Введение

Этот проект основан на LTE HDL MIB Recovery, добавляя обработку, необходимую для декодирования SIB1. Он основан на LTE Toolbox™ Cell Search, MIB и SIB1 Recovery (LTE Toolbox).

В порядок декодирования SIB1 сообщения требуются дополнительные шаги после декодирования MIB (главного информационного блока). Этот проект добавляет функциональность для определения местоположения и декодирования PCFICH (канал индикатора формата физического управления), PDCCH (канал управления физическим нисходящим каналом) и PDSCH (совместный канал физического нисходящего канала). Расширяемая архитектура, используемая в LTE HDL MIB Recovery, позволяет расширить проект при повторном использовании основных функциональных возможностей реализации восстановления MIB. Этот проект может быть реализована на платформах SoC с помощью аппаратно-программных пакетов совместного проектирования и аппаратной поддержки. См. раздел Развертывание примеров готовых узлов LTE HDL на СнК.

Сводные данные этапов обработки SIB1

Начальные этапы восстановления SIB1 те же, что и для LTE HDL MIB Recovery, состоящего из поиска камеры, обнаружения PSS/SSS, демодуляции OFDM и декодирования MIB. Обнаружение сигнала LTE, синхронизация по времени и частоте и демодуляция OFDM выполняются по принятым данным, обеспечивая информацию о номере субкадра, дуплексном режиме и идентификаторе камеры принятой формы волны. Принятые данные буферизуются в буфере памяти подкадров сетки, и, как только полный подкадр сохранен в памяти, вычисляется оценка канала. Оценка канала может затем использоваться, чтобы выровнять сетку, когда данные считываются из буфера. Когда подкадр 0 сохранен в буфере, и оценка канала вычислена, физический широковещательный канал (PBCH) может затем быть извлечен из сетки, выровнен и декодирован, восстанавливая сообщение MIB.

Сообщение MIB содержит ряд параметров, которые требуются для декодирования последующих каналов. Одним из этих параметров является номер системной системы координат (SFN). SFN требуется для определения местоположения SIB1 сообщения, поскольку SIB1 сообщение отправляется только в четных пронумерованных системах координат (mod(SFN,2) = 0). Следовательно, если сообщение MIB было декодировано в нечетной системе координат, приемник должен подождать до следующего четного кадра, прежде чем пытаться декодировать SIB1. Когда приемник декодировал сообщение MIB и принял подкадр 5 четной системы координат, может быть предпринята попытка декодирования SIB1.

Сообщение MIB также предоставляет системный параметр NDLRB, указывающий количество ресурсных блоков нисходящей линии связи, используемых передатчиком. Для различных значений NDLRB (различные полосы пропускания) количество активных поднесущих отличается. Следовательно, NDLRB влияет на индексацию ресурсной сетевой памяти для каждого из каналов, обработанных после PBCH.

NDLRB сначала используется для вычисления ресурсных элементов (RE), выделенных каналу индикатора формата физического управления (PCFICH), и соответствующие символы могут быть извлечены из ресурсной сетки. Декодер PCFICH затем пытается декодировать данные CFI, используя символы, извлеченные из ресурсной сетки.

CFI указывает количество символов OFDM, выделенных физическому нисходящему каналу управления (PDCCH). CFI, в сочетании с параметрами MIB NDLRB, Длительностью PHICH и Ng, используется для вычисления, какие ресурсные элементы (RE) выделяются PDCCH. Эти RE запрашиваются от сетки и передаются в декодер PDCCH. Если декодируемый сигнал использует дуплексирование с делением каналов (TDD), распределение PDCCH изменяется на основе используемого строения TDD. Поскольку строение TDD на данной точке не известно, каждый из строений TDD, которые влияют на выделение PDCCH, испытывают до успешного декодирования.

