單天線和發射分集工作模式 | Type0/1 |
1A | 包含PDSCH資源調度、隨機接入、尋呼和系統信息，可由C-RNTI、SPSC-RNTI、TC-RNTI、SI-RNTI、P-RNTI和RA-RNTI加擾，用於單天線和發射分集工作模式 | Type2 |
1B | 包含PDSCH資源調度信息，由C-RNTI加擾，用於帶預編碼的單層閉環空間復用工作模式 | Type2 |
1C | 包含隨機接入、尋呼、系統信息和MCCH變化通知信息，可由RA-RNTI、SI-RNTI、P-RNTI和M-RNIT加擾 | Type2 |
1D | 包含PDSCH資源調度信息，由C-RNTI加擾，用於多用戶MIMO工作模式 | Type2 |
2 | 包含PDSCH資源調度信息，可由C-RNTI、SPSC-RNTI加擾，用於閉環空間復用工作模式 | Type0/1 |
2A | 包含PDSCH資源調度信息，可由C-RNTI、SPSC-RNTI加擾，用於開環空間復用工作模式 | Type0/1 |
2B | 包含PDSCH資源調度信息，可由C-RNTI、SPSC-RNTI加擾，用於雙層波束賦形工作模式 | Type0/1 |
（續）
DCI格式 | 用途 | 物理資源分配方式 |
3 | 用於傳輸2bit上行鏈路TPC（TransmissionPowerControl，發射功率控制）信息，由TPC-PUCCH-RNTI或TPC-PUSCH-RNTI加擾 | — |
3A | 用於傳輸1bit上行鏈路TPC信息，由TPC-PUCCH-RNTI或TPC-PUSCH-RNTI加擾 | — |
下行控制信息處理過程包括CRC校驗、信道編碼和速率匹配，如圖11所示。不同的DCI格式大小不同，需要添加長度為16bit的CRC校驗序列，其中16bit的CRC校驗序列還要使用不同類型的終端無線網路臨時標識（RNTI）進行加擾，如表5所示。對於DCI格式0，如果終端支持上行天線選擇傳送功能，則除了使用RNTI加擾外，還需要使用上行傳送天線選擇掩碼進行加擾。添加CRC後的傳輸塊使用速率為1/3的咬尾卷積碼進行信道編碼，然後再經過速率匹配後形成長度為E的傳輸塊，最後傳輸塊映射到PDCCH信道進行處理和發射。
圖11 下行控制信息傳輸處理流程控制格式指示（CFI）
控制格式指示信息承載在PCFICH上，用於指示一個子幀中承載PDCCH傳輸的OFDM符號數，通常為1～3個OFDM符號數，系統頻寬較小時可以為1～4個OFDM符號數，CFI信息長度為2bit。傳輸時2bit信息要經過信道編碼操作，使用塊編碼方式，將2bit信息變成32bit序列，塊編碼方式如表6所示。編碼後的傳輸塊映射到PCFICH信道進行處理和傳送。
表6 CIF信息編碼方式
CFI | CFI編碼 |
1 | |
2 | |
3 | |
4（保留） |
7．HARQ指示（HI）
HARQ指示信息承載在PHICH上，用於反饋PUSCH數據的ACK/NACK信息，使用1bit進行指示。傳輸時1bit信息要經過信道編碼操作，使用簡單重複編碼方式，如表7所示。編碼後的傳輸塊映射到PHICH信道進行處理和傳送。
表7 HI信息編碼方式
HI | HI編碼 |
0 | |
1 |
圖5 Turbo碼速率匹配過程示意圖