CN113612583B - 支持sidelink通信盲检测的FPGA实现方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种支持sidelink通信盲检测的FPGA实现方法及系统，根据接收信号的导频构建活跃PSCCH候选的短列表并通过预滤波缩小潜在的PSCCH候选名单，经能量检测后，终端设备(UE)根据潜在位置指标R(m)大于预定义的阈值来判断PSCCH候选名单中DMRS是否传输，并对已检测到DMRS的活跃PSCCH候选集进行PSCCH解码。本发明利用解调参考信号(DMRS)的特异性，排除未传输数据的无效位置，以此来提高盲检测效率，降低能耗；同时通过在FPGA上基于联合能量检测与信道估计结构，同时实现两种算法的功能，避免多余的硬件资源开销。

Description

支持sidelink通信盲检测的FPGA实现方法及系统
技术领域
本发明涉及的是一种无线通信领域的技术，具体是一种支持副链路(sidelink)通信盲检测的FPGA实现方法及系统，可用于LTE-V场景等数字通信系统，比如LTE或者NR-V2X，对数据进行相干接收，通过相干接收的结果，来降低搜索空间的范围。
背景技术
在蜂窝V2X(C-V2X)系统中，侧线控制信息(sidelink control information，SCI)消息通过物理侧线控制通道(physical sidelink control channels，PSCCH)传输，数据通过物理侧线共享通道(physical sidelink shared channels，PSSCH)以传输块(transportblocks，TBs)传输。节点想要传输一个TBs必须传输相关的SCI，它包含了传输TBs的调制和编码方案(modulation and coding scheme，MCS)和半持续调度信息(semi-persistent scheduling，SPS)。这个信息对于其他节点能够接收和解码传输的TBs是至关重要的。
接收终端不知道当前PSCCH具体位置，以及传输的SCI格式信息。如果终端想要解码控制信息，就必须盲目地检测所有可能存在PSCCH的位置。但是并不是所有位置都存在有效的SCI，检测无数据的位置，也就是进行无效的操作，会增加接收终端的实现复杂度、系统延时、系统功耗，使盲检效率低下，影响用户的体验。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种支持sidelink通信盲检测的FPGA实现方法及系统，利用解调参考信号(DMRS)的特异性，在潜在DMRS位置执行相干接收，从而排除未传输数据的无效位置，以此来提高盲检测效率，降低能耗；同时通过在FPGA上基于联合能量检测与信道估计(joint energy detection and channel estimation，JEC)结构，同时实现两种算法的功能，避免多余的硬件资源开销。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种支持sidelink通信盲检测的FPGA实现方法，根据接收信号的导频构建活跃PSCCH候选的短列表并通过预滤波缩小潜在的PSCCH候选名单，经能量检测后，终端设备(UE)根据潜在位置指标R(m)大于预定义的阈值来判断PSCCH候选名单中DMRS是否传输，并对已检测到DMRS的活跃PSCCH候选集进行PSCCH解码。
本发明涉及一种实现上述方法的基于DMRS检测的PSCCH盲检测装置，包括：用于缩小潜在PSCCH候选对象的列表的DMRS检测器以及用于解码活跃PSCCH候选对象的PSCCH解码器，其中：DMRS检测器根据接收信号中的DMRS构建活跃PSCCH候选的短列表并通过预滤波缩小潜在的PSCCH候选名单，经能量检测后，终端设备(UE)根据潜在位置指标R(m)大于预定义的阈值来判断PSCCH候选名单中DMRS是否传输，PSCCH解码器解码已检测到DMRS的活跃PSCCH候选集。
技术效果