После декодирования PDCCH проводится слепой поиск общего пространства поиска PDCCH, чтобы найти сообщение DCI (информация управления нисходящей линии связи) для SIB1. Это сообщение DCI имеет CRC, скремблированный с SI-RNTI (Временный идентификатор сети радиосвязи системной информации), и содержит информацию о выделении и кодировании SIB1 сообщения в PDSCH. Операция поиска слепо пытается декодировать сообщения DCI с рядом возможных форматов от ряда кандидатов. Если декодируемый сигнал использует TDD, и сообщение DCI не найдено во время поиска, то декодирование PDCCH будет повторено для любых неиспользованных строений TDD.

После определения местоположения сообщение DCI анализируется, задавая тип распределения DCI, RIV и параметры Gap, необходимые для вычисления распределения ресурсов PDSCH. Затем могут быть вычислены блоки физических ресурсов (PRB), выделенные SIB1 сообщению в PDSCH. Анализ сообщения DCI также предоставляет информацию о длине транспортного блока и версиях избыточности, необходимых для декодирования PDSCH.

Используя информацию выделения PRB, можно вычислить RE, назначенные SIB1 сообщению в PDSCH. Декодирование PDSCH затем обрабатывает данные, извлеченные из ресурсной сетки. Если декодирование не содержит ошибок, возвращаются SIB1 биты сообщений.

Архитектура и строение

Архитектура предназначена для расширения, что позволяет добавлять, удалять или обменивать подсистемы обработки каналов на альтернативные реализации. Эта расширяемость проиллюстрирована сложениями, сделанной в проект MIB для создания SIB1 проекта. Функциональность ядра одинаковая, дополнительная обработка и управление добавлены для трех дополнительных каналов, необходимых для декодирования SIB1.

Чтобы разрешить повторное использование и совместное использование основных подсистем модели, пример использует Модели-ссылки. Ссылка на модель позволяет проводить модульное тестирование каждой из подсистем и создавать экземпляры моделей в нескольких различных примерах. LTE HDL Cell Search, LTE HDL MIB Recovery и LTE HDL SIB1 восстановления все общие образцы модели.

Структура модели примера

Верхний уровень модели ltehdlSIB1Recovery показан на рисунке ниже. Подсистема SIB1 LTE HDL поддерживает генерацию HDL-кода. Подсистема выделения ресурсов SW DCI представляет собой программный фрагмент проекта, разделенную для реализации совместного проектирования аппаратных/программных средств. Блок MATLAB Function stateViewer генерирует текстовые информационные сообщения на основе сигнала decoderState от SIB1 HDL LTE и печатает эту информацию как в Simulink Diagnostic Viewer, так и в графическое окно MATLAB. stateViewer также формирует сигнал stopSimulation, который останавливает симуляцию, когда декодер достигает конечного состояния, как обозначено текстовыми информационными сообщениями.

Распределение ресурсов SW DCI

Подсистема выделения ресурсов SW DCI содержит образец модели ltehdlDCIResourceAllocation. Шины используются здесь, чтобы облегчить маршрутизацию сигналов к и от этой подсистемы.

dciRecourceAllocation

ltehdlDCIResourceAllocation модели-ссылки выполняет синтаксический анализ бит сообщений DCI, генерирует параметры DCI, затем использует параметры DCI для вычисления выделения DCI Physical Resource Block (PRB). Эти операции эквивалентны функциям LTE Toolbox lteDCI и lteDCIResourceAllocation. Из-за сложности расчета распределения PRB эта часть проекта была выбрана для реализации в программном обеспечении, поскольку реализация HDL потребует большого объема оборудования ресурсов.

SIB1 HDL

Подсистема SIB1 LTE HDL содержит 2 подсистемы. Подсистема Demod Downlink Sync является образцом модели ltehdlDownlinkSyncDemod, которая описывается в примере LTE HDL Cell Search. Он выполняет поиск камеры, синхронизацию по времени и частоте и демодуляцию OFDM. Подсистема декодера SIB1 MIB + HDL выполняет операции декодирования канала, необходимые для декодирования сообщений MIB и SIB1, как описано ниже.

