LTE系统调试记录14：频谱感知模块——UE发送感知结果到BS进行处理
2024-05-20 23:57:38
此过程分为4步：
1、各UE发送代表频谱感知值的序列到BS；
2、BS获取代表频谱感知值的序列，然后和本地ZC序列做相关得出频谱感知值；
3、BS汇总各UE结果，决策出最佳值，通过下发RAR的过程将最佳值下发到各UE；
4、UE接收BS通过RAR过程下发的决策值，然后UE和BS切换到最佳频点进行通信。
ZC序列产生和“相关”操作的MATLAB仿真
产生ZC序列，然后根据UE的频谱感知值对该序列进行循环移位产生移位后的ZC序列，将这两个序列进行“相关”运算，得到的结果中最大值对应的点即为频谱感知值。
为了避免错误，减小传输带来的误差，将256分为16段，每段长度为16，每段的中心代表频谱感知值，这样该序列可以代表4段频谱的忙闲状态。例如，频谱感知值为0110（2、3段为占用，1、4段为空闲），移位值即为（6*16+8=104），在接收端可以采用相关操作计算移位值，然后将移位值除以16得到频谱感知值。
这样的好处就是若计算的移位值有偏差（计算为106），最后的频谱感知值也基本不会出现误差（106/16=6）。
clc
close all
clear alldelay = 6*16+8;
u = 1;Nzc = 256;
ZC = zeros(1, Nzc);
ZC2ShortReal = zeros(1, Nzc);
ZC2ShortImag = zeros(1, Nzc);
for k=1:NzcZC(k) = 400 * exp(-j*pi*u*k*(k+1)/Nzc);%ZC序列ZC2ShortReal(k) = real(ZC(k)) + (real(ZC(k)) < 0)*2^16 ;ZC2ShortImag(k) = imag(ZC(k)) + (imag(ZC(k)) < 0)*2^16;
end
% fid = fopen('a.txt','w+');
% fprintf(fid, '%s\n', dec2hex(round(ZC2ShortReal)));%, dec2hex(round(ZC2ShortImag)));
% fclose('all');
% x = complex(2*round(rand(1,len))-1,2*round(rand(1,len))-1);
ZC2ShortReal = dec2hex(round(ZC2ShortReal));%十六进制
ZC2ShortImag = dec2hex(round(ZC2ShortImag));%十六进制
y = fft(conj(ZC(end:-1:1)));
Tx = [ZC(end-delay+1:end), ZC(1:end-delay)] + randn(1, Nzc);t = ifft(fft(Tx).*((y)));
t = abs(t).^2;
plot(t);
[pks,locs] = max(t);
hold on
plot(locs,t(locs),'.r','markerfacecolor',[1 0 0]);
str = ['(' num2str(locs) ',' num2str(t(locs)) ')'];
text(locs,t(locs),str) % 在(x(t),y(t))坐标处放置文字说明
hold off其中，ZC2ShortReal和ZC2ShortImag是生成的CCS的ZC序列格式，如下：
SHORT ZCSequence[256*2] = {0x0190, 0xFFF6,0x018F, 0xFFE3,0x018C, 0xFFC5,0x0184, 0xFF9F,0x0175, 0xFF70,0x015C, 0xFF3B,0x0135, 0xFF02,0x00FE, 0xFECB,0x00B4, 0xFE9B,0x0058, 0xFE7A,0xFFEC, 0xFE70,0xFF79, 0xFE87,0xFF0A, 0xFEC5,0xFEAE, 0xFF2A,0xFE78, 0xFFB2,0xFE78, 0x004E,0xFEB9, 0x00E6,0xFF3B, 0x015C,0xFFEC, 0x0190,0x00AB, 0x016A,0x0147, 0x00E6,0x018F, 0x001D,0x0161, 0xFF43,0x00BD, 0xFE9F,0xFFCF, 0xFE73,0xFEEC, 0xFEDE,0xFE74, 0xFFC5,0xFEA9, 0x00CE,0xFF83, 0x017C,0x00A2, 0x016E,0x0172, 0x0099,0x0172, 0xFF67,0x0090, 0xFE8B,0xFF4C, 0xFE9B,0xFE7C, 0xFF9F,0xFEBF, 0x00EE,0xFFF6, 0x0190,0x013B, 0x00F6,0x017F, 0xFF8C,0x0074, 0xFE81,0xFEFB, 0xFED1,0xFE76, 0x0044,0xFF79, 0x0179,0x010D, 0x0128,0x0182, 0xFF95,0x0044, 0xFE76,0xFEB3, 0xFF22,0xFEB3, 0x00DE,0x0058, 0x0186,0x018D, 0x0031,0x00AB, 0xFE96,0xFED8, 0xFEF3,0xFEAE, 0x00D6,0x007D, 0x017C,0x018E, 0xFFD9,0x0027, 0xFE72,0xFE7E, 