基于SystemVue的下行PDSCH信道测量

赵进龙

摘 要：为了满足密集覆盖、高移动性场景下的用户需求，5G将工作在6GHz以下频段的新空口作为重点研究方向之一。本文在SystemVue环境下建立了PDSCH下行链路仿真平台，并对PDSCH链路的总体设计和功能进行了概述。本文对该信道模型下的误码率性能进行了仿真，评估了6GHz以下频段的性能，同时助力5G新频谱资源的研发与验证。

关键词：新空口 PDSCH 误码率 仿真 频谱资源

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）09（a）-0001-03

随着第五代移动通信技术（5G）的蓬勃发展，5G将满足未来人们对超高流量密度、超高移动性能以及超密集连接的需求。与4G相比，5G将支持更加多样化的场景，以及充分利用低频和高频等频谱资源。因此无线频谱资源能否合理利用是5G技术成败的关键因素之一。由于6GHz以下频段具有良好的无线传输特性能，该频段已经成为业界研究的核心频段，5G将通过工作在该低频段的新空口来满足大覆盖、高移动性场景下的用户体验以及对于长距离传输高稳定性能的需求[1]。

物理下行共享信道（PDSCH）是用于承载数据的信道，此数据包括业务数据以及高层信令等信息。本文在3GPP（第三代合作伙伴计划）协议标准规定下，主要针对PDSCH信道进行了测量，并评估信道特性。本文基于SystemVue环境，采用PC侧软件、波形发生器、微波矢量信号源以及矢量信号分析仪结合，组成半实物的验证平台，对6GHz以下频段性能进行评估。

1 PDSCH的结构和功能

在移动通信系统中，信号从基站传递到移动台的物理链路称之为下行信道。每一组资源粒（RE）对应一条下行物理信道，并且资源粒子携带有来自上层的信息。PDSCH是LTE物理下行信道中的一种，用于承载来自传输信道DSCH（下行共享信道）的数据。在下行链路中，传输信道DSCH不能独立存在，必须与前向接入信道或者专用信道同时存在，因此，PDSCH作为传输信道的载体也不能独立存在。

在PDSCH中的数据是以传输块作为基本传输单元的，每个传输块对应MAC（媒体接入控制）层的协议数据单元[2]。在每个传输时间间隔内，传输块从MAC层传送到物理层。其中，传输时间的间隔为1ms，与一个子帧的持续时间相同。

用户使用PDSCH进行数据传输时，每个用户的一个子帧可以传输一个或者两个传输块，传输块的数目取决于用户所使用PDSCH选择的传输模式。另外，由于在LTE体制中并未设计专用的寻呼指示信道，所以在常规的物理下行控制信道（PDCCH）中携带了寻呼指示信息，在PDSCH中执行具体的寻呼功能。

2 PDSCH信道测量

SystemVue是Keysight公司推出的一款专业从事高级硬件和软件信号处理与通信系统设计的行业工具。具有大量可选择的仿真库，允许用户有针对性地增加通信、逻辑、DSP以及射频模拟功能模块。本文在SystemVue仿真环境中对PDSCH下行链路进行了构建，采用信号源（5182A）、信道仿真器（Sprint）和频谱分析仪（N9020A）搭建了硬件平台，对PDSCH下行发射端链路以及接收端链路进行了设计，并对该信道模型下的误码率性能进行了仿真。

2.1 PDSCH的发射链路设计

发送端主要进行的处理是将原始信息转换成可靠的数据流然后在基站侧发射。在下行发送端链路主要完成的功能有信道编码、速率匹配、CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）、加扰、数字调制、层映射、预编码、RE映射、产生OFDM（正交频分复用）信号等[3，4]。

PDSCH下行发射链路的处理流程，可以用图2进行概括：（1）每个PDSCH传输块都要进行循环冗余校验，目的是保证数据传输的正确性和完整性。（2）数据在信道传输过程中易受到噪声干扰，为了降低由于干扰带来的差错，信道编码器会对传输块进行抗干扰编码，从而提高通信系统的可靠性。（3）为了保证在接收端可以获得信道编码所带来的增益，所以对PDSCH下行发射信道进行了加扰处理，使得相邻小区间的干扰随机化。（4）在发射端系统设计中，采用了QPSK、16QAM和64QAM这3种调制方式。（5）为了解决系统发射天线数目与传输码字数目不匹配的问题，需要用到层映射与预编码技术。首先按照一定的规则将码字流重新映射到一个或者多个层中，产生新的数据流，然后将该数据流进行预编码，从而将传输数据流映射到了不同的天线端口上。（6）RE映射的功能是将各个天线端口对应的复值符号块映射到资源粒子上。

2.2 PDSCH的接收链路设计

在基站侧发送的数据信息被接收之后，需要经过一系列的处理流程，接收链路结构如图3所示。

下行接收链路主要由快速傅里叶变换、解析RE资源映射（取出参考信号与数据信息）、信道均衡（降低码间干扰的影响）、解层映射、解调制、解扰（解扰器）、信道解码（译码器）和CRC校验等模块组成。

2.3 性能分析

鉴于电信运营商会将其LTE网络以及演进系统迁移至5G网络，低于6GHz频段的可用物理资源非常重要[5]。在本文中选取的载频为2.0GHz，具体参数配置如表1所示。

在加性高斯白噪声模型下，得到了下行链路的误码率性能仿真结果。在仿真结果中对比了QPSK、16QAM和64QAM这3种调制方式下的BER，如图4所示，通过对比可知PDSCH信道的误码率性能与调制方式密切相关，系统传输可靠性能在QPSK方式下较好，16QAM次之，64QAM相对较弱。

3 结语

在本文中基于SystemVue搭建的PDSCH的半实物半软件的验证平台，使我们直观地理解了无线通信技术的物理層内容。通过性能数据分析，验证了PDSCH仿真链路的正确性，以及调制方式是影响系统误码率的重要因素之一。

随着5G技术的持续发展，移动通信的应用场景不断增多，对服务质量的需求也不断提高，因此技术革新之路任重而道远。

参考文献

[1] IMT-2020（5G）推进组.5G无线技术架构白皮书[EB/OL].（2015-0-29）.http：//www.docin.com/p-1449034454.html.

[2] 塞西亚，著.LTE/LTE-Advanced-UMTS长期演进理论与实践[M].马霓，夏斌，译.北京：人民邮电出版社，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，索世强，全海洋，等.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2008：67-72.

[5] 陈亮，杨奇.5G网络中无线频谱资源分配的进展分析[J].光通信研究，2016（6）：68-71.