Декодер SIB1 MIB + HDL

Структура HDL MIB + SIB1 Decoder представлена ниже. Он получает демодулированные сеточные данные OFDM от подсистемы Demod Sync Downlink и сохраняет данные в буфере субкадров, Resource Grid Memory. Затем он вычисляет оценку канала для принятых данных в Подсистеме оценки канала и использует это для выравнивания данных по мере считывания из памяти сетки ресурса. Последовательность шагов декодирования канала затем выполняют в порядок для декодирования SIB1 сообщения. Всего существует 10 ссылочных модели на этом уровне иерархии: 4 декодера канала, 4 подсистемы генерации индекса канала и 2 подсистемы, выполняющие буферизацию сетки ресурса, оценку канала и эквализацию.

Индексация PBCH, память ресурсной сетки, эквализация канала и декодер MIB - все это создает экземпляры тех же ссылочных моделей, которые используются в примере MIB. Для получения дополнительной информации о операции этих ссылочных моделей см. раздел Восстановление LTE HDL MIB.

Индексация подсистем

Существует 4 подсистемы индексации, соответствующие 4 каналам, которые необходимо декодировать в порядок для приема SIB1 сообщения: PBCH, PCFICH, PDCCH и PDSCH. Каждая из подсистем индексации имеет соответствующую подсистему декодирования. Подсистемы индексации используют адресную шину, состоящую из адреса считывания, соответствующего номеру поднесущей, банка считывания, соответствующего символу OFDM, и сигнала разрешения считывания для управления доступом к сетке. read_selector Блока MATLAB function выбирает между выходами 4 подсистем индексации на основе сигнала разрешения чтения. Предполагается, что только одна подсистема индексации попытается считать с сетки в любой момент времени, при этом подсистема CONTROL отвечает за включение подсистем индексации в соответствующее время.

Индексация PBCH

Блок PBCH Indexing ссылается на модель ltehdlPBCHIndexing. Он выполняет генерацию индекса для PBCH и эквивалентен функции LTE Toolbox ltePBCHIndices.

Индексация PCFICH

Блок PCFICH Indexing ссылается на модель ltehdlPCFICHIndexing. Он генерирует индексы, необходимые для чтения символов PCFICH из памяти сетки, и эквивалентен функции LTE Toolbox ltePCFICHIndices. PCFICH всегда находится в первом символе OFDM (первый банк памяти сеточного буфера) и имеет 16 символов в длину, в 4 группы по 4 символа. 4 группы символов распределены в четвертях занимаемой полосы со смещением, зависимым от идентификатора Камеры.

Индексация PDCCH

Подсистема индексации PDCCH генерирует индексы, необходимые для чтения символов PDCCH из памяти сетки. Он ссылается на модель ltehdlPDCCHIndexing и эквивалентен функциям LTE Toolbox ltePDCCHIndices и ltePDCCHDeinterleave. PDCCH охватывает от 1 до 4 символов OFDM, что определяется значением, декодированным из PCFICH. Количество поднесущих, охватываемых PDCCH, зависит от NDLRB. В результате количество символов, считанных из сетки, изменяется, что обозначается выходом nSymbols. PDCCH занимает все символы OFDM, указанные CFI, но должен исключить любые местоположения, которые уже были назначены другим каналам, таким как PCFICH и PHICH. Расчет основной индексации выполняется подсистемой PDCCH_Index_Gen. Затем он вычисляет местоположения PCFICH и PHICH, исключая эти местоположения из области значений индексов, занимаемых PDCCH. В режиме TDD количество символов, занятых PHICH, изменяется на основе строения TDD. Для различных строений TDD существует три возможных значения mi (0, 1 и 2), как указано в разделе 6.9 [1], который является умножителем на размер области, выделенной PHICH. Когда в режиме дуплекса задан FDD, mi всегда равен 1. Размер PDCCH с точки зрения как квадруплетов (группы из 4 символов), так и символов задается выходами Mquad и Msymb.