0xFF95,0xFF5E, 0x016E,0x0157, 0x00CE,0x00EE, 0xFEBF,0xFED1, 0xFEFB,0xFEEC, 0x0122,0x011B, 0x011B,0x011B, 0xFEE5,0xFEDE, 0xFEEC,0xFEFB, 0x012F,0x0141, 0x00EE,0x00CE, 0xFEA9,0xFE92, 0xFF5E,0xFF95, 0x0182,0x018E, 0x0027,0xFFD9, 0xFE72,0xFE84, 0x007D,0x00D6, 0x0152,0x010D, 0xFED8,0xFE96, 0xFF55,0xFFCF, 0x018D,0x0186, 0xFFA8,0xFF22, 0xFEB3,0xFF22, 0x014D,0x018A, 0x0044,0xFF95, 0xFE7E,0xFED8, 0x010D,0x0179, 0x0087,0xFFBC, 0xFE76,0xFED1, 0x0105,0x017F, 0x0074,0xFF8C, 0xFE81,0xFF0A, 0x013B,0x0190, 0x000A,0xFF12, 0xFEBF,0xFF9F, 0x0184,0x0165, 0xFF4C,0xFE8B, 0xFF70,0x0099, 0x0172,0x0099, 0xFE8E,0xFE92, 0x00A2,0x017C, 0x007D,0xFF32, 0xFEA9,0xFFC5, 0x018C,0x0122, 0xFEEC,0xFE73, 0x0031,0x0161, 0x00BD,0xFF43, 0xFE9F,0xFFE3, 0x018F,0x00E6, 0xFEB9,0xFE96, 0x00AB,0x0190, 0x0014,0xFEA4, 0xFF3B,0x00E6, 0x0147,0xFFB2, 0xFE78,0xFFB2, 0x0188,0x00D6, 0xFEAE,0xFEC5, 0x00F6,0x0179, 0xFF79,0xFE70, 0x0014,0x0186, 0x0058,0xFE9B, 0xFF4C,0x0135, 0x00FE,0xFF02, 0xFECB,0x00C5, 0x015C,0xFF70, 0xFE8B,0x0061, 0x0184,0xFFC5, 0xFE74,0x001D, 0x018F,0xFFF6, 0xFE70,0x0000, 0x0190,0x0000, 0xFE70,0x000A, 0x0190,0xFFE3, 0xFE71,0x003B, 0x018C,0xFF9F, 0xFE7C,0x0090, 0x0175,0xFF3B, 0xFEA4,0x00FE, 0x0135,0xFECB, 0xFF02,0x0165, 0x00B4,0xFE7A, 0xFFA8,0x0190, 0xFFEC,0xFE87, 0x0087,0x013B, 0xFF0A,0xFF2A, 0x0152,0x004E, 0xFE78,0x004E, 0x0188,0xFF1A, 0xFEB9,0x015C, 0x00C5,0xFE70, 0xFFEC,0x016A, 0xFF55,0xFF1A, 0x0147,0x001D, 0xFE71,0x00BD, 0x0161,0xFE9F, 0xFF43,0x018D, 0xFFCF,0xFEDE, 0x0114,0x003B, 0xFE74,0x00CE, 0x0157,0xFE84, 0xFF83,0x016E, 0xFF5E,0xFF67, 0x0172,0xFF67, 0xFE8E,0x0175, 0x0090,0xFE9B, 0x00B4,0x0061, 0xFE7C,0x00EE, 0x0141,0xFE70, 0xFFF6,0x00F6, 0xFEC5,0x0074, 0x017F,0xFE81, 0xFF8C,0x012F, 0xFEFB,0x0044, 0x018A,0xFE87, 0xFF79,0x0128, 0xFEF3,0x006B, 0x0182,0xFE76, 0xFFBC,0x00DE, 0xFEB3,0x00DE, 0x014D,0xFE7A, 0x0058,0x0031, 0xFE73,0x016A, 0x00AB,0xFEF3, 0x0128,0xFF2A, 0xFEAE,0x017C, 0xFF83,0x0027, 0x018E,0xFE72, 0xFFD9,0x006B, 0xFE7E,0x016E, 0x00A2,0xFF32, 0x0157,0xFEBF, 0xFF12,0x0105, 0xFED1,0x0122, 0x0114,0xFEE5, 0x011B,0xFEE5, 0xFEE5,0x0114, 0xFEDE,0x012F, 0x0105,0xFF12, 0x0141,0xFEA9, 0xFF32,0x00A2, 0xFE92,0x0182, 0x006B,0xFFD9, 0x018E,0xFE72, 0x0027,0xFF83, 0xFE84,0x0152, 0xFF2A,0x0128, 0x010D,0xFF55, 0x016A,0xFE73, 0xFFCF,0xFFA8, 0xFE7A,0x014D, 0xFF22,0x014D, 0x00DE,0xFFBC, 0x018A,0xFE7E, 0x006B,0xFEF3, 0xFED8,0x0087, 0xFE87,0x018A, 0xFFBC,0x0105, 