本发明整体解决了传统盲检测方法效率太低的缺陷，传统方法如果想要得到SCI，就需要盲目的检测所有可能存在PSCCH的位置，造成UE多余的能量消耗，产生多余的处理时延。本发明针对sidelink通信，利用传输的DMRS的特性，在潜在DMRS位置执行相干接收，从而排除未传输数据的无效位置，其余现有常规技术手段相比具有显著改进的技术细节具体为：利用相干算法与信道估计算法的特性，用同一种硬件架构实现两个算法的功能，避免的多余的硬件资源消耗。
本发明不需要其他额外信息，对数据进行相干接收，将DMRS检测器作为一个预滤波器来缩小潜在的PSCCH候选名单，以减少盲检测次数，提高盲检测的效率，降低UE功耗；相比现有技术在盲检模块中将导频符号存储下来输出，然后再进行信道估计，本发明通过JEC架构存储中间结果，在实现能量检测和信道估计功能的情况下，避免重复计算并进一步降低了资源消耗。
附图说明
图1为基于DMRS检测的PSCCH盲检测装置示意图；
图2为有/无DMRS检测的PSCCH检测的误块率(BLER)以及DMRS检测的漏检率(MDR)示意图；
图中：DMRS检测(虚线)、PSCCH检测(实线)、DMRS检测后的PSCCH检测(标记)的检测性能；
图3为JEC单元结构示意图；
图4为JEC单元时序图；
图5为DMRS检测器的PSCCH处理过程示意图；
图6为活跃终端数变化时的能耗对比示意图；
图7为实施例LTE-V接收端总体链路示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种基于DMRS检测的PSCCH盲检测装置，包括：用于缩小潜在PSCCH候选对象的列表的DMRS检测器以及用于解码活跃PSCCH候选对象的PSCCH解码器，其中：DMRS检测器根据接收信号中的DMRS构建活跃PSCCH候选的短列表并通过预滤波缩小潜在的PSCCH候选名单，经能量检测后，终端设备(UE)根据潜在位置指标R(m)大于预定义的阈值来判断PSCCH候选名单中DMRS是否传输，PSCCH解码器解码已检测到DMRS的活跃PSCCH候选集。
所述的预滤波是指：通过R(m)大小来判断对应位置是否传输了DMRS，将小于阈值的PSCCH候选排除，以此达到滤波器的效果。
如图5所示，为基于上述JEC单元的DMRS检测器，包括：依次相连的解映射单元、JEC单元、MIMO检测单元、QAM解调单元、解扰单元、解速率匹配单元、维特比解码单元和CRC校验单元，其中：接收信号经同步、截断循环前缀、FFT和偏移处理后，JEC单元基于DMRS进行能量检测得到潜在位置指标，缩小潜在候选列表并得到信道估计结果，该信道估计结果依次通过MIMO检测、噪声估计和解调得到16位软信息，软信息经解码、解速率匹配、维特比解码和CRC校验作为正确的SCI结果输出。
所述的潜在位置指标
Figure BDA0003214211800000031
其中：m为当前进行互相关的位置，i、j分别为当前的导频符号以及对应的子载波号，
Figure BDA0003214211800000032
为原始导频符号的共轭，
Figure BDA0003214211800000033
为接收到的导频符号，nPRB为两个连续资源块(RB)中的索引，即起始位置标记，nPRB＝nsubCHRBstart+m×nsubCHsize，nsubCHRBstart，nsubCHsize是两个高层全局参数，分别代表占用RB的起始位置以及每个用户占用的RB大小，m为大于等于0的整数，其最大值为可能存在的最大用户数量，|C(m)|为接收信号与DMRS相关得到的相关值，P(m)为将接收信号求模累加后得到的接收信号功率，用于对|C(m)|求其归一化值。
如图3所示，所述的JEC单元包括：乘法器、加法器、求模器、取反器和控制模块，其中：第一乘法器、第一加法器、第一求模器依次相连并组成相关值率运算支路计算得到
Figure BDA0003214211800000034
第二求模器、第二加法器和取反器依次相连并组成功率运算支路计算得到
Figure BDA0003214211800000035
两个运算支路的输出分别与第三乘法器相连计算得到R(m)并输入控制模块，控制模块将R(m)与预定义的阈值进行比较后，输出对应位置的预存的信道估计结果H。
所述的信道估计结果H，通过最小二乘信道估计(LS)得到，具体为：
Figure BDA0003214211800000036
Figure BDA0003214211800000037