Подсистемы ramAddrCalc и lk_ram используются для выполнения циклического сдвига на квадруплетах с использованием cellID. Поскольку сообщение DCI для SIB1 всегда передается в общем пространстве поиска PDCCH, возможно уменьшить количество символов, которые считываются из памяти сетки, путем извлечения только символов из общего пространства поиска. В порядок для этого выполняется операция обращенного перемежения PDCCH, и первые 576 символов запрашиваются из сетки. Если в PDCCH меньше 576 символов, то будут запрошены все символы. В LTE Toolbox операция удаления перемежения PDCCH выполняется в рамках ltePDCCHDecode функция. Однако, поскольку эта функция просто переупорядочивает данные и не изменяет содержимое данных, возможно переместить этот этап обработки в более раннюю точку в приемнике. Путем перемещения обратного перемежителя, чтобы действовать на индексы, а не данные, и сокращения до общего пространства поиска после обратного перемежения, требования к памяти для обратного перемежителя и декодера PDCCH уменьшаются.

Индексация PDSCH

Индексация PDSCH вычисляет местоположение PDSCH в памяти сетки на основе набора блоков физических ресурсов (PRB), который передается этому блоку из вычисления распределения ресурсов DCI в подсистеме выделения ресурсов SW DCI. Индексация PDSCH является образцом модели ltehdlPDSCHIndexing и эквивалентна функции LTE Toolbox ltePDSCHIndices. PDSCH занимает все символы в наборе PRB, которые ранее не были назначены другому каналу. Следовательно, функция индексации PDSCH должна исключать любые местоположения, которые назначены PSS и SSS, и всю область канала управления (то есть символы OFDM, обозначенные PCFICH). Поскольку SIB1 сообщение всегда происходит в подкадре 5 четной системы координат, нет необходимости исключать местоположения PBCH, поскольку они происходят только в подкадре 0.

Подсистемы декодера

Существует 4 подсистемы декодера, каждая из которых имеет соответствующую подсистему индексации. При включении подсистемы декодера обрабатывают уравненные символы из Подсистемы Эквализации Канала, выполняя операции, необходимые для декодирования канала. Подсистема CONTROL включает каждую из подсистем декодера в соответствующее время. Выходы каждой из подсистем декодера используются для определения местоположения и декодирования последующих каналов в цепи. Чтобы гарантировать, что эта информация доступна, когда это необходимо, каждая из подсистем декодера регистрирует декодированную информацию на выходе для последующего доступа. Регистры выхода очищаются с помощью ввода clearOutputReg на каждом из декодеров.

Декодер MIB

Декодер MIB использует ту же ссылку на модель, ltehdlPBCHDecoder, которая используется в примере LTE HDL MIB. Он выполняет операции декодирования PBCH и BCH, эквивалентные функциям LTE Toolbox ltePBCHDecode и lteMIB. Выходы этого блока обеспечивают информацию, необходимую для определения местоположения и декодирования информации канала для последующих каналов.

CFI-декодер

CFI Decoder использует модель, на которую ссылается ltehdlPCFICHDecoder. Он выполняет операции декодирования PCFICH и CFI, эквивалентные ltePCFICHDecode и lteCFIDecode функционирует в LTE Toolbox. Вход от эквализации канала - это 16 символов, запрошенных индексацией PCFICH. Подсистема декодера PCFICH выполняет дескремблирование и QPSK демодуляцию 16 символов PCFICH, чтобы получить 32 мягких бита. Подсистема извлечения CFI затем коррелирует мягкие биты с тремя кодовыми словами CFI. Кодовое слово с самой сильной корреляцией задает значение CFI 1, 2 или 3. Значение CFI указывает количество символов OFDM, занимаемых PCFICH. Если NDLRB больше десяти, количество символов OFDM равно значению CFI (1, 2 или 3). Если NDLRB меньше или равен десяти, количество символов OFDM на один больше, чем значение CFI (2, 3 или 4). Эта информация используется подсистемами индексации PDCCH и PDSCH.