0x012F,0xFF8C, 0x017F,0xFE81, 0x0074,0xFEC5, 0xFF0A,0x000A, 0xFE70,0x0141, 0xFF12,0x0184, 0x0061,0x00B4, 0x0165,0xFF70, 0x0175,0xFE8E, 0x0099,0xFE8E, 0xFF67,0xFF5E, 0xFE92,0x007D, 0xFE84,0x0157, 0xFF32,0x018C, 0x003B,0x0114, 0x0122,0x0031, 0x018D,0xFF43, 0x0161,0xFE9F, 0x00BD,0xFE71, 0xFFE3,0xFEB9, 0xFF1A,0xFF55, 0xFE96,0x0014, 0xFE70,0x00C5, 0xFEA4,0x0147, 0xFF1A,0x0188, 0xFFB2,0x0188, 0x004E,0x0152, 0x00D6,0x00F6, 0x013B,0x0087, 0x0179,0x0014, 0x0190,0xFFA8, 0x0186,0xFF4C, 0x0165,0xFF02, 0x0135,0xFECB, 0x00FE,0xFEA4, 0x00C5,0xFE8B, 0x0090,0xFE7C, 0x0061,0xFE74, 0x003B,0xFE71, 0x001D,0xFE70, 0x000A,0xFE70, 0x0000,0xFE70, 0x0000
};UE发送频谱感知结果到BS
UE在进行上行同步时，会在第6子帧中发送同步信号到BS，将产生的代表频谱感知值的序列放置在同步序列后面进行发送。
产生代表频谱感知值的序列
在同步函数中，产生代表频谱感知值的序列MTMBitSequence：
SHORT MTMBitSequence[256*2];
if(STATION_MODE == STATION_UE)MTMBitSequence_Gen(ZCSequence,SpectrumSensingValue, MTMBitSequence);//循环移位产生代表频段质量的ZC序列其中，MTMBitSequence_Gen函数如下：
/** Input1:ZCSequence 长度为256(INT)的ZC序列，由MATLAB程序产生* Input2:MTMBit 代表各个频段质量的数值，1为好，0为差。例如MTMBit=6(0110),即第2、3段为好，1、4段为差* Output:MTMBitSequence ZC序列循环移位的结果，移位值为(MTMBit * 16 + 8)
*/
void MTMBitSequence_Gen(SHORT * ZCSequence, UINT MTMBit, SHORT* MTMBitSequence)
{UINT MTMBitValue = MTMBit * 16 + 8;//256=16*16,分为16段，能代表4个频段质量的好坏，x*16 + 8，x代表各频段的占用情况，1为占用，0为空闲 例如x=0110,即第2、3段可用，1、4段不可用UINT i;for (i = 0; i<512; i++){MTMBitSequence[i] = ZCSequence[(256 * 2 - MTMBitValue * 2 + i) % 512];//循环移位}
}将序列拷贝到同步信号后面
memcpy(pnRSOut,t_pnFFTOut,4096);
memcpy(pnRSOut+2048,t_pnFFTOut,4096);//接着上一句地址后面拷贝相同的数据，长度为4096字节
#if MTMBitAddif(STATION_MODE == STATION_UE)memcpy(pnRSOut+1024*2*2,MTMBitSequence,1024); //将MTMBitSequence序列放置到DMRS后面
#endifBS获取感知结果
BS对同步信号进行分析得到时偏值，然后根据时偏值在对应位置取出代表频谱感知值的序列，最后和本地ZC序列做相关得出频谱感知值。
首先，在初始化中预先对ZC序列进行倒序、共轭和FFT，如下：
void SpectrumSensingInit()
{//ZC序列预倒序、共轭及其FFTINT nLen_ZCSequence = 256;gen_twiddle_fft16x16(g_anDFTGSHBuf256, 256);Bas_Reverse32((int *)ZCSequence,(int *)ZCSequenceReverse,nLen_ZCSequence);//信号预倒序，卷积运算会倒序，但是相关运算不需要倒序，为了利用卷积运算实现相关Bas_CplxConjugate(ZCSequenceReverse,nLen_ZCSequence);//相关运算需要共轭，卷积运算不会共轭DSP_fft16x16(g_anDFTGSHBuf256, nLen_ZCSequence, ZCSequenceReverse, g_nLocalZCSeqFFTOut);//本地ZC序列做256点FFT
}之后，做相关的代码如下：
UINT t_UserID = t_struMsgMac.m_unMacRecData.m_struMsgULSync.m_uiUserID;
SHORT * RecMTMBitAddr = t_stru_mailbx_sync_cfg.m_pnData + t_UserID*SYNC_SIGNAL_INTERVAL*2 + 1024*2*2 + g_iTimeDