摘要：這是4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸流程系列的第三課捷泞，上一課講了資源調(diào)度声搁，備好糧草，這一課我們集結(jié)兵馬捕发，趟一趟物理層處理流程疏旨。先講從傳輸塊TB到碼字（CW，Code Word）扎酷，重點(diǎn)是信道編碼和速率匹配檐涝。有請(qǐng)小編Bob。
物理層處理的起點(diǎn)是MAC層傳下來(lái)的TB法挨，終點(diǎn)是生成基帶OFDM信號(hào)谁榜。然后上變頻或下變頻將基帶OFDM信號(hào)變成射頻信號(hào)，通過(guò)天線發(fā)射出去凡纳。與資源調(diào)度一樣窃植，物理層處理也分上行和下行，二者處理流程類似荐糜，仍然以下行為例介紹（還記得不巷怜？下行是指Bob從基站下載小視頻~，關(guān)注公眾號(hào)“wisdom365”了解更多）暴氏。
上行和下行處理流程區(qū)別在哪延塑？有兩點(diǎn)：
（1）下行可以同時(shí)處理兩個(gè)TB，上行只能處理1個(gè)TB（注：R10版本上行最多可支持四流傳輸答渔，此時(shí)上行也能同時(shí)處理2個(gè)TB页畦，但基本未商用）；
（2）下行采用OFDM方式研儒，上行為避免峰均比過(guò)高采用SC-OFDM豫缨，因此，上行處理在層映射和預(yù)編碼之間增加一步：變換預(yù)編碼端朵，以達(dá)到上行單載波目的好芭。
由于物理層處理步驟實(shí)在是太多了，小編只能分成兩篇文章來(lái)講冲呢，第一篇講述第1步~第5步（上圖中標(biāo)灰的框）舍败，第二篇講述第6步~第11步。
物理層處理--從TB到碼字
下行能同時(shí)處理兩個(gè)TB敬拓，兩個(gè)TB的處理流程完全相同邻薯，因此小編就以一個(gè)TB處理流程為栗子，力求說(shuō)清楚每一步干什么乘凸？從哪來(lái)厕诡？到哪去？ 怎么做营勤？
第二步：碼塊分割灵嫌。把大碼塊分割成小碼塊壹罚，每個(gè)小碼塊繼續(xù)添加24bit的CRC校驗(yàn)。
A：每次碼塊都要分割嗎寿羞？
A：如果是猖凛，為什么要分割呢？
A：如果不是绪穆，什么樣的碼塊要分割呢辨泳？
B：不是所有碼塊都要分割，只有那些很大的碼塊才要分割玖院。
A：多大漠吻？
B：據(jù)《圣經(jīng)》3GPP TS 36.212記載，大于6144bit的碼塊才要分割司恳。
A：為什么是6144bit途乃？6666不行嗎？多吉利
B：扔傅。耍共。。定義6144是因?yàn)橄乱徊叫诺谰幋a中能處理的最大數(shù)據(jù)塊就是6144bit猎塞。
假設(shè)有1個(gè)很大的TB傳下來(lái)试读，數(shù)據(jù)塊后附加24bit CRC校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大于6144bit荠耽，則再次分割（假設(shè)分成兩塊）钩骇，每塊后再附加24bit CRC校驗(yàn)。
第三步：信道編碼铝量。地球人都知道信道編碼的目的是保證信息傳輸不出錯(cuò)倘屹，提高可靠性，否則Alice傳過(guò)去的小視頻就都是馬賽克了~~慢叨。
怎么實(shí)施信道編碼呢纽匙？簡(jiǎn)單講， 發(fā)送端在信息bit后附加校驗(yàn)bit拍谐，使信息bit和校驗(yàn)bit有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系烛缔，稱為編碼；接收端收到后猜傳的是1還是0轩拨，稱為譯碼烫葬，當(dāng)然這里的猜可不是拍大腿猜嚼锄，是通過(guò)算法有理有據(jù)的猜既鞠。按照校驗(yàn)bit和信息bit之間的關(guān)系可以把信道編碼分為線性分組碼和卷積碼瞳浦，區(qū)別在于，線性分組碼的校驗(yàn)bit只和它們要保護(hù)的當(dāng)前傳輸?shù)男畔it有關(guān)系寸宵，而卷積碼的校驗(yàn)bit除和當(dāng)前傳輸?shù)男畔it有關(guān)外崖面，還和前一時(shí)刻傳輸?shù)男畔it有關(guān)（好繞啊。梯影。）巫员，第一步的CRC就可以認(rèn)為是線性分組碼，3G WCDMA采用的就是卷積碼甲棍。