PDCCHDecodeSearch

Подсистема PDCCHDecodeSearch использует модель, на которую ссылается ltehdlPDCCHDecode. Он выполняет операции декодирования PDCCH, слепого поиска PDCCH и декодирования DCI, необходимые для определения местоположения и декодирования SIB1 сообщения DCI в PDCCH. Это примерно эквивалентно функциям LTE Toolbox ltePDCCHDecode, ltePDCCHSearch, и lteDCI (который используется в ltePDCCHSearch) с несколькими модификациями. Поскольку SIB1 сообщение DCI всегда находится в общем пространстве поиска PDCCH, только эти символы извлекаются из сеточного буфера, как описано выше для индексации PDCCH. SIB1 сообщение DCI всегда имеет формат DCI 1A или 1C. Он находится в общем пространстве поиска PDCCH с использованием уровней агрегирования PDCCH 4 или 8, и CRC для сообщения DCI скремблируется временным идентификатором сети радиосвязи системной информации (SI-RNTI). Используя эту информацию, поиск может быть упрощен по сравнению с LTE Toolbox ltePDCCHSearch реализация. Для получения дополнительной информации о процессе поиска по PDCCH LTE Toolbox, смотрите пример PDCCH Blind Search и DCI Decoding (LTE Toolbox). Подсистема PDCCHSearch слепо пытается декодировать сообщения DCI от всех возможных кандидатов и комбинаций в пределах общего пространства поиска, пока не будет декодировано сообщение DCI с правильной маской CRC, что указывает на то, что SIB1 сообщение DCI было найдено, или все кандидаты были предприняты, и нет SIB1 DCI Когда SIB1 сообщение DCI найдено, поиск прекращается, и информация из декодированного сообщения DCI возвращается из блока. Затем эта информация передается в подсистему выделения ресурсов SW DCI, чтобы проанализировать сообщение DCI и определить, какие ресурсы в PDSCH были выделены SIB1 сообщению.

Подсистема демодирования/дескремблирования выполняет дескремблирование и демодуляцию QPSK, в то время как подсистема PDCCHSearch выполняет процесс поиска, описанный более подробно ниже.

PDCCHSearch

В подсистеме PDCCHSearch существует ряд этапов обработки, которые объединяются для выполнения операции поиска PDCCH. Блок MATLAB function записывает входящие данные в ОЗУ PDCCH, затем управляет процессом поиска, повторяя различные комбинации формата DCI, формата PDCCH и кандидатов PDCCH. Блок MATLAB function генерирует адреса чтения для ОЗУ PDCCH с учетом номера и размера кандидата PDCCH. Блок MATLAB function эквивалентен функции LTE Toolbox lteRateRecoverConvolutionalвыполняют обратное перемежение и восстановление скорости для сверточного декодера. Подсистема dciDecode выполняет сверточное декодирование восстановленных бит скорости, затем проверяет CRC сообщения с SI-RNTI, чтобы определить, было ли найдено SIB1 сообщение DCI. При успешном декодировании биты сообщений DCI буферизуются и выводятся, и процесс поиска останавливается. Процесс поиска PDCCH также остановится, если все возможные кандидаты были проверены, но сообщение DCI для SIB1 не было найдено, с указанием выхода ошибки.

PDSCHDecode

Подсистема PDSCHDecode использует модель, на которую ссылается ltehdlPDSCHDecode. Это эквивалентно ltePDSCHDecode и lteDLSCHDecode функционирует в LTE Toolbox. QPSKDemod и PDSCHPRBS демодулируют входящие сигналы и генерируют последовательность дескремблирования. Дескремблированные биты затем передаются в TurboRateRecovery, который выполняет перемежение и восстановление скорости входящих бит. Подсистема SampleControlBusGeneration генерирует управляющие сигналы, необходимые для взаимодействия с LTE Turbo Decoder и LTE CRC Decoder, которые декодируют сигнал. Декодер CRC LTE указывает состояние декодирования CRC, задавая сигнал err вместе с конечным сигналом в выходе ctrl, если ошибки были обнаружены. Если CRC не обнаруживает никаких ошибок, то SIB1 сообщение было успешно декодировано, и sib1_bits поступают из блока, причем bitsValid указывает, когда sib1_bits действительны. После обнаружения SIB1 сообщения и выхода бит из PDSCHDecode симуляция останавливается. Не предпринимается попыток объединить различные версии избыточности (RV) DLSCH.

