4G LTE移动通信传输过程深度分析与仿真研究

物理层处理的起点是MAC层传下来的TB，终点是生成基带OFDM信号。然后上变频或下变频将基带OFDM信号变成射频信号，通过天线发射出去。与资源调度一样，物理层处理也分上行和下行，二者处理流程类似，以下行为例介绍。

下行处理流程如下，共11个步骤。第1步~第5步指物理层对TB进行CRC，信道编码等操作后得到码字（CW，Code Word）；第6步~第11步为4G网络关键技术MIMO、OFDM在物理层如何实现。

上行和下行处理流程区别在哪？有两点：

1）下行可以同时处理两个TB，上行只能处理1个TB（注：R10版本上行最多可支持四流传输，此时上行也能同时处理2个TB，但基本未商用）；

2）下行采用OFDM方式，上行为避免峰均比过高采用SC-OFDM，因此，上行处理在层映射和预编码之间增加一步：变换预编码，以达到上行单载波目的。物理层处理--从TB到码字

下行能同时处理两个TB，两个TB的处理流程完全相同，因此就以一个TB处理流程为例，解释每一步干什么，从哪来，到哪去，怎么做。

第一步：CRC。这个很好理解，就是在TB后附加24bit的校验比特，目的是在接收端检查这么一大块数据有没传错。

第二步：码块分割。把大码块分割成小码块，每个小码块继续添加24bit的CRC校验。同时要注意以下几点：

1）不是所有码块都要分割，只有那些很大的码块才要分割。

2）据《3GPPTS 36.212》所述，大于6144bit的码块才要分割。

3） 定义6144是因为下一步信道编码中能处理的最大数据块就是6144bit。

假设有1个很大的TB传下来，数据块后附加24bit CRC校验，发现大于6144bit，则再次分割（假设分成两块），每块后再附加24bit CRC校验。

第三步：信道编码。我们都知道信道编码的目的是保证信息传输不出错，提高可靠性，简单讲实施信道编码就是，发送端在信息bit后附加校验bit，使信息bit和校验bit有一定的数学关系，称为编码；接收端收到后猜传的是1还是0，称为译码。按照校验bit和信息bit之间的关系可以把信道编码分为线性分组码和卷积码，区别在于，线性分组码的校验bit只和它们要保护的当前传输的信息bit有关系，而卷积码的校验bit除和当前传输的信息bit有关外，还和前一时刻传输的信息bit有关，第一步的CRC就可以认为是线性分组码，3G WCDMA采用的就是卷积码。

在4G中，采用的信道编码是著名的Turbo码，码率为1/3。这一步，针对第二步码块分割后得到的每个码块独立进行信道编码，输出三行数据，分别是：系统比特流，第一校验比特流，第二校验比特流。

Turbo码编码器其实就是把两个卷积码编码器并行起来，中间加一个交织器，也叫做并行级联卷积码。因为有两个卷积码编码器，每个编码器都会输出校验bit，所以Turbo码输出两个校验bit流，称为第一校验bit流和第二校验bit流，加上原始数据，共输出三行数据，整个译码过程类似涡轮工作，所以就把这个编码方法称为turbo码。在4G网络里，这个交织器最大能处理的数据长度是6144bit，这也是为什么第二步里超过6144bit的码块要被拆了。

第四步，速率匹配。信道编码后的数据最终要通过无线资源传输，但是数据量和传输资源往往不匹配，有时传的数据量多而传输资源不够，有时数据量少而传输资源多，这就需要把这两部分匹配起来，叫做速率匹配，一般有两种方法：（1）打孔，扔掉一些数据bit；（2）重复，复制数据bit充数。

在4G网络，每一个码块信道编码后，Turbo编码器并行输出三行数据，而最终传输的肯定是一行数据流，这就是4G网络中速率匹配要解决的问题。下图是速率匹配器结构图，Turbo信道编码后的三行数据同时输入，分别通过行列交织器后，存在缓冲器中，系统比特流排在缓冲器头部，校验bit流排在尾部。比特选择器在缓冲器中选择一个“起点”，并顺序选出指定大小的一行数据，作为输出，共有四种“起点”选择方式。

第五步，码块级联。速率匹配后最终得到串行的数据bit流，形式上和第一步的输入TB是一样的，不过这时数据流改名叫码字（CW，Code Word）。

系统仿真部分代码如下：

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