其中：导频符号的模值即r(ii,j)r(i,j) *＝1，故
Figure BDA0003214211800000038
Figure BDA0003214211800000039
nPRB为两个连续RB索引，i、j分别为当前的导频符号以及对应的子载波号，r(i,j)为原始导频符号，
Figure BDA00032142118000000310
为原始导频符号的共轭。
当同时存在多用户情况时，所述的控制模块根据使能信号CRC_ready_i，当后级准备好可以接收数据时为高电平，否则为低电平，该控制模块首先输出第一个用户的数据，然后根据后级单元的ready情况，依次输出用户数据，其时序图如图4所示，图中：fft_msb_valid_i为输入有效信号、fft_msb_imag_i16[15:0]、fft_msb_real_i16[15:0]分别为输入信号的虚部以及实部、LS_CCH_valid_o为输出有效信号、LS_CCH_imag_o16[15:0]、LS_CCH_real_o16[15:0]分别为输出的虚部与实部，具体为：当控制模块计算出比较结果后先输出第一个用户的数据，后级单元接收完第一个用户数据之后，拉低CRC_ready_i信号以停止输出数据；在后级单元处理完成CRC校验后，再拉高CRC_ready_i信号以接收第二个用户数据，然后以此循环，直到处理结束所有用户数据。
本实施例在XilinxVirtex-7 XC7Z035FFG676-2FPGA上实现LTE-V系统的盲检测架构。本实施例中DMRS检测器，根据PSCCH的发送端和接收端构建过程，构建了整个PSCCH的仿真链路，其基本参数为：LTE-V2X Rel-14为标准版本，PSSCH-PSCCH邻接启用，子信道数10，通道大小为100RB，子通道大小为10RB，MCS指数为7，载波频率为5.9GHz，带宽为20M，天线为1×1。
如图2所示，DMRS检测性能远远好于PSCCH检测性能，且无DMRS检测的PSCCH的检测性能与有DMRS检测的PSCCH检测性能相比，没有明显差异。
如图6所示，为基于上述JEC单元的LTE-V场景，整个信道(包含BCH、CCH、SCH三个信道)的架构。将本发明的JEC单元在FPGA上的实现结果与未合并的能量检测单元和信道估计单元(N-JEC)进行比较：N-JEC与JEC单元消耗的LUT资源比值为6336:3515，消耗的DSP资源比值为4044:2379，消耗的DSP数量比值为16:9，消耗的内存块数量比值为51:33。当活跃用户数为0时，不需要进行PSCCH译码，能量消耗主要由OFDM解调模块和映射模块组成，与现有算法相比，只需要消耗35.9％的能量。当活跃用户数量为1时，与现有算法相比，本方法只需要解码一次，消耗了43.7％的能量。随着活跃用户的增加，系统的整体能耗也随之增加。当活跃用户数量达到10时，系统的能量消耗超过现有算法的能量消耗，超过的部分为能量检测模块的能量消耗。它的能量消耗仅为常规方法的1.4％，这意味着与信道估计、均衡和接收符号后的信道解码等功耗巨大的基带操作相比较，盲译码只需要更低的UE能量消耗。
可以发现，当活跃UEs数量较少时，所提出的算法可以节省更多的能量。根据LTE-V2XRel-14，对如图5所示的接收端链路进行matlab仿真，常规盲检测方法和提出的盲检测方法，两者的系统误块率相同，即提出的方案并没有造成系统的性能下降。同时，通过FPGA实现以及Xilinx提供的功耗分析工具，有11个情况代表不同的用户数量，当每个情况出现的概率相等时，与现有算法相比，UE只消耗了69.3％的能量且硬件资源上的消耗也有一定程度的降低。
与现有技术相比，本发明降低了UE盲检测次数，提升了盲检测效率，节约了终端的功率消耗，同时在一定程度上节约了硬件资源。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种支持sidelink通信盲检测的FPGA实现方法，其特征在于，根据接收信号的导频构建活跃PSCCH候选的短列表并通过预滤波缩小潜在的PSCCH候选名单，经能量检测后，终端设备根据潜在位置指标R(m)大于预定义的阈值来判断PSCCH候选名单中DMRS是否传输，并对已检测到DMRS的活跃PSCCH候选集进行PSCCH解码；
所述的潜在位置指标
Figure FDA0003781304770000011
其中：m为当前进行互相关的位置，i、j分别为当前的导频符号以及对应的子载波号，
Figure FDA0003781304770000012
为原始导频符号的共轭，
Figure FDA0003781304770000013
为接收到的导频符号，nPRB为两个连续资源块(RB)中的索引，即起始位置标记，nPRB＝nsubCHRBstart+m×nsubCHsize，nsubCHRBstart，nsubCHsize是两个高层全局参数，分别代表占用RB的起始位置以及每个用户占用的RB大小，m为大于等于0的整数，其最大值为存在的最大用户数量，|C(m)|为接收信号与DMRS相关得到的相关值，P(m)为将接收信号求模累加后得到的接收信号功率，用于对|C(m)|求其归一化值。
2.根据权利要求1所述的支持sidelink通信盲检测的FPGA实现方法，其特征是，所述的预滤波是指：通过R(m)大小来判断对应位置是否传输了DMRS，将小于阈值的PSCCH候选排除，以此达到滤波器的效果。
3.一种实现权利要求1或2所述方法的基于DMRS检测的PSCCH盲检测装置，其特征在于，包括：用于缩小潜在PSCCH候选对象的列表的DMRS检测器以及用于解码活跃PSCCH候选对象的PSCCH解码器，其中：DMRS检测器根据接收信号中的DMRS构建活跃PSCCH候选的短列表并通过预滤波缩小潜在的PSCCH候选名单，经能量检测后，终端设备(UE)根据潜在位置指标R(m)大于预定义的阈值来判断PSCCH候选名单中DMRS是否传输，PSCCH解码器解码已检测到DMRS的活跃PSCCH候选集。
4.根据权利要求3所述的PSCCH盲检测装置，其特征是，所述的DMRS检测器，包括：依次相连的解映射单元、JEC单元、MIMO检测单元、QAM解调单元、解扰单元、解速率匹配单元、维特比解码单元和CRC校验单元，其中：接收信号经同步、截断循环前缀、FFT和偏移处理后，JEC单元基于DMRS进行能量检测得到潜在位置指标，缩小潜在候选列表并得到信道估计结果，该信道估计结果依次通过MIMO检测、噪声估计和解调得到16位软信息，软信息经解码、解速率匹配、维特比解码和CRC校验作为正确的SCI结果输出。
5.根据权利要求4所述的PSCCH盲检测装置，其特征是，所述的JEC单元包括：乘法器、加法器、求模器、取反器和控制模块，其中：第一乘法器、第一加法器、第一求模器依次相连并组成相关值率运算支路计算得到
Figure FDA0003781304770000021
第二求模器、第二加法器和取反器依次相连并组成功率运算支路计算得到
Figure FDA0003781304770000022
两个运算支路的输出分别与第三乘法器相连计算得到R(m)并输入控制模块，控制模块将R(m)与预定义的阈值进行比较后，输出对应位置的预存的信道估计结果H。
6.根据权利要求4或5所述的PSCCH盲检测装置，其特征是，所述的信道估计结果H，通过最小二乘信道估计(LS)得到，具体为：
Figure FDA0003781304770000023
其中：导频符号的模值即r(i，j)r(i，j) *＝1，故
Figure FDA0003781304770000025
nPRB为两个连续RB索引，i、j分别为当前的导频符号以及对应的子载波号，r(i，j)为原始导频符号，
Figure FDA0003781304770000024
为原始导频符号的共轭。
7.根据权利要求5所述的PSCCH盲检测装置，其特征是，所述的控制模块根据使能信号CRC-ready_i，当后级准备好可以接收数据时为高电平，否则为低电平，该控制模块首先输出第一个用户的数据，然后根据后级单元的ready情况，依次输出用户数据。
8.根据权利要求7所述的PSCCH盲检测装置，其特征是，当控制模块计算出比较结果后先输出第一个用户的数据，后级单元接收完第一个用户数据之后，拉低CRC_ready_i信号以停止输出数据；在后级单元处理完成CRC校验后，再拉高CRC_ready_i信号以接收第二个用户数据，然后以此循环，直到处理结束所有用户数据。
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