Подсистема CONTROL

Подсистема CONTROL отслеживает состояние декодера через различные этапы обработки канала, позволяя каждой из подсистем индексации и декодирования в свою очередь. Номер подкадра и номер системы координат приняты как входы, что позволяет функции frameCount отслеживать номер системной системы координат (SFN). Подкадр и номера систем координат используются, чтобы определить, когда каналы будут доступны для декодирования (например SIB1 передается только в подкадре 5 четных пронумерованных систем координат). Блок MATLAB function реализует простой конечный автомат, который отслеживает, какие этапы обработки были завершены, и какой этап включить следующий. Состояние декодера выводится из контроллера и анализируется блоком MATLAB function на верхнем уровне модели, чтобы получить считываемые человеком сообщения.

Когда принятый сигнал находится в режиме TDD, подсистема CONTROL управляет слепым поиском каждой из строений TDD, запуская индексацию PDCCH и декодирование PDCCH для каждого из трех возможных значений mi. Различные значения mi {0,1,2} приводят к различным выделениям PHICH, следовательно, к различным выделениям PDCCH. Распределения PDCCH вычисляются и декодирование PDCCH предпринимается для каждого значения mi до тех пор, пока не будет найдено SIB1 сообщение DCI или не будут исчерпаны все возможности.

Результаты и отображение

Симуляционная модель сконфигурирована, чтобы остановить симуляцию при ряде условий:

Если SIB1 сообщение успешно декодировано, оно выводится из порта sib1Bits с sib1BitsValid портом, указывающим, когда выход действителен. Данные буферизуются и отправляются в рабочее пространство MATLAB.

LTE HDL SIB1 Приемника State Information окна рисунка отображает текстовые сообщения, указывающие текущее состояние декодера. Состояние системы отслеживается подсистемой CONTROL, причем сигнал decoderState передается на верхний уровень модели, где блок statePrint MATLAB Function генерирует текстовые информационные сообщения.

Блоки отображения на верхнем уровне модели показывают некоторые ключевые параметры, декодированные каждым из этапов обработки канала. Ряд ключевых управляющих сигналов из подсистемы CONTROL регистрируются для просмотра логическим анализатором.

Генерация HDL-кода и верификация

Чтобы сгенерировать HDL-код для этого примера, вы должны иметь лицензию HDL- Coder™. Обратите внимание, что генерация испытательного стенда для этого примера занимает много времени из-за длины симуляции, необходимой для создания тестовых векторов.

HDL-код для подсистемы SIB1 HDL LTE был сгенерирован с помощью рабочего процесса HDL Workflow Advisor IP Core Generation для платы оценки ZC706 Xilinx ® Zynq ® -7000 и затем синтезирован. Результаты использования почтовых и маршрутных ресурсов показаны ниже. Проект соответствовал синхронизации с целевой тактовой частотой 150MHz. Использование рабочего процесса генерации ядра IP-процессора позволяет сопоставить входной и выходной порты с AXI4-Lite регистрами, сокращая количество необходимых контактов ввода-вывода FPGA и позволяя разделить проект между оборудованием и программным обеспечением.

       Resource        Usage 
    _______________    ______

    Slice Registers    128726
    Slice LUTs         70032 
    RAMB18             52    
    RAMB36             193   
    DSP48              156   

Для получения дополнительной информации смотрите Алгоритмы беспроводной связи прототипа на оборудовании.

Ограничения симуляции

Блок MATLAB function stateViewer не поддерживается для симуляции в быстрых режимах Accelerator. Этот блок можно удалить или прокомментировать, если требуется быстрая симуляция ускорителя.

Ссылки

1. 3GPP TS 36.211, «Физические каналы и модуляция»