在4G中简识，采用的信道編碼是著名的Tur..bo..碼， 碼率為1/3感猛。這一步里七扰，針對(duì)第二步碼塊分割后得到的每個(gè)碼塊獨(dú)立進(jìn)行信道編碼，輸出三行數(shù)據(jù)陪白，分別是：系統(tǒng)比特流颈走，第一校驗(yàn)比特流，第二校驗(yàn)比特流咱士。
A：話說(shuō)Turbo不是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的意思嗎立由？Turbo碼到底是什么？
B：Turbo碼是C. Berrou與A. Glavieux在1993 年瑞士日內(nèi)瓦舉行的IEEE ICC國(guó)際通信學(xué)會(huì)上首次提出的一種級(jí)聯(lián)碼序厉，基本原理是編碼器通過(guò)交織器把兩個(gè)分量編碼器進(jìn)行并行級(jí)聯(lián)锐膜，兩個(gè)分量編碼器分別輸出對(duì)應(yīng)校驗(yàn)bit；譯碼器在兩個(gè)分量編碼器之間進(jìn)行迭代譯碼弛房，分量譯碼器之間傳遞去掉正反饋的外信息道盏，整個(gè)譯碼過(guò)程類似渦輪工作，所以就把這個(gè)編碼方法稱為渦輪碼文捶，錯(cuò)了荷逞，是Turbo碼。
A：說(shuō)人話粹排。颅围。。
B：Turbo碼編碼器其實(shí)就是把兩個(gè)卷積碼編碼器并行起來(lái)恨搓，中間加一個(gè)交織器院促，也叫做并行級(jí)聯(lián)卷積碼。因?yàn)橛袃蓚€(gè)卷積碼編碼器斧抱，每個(gè)編碼器都會(huì)輸出校驗(yàn)bit常拓，所以Turbo碼輸出兩個(gè)校驗(yàn)bit流，稱為第一校驗(yàn)bit流和第二校驗(yàn)bit流辉浦，加上原始數(shù)據(jù)弄抬，共輸出三行數(shù)據(jù)。一圖勝千言宪郊，看下圖掂恕。
A：然后呢拖陆？
B：編碼器中的這個(gè)交織器可是神來(lái)之筆，Turbo碼有增益全靠有它懊亡。在4G網(wǎng)絡(luò)里依啰，這個(gè)交織器最大能處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是6144bit，這也是為什么第二步里超過(guò)6144bit的碼塊要被拆了店枣。
A：歐速警，然后呢？
B：Turbo譯碼器是兩個(gè)串聯(lián)的卷積碼譯碼器鸯两，第一個(gè)譯碼器的輸出通過(guò)交織器打亂順序后作為第二個(gè)譯碼器的輸入闷旧，第二個(gè)譯碼器的輸出再送回去作為第一個(gè)譯碼器的輸入，循環(huán)迭代钧唐，直到譯碼完畢忙灼。一圖勝千言，看下圖钝侠。
A：為什么這么折騰呢缀棍？
B：這是Turbo碼的核心和顯著特征，使用外信息進(jìn)行一次次迭代譯碼机错，如此保證Turbo的高性能爬范。
A：舉個(gè)栗子？
B：在Turbo碼之前弱匪，譯碼不使用外信息青瀑，若要判斷一個(gè)比特是0還是1，你覺得它像1就是1萧诫。如果這時(shí)周圍的小伙伴告訴你這個(gè)比特更像0斥难，這個(gè)信息就是外信息，是排除了自身判斷由別人得到的信息帘饶。使用外信息做判斷的時(shí)候哑诊，就要把周圍人的判斷和自己的判斷進(jìn)行比較，綜合兩方面得到最終結(jié)果及刻。多聽聽別人意見總是有好處镀裤，集思廣益嘛。所以Turbo碼使用外信息進(jìn)行迭代解碼這一思路缴饭，開啟了現(xiàn)代編解碼理論的大門暑劝。
A：恩恩。那碼率1/3是什么意思颗搂？
B：信道編碼要在信息bit后附加校驗(yàn)bit担猛，信息bit位數(shù)/(信息bit位數(shù)+校驗(yàn)bit位數(shù))就是碼率。1/3的碼率就是說(shuō)對(duì)于1個(gè)信息bit，要算出2個(gè)校驗(yàn)bit來(lái)保護(hù)它傅联，這樣信道編碼后得到的數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度就是原來(lái)的3倍先改。
A：好復(fù)雜的樣子...
B：講了這么多，也是為了紀(jì)念Turbo碼蒸走。2016年10月14日在葡萄牙里斯本仇奶，3GPP RAN1確定LDPC碼為5G信道編碼長(zhǎng)碼方案，Turbo碼結(jié)束了在3G载碌、4G時(shí)代長(zhǎng)達(dá)十幾年的統(tǒng)治猜嘱。
A：一個(gè)時(shí)代的落幕衅枫，確實(shí)讓人唏噓嫁艇，不過(guò)和咱們吃瓜群眾有關(guān)系嗎？
B：有啊弦撩，話說(shuō)我曾立志在廣袤的大草原中尋找一匹好碼步咪，從Turbo到LDPC到polar到噴泉
A：套碼的漢子你威武雄壯...
第四步，速率匹配益楼。信道編碼后的數(shù)據(jù)最終要通過(guò)無(wú)線資源傳輸猾漫，但是數(shù)據(jù)量和傳輸資源往往不匹配，有時(shí)傳的數(shù)據(jù)量多而傳輸資源不夠感凤，有時(shí)數(shù)據(jù)量少而傳輸資源多悯周，這就需要把這兩部分匹配起來(lái)，叫做速率匹配陪竿，一般有兩種方法：（1）打孔禽翼，扔掉一些數(shù)據(jù)bit；（2）重復(fù)族跛，復(fù)制數(shù)據(jù)bit充數(shù)闰挡。
在4G網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)碼塊信道編碼后礁哄，Turbo編碼器并行輸出三行數(shù)據(jù)长酗，而最終傳輸?shù)目隙ㄊ且恍袛?shù)據(jù)流，所以怎么把三行數(shù)據(jù)再變成一行數(shù)據(jù)流桐绒，首位相接夺脾，還是交插組隊(duì)？無(wú)線傳輸資源不是固定不變的茉继，得到的一行數(shù)據(jù)流與無(wú)線傳輸資源大小不匹配怎么辦劳翰？這就是4G網(wǎng)絡(luò)中速率匹配要解決的問題。
下圖是速率匹配器結(jié)構(gòu)圖馒疹，Turbo信道編碼后的三行數(shù)據(jù)同時(shí)輸入佳簸，分別通過(guò)行列交織器后，存在緩沖器中，系統(tǒng)比特流排在緩沖器頭部生均，校驗(yàn)bit流排在尾部听想。比特選擇器在緩沖器中選擇一個(gè)“起點(diǎn)”，并順序選出指定大小的一行數(shù)據(jù)马胧，作為輸出汉买。共有四種“起點(diǎn)”選擇方式，對(duì)應(yīng)我們常說(shuō)的4個(gè)冗余版本（RV）佩脊。
第五步蛙粘，碼塊級(jí)聯(lián)。天下大事威彰，合久必分出牧，分久必合。數(shù)據(jù)處理也一樣歇盼，第一步中舔痕，長(zhǎng)度超出6144bit的大碼塊要分割，這是“分”豹缀；這一步伯复，要把分割、信道編碼后的碼塊再首尾相接連起來(lái)邢笙，這就是“合”啸如。最終仍然得到呈“一字長(zhǎng)蛇陣”的數(shù)據(jù)bit流，形式上和第一步的輸入TB是一樣的氮惯，不過(guò)這時(shí)數(shù)據(jù)流改名叫碼字（CW叮雳，Code Word）。
OK筐骇，到這里债鸡，小編洋洋灑灑幾千字講完了4G物理層處理中從TB到碼字的流程，其中重點(diǎn)是信道編碼和速率匹配铛纬。下一課Bob小編將介紹4G網(wǎng)絡(luò)哼哈二將MIMO和OFDM在物理層的實(shí)現(xiàn)和處理流程厌均，完成物理層處理的收官之戰(zhàn)，敬請(qǐng)期待告唆。
下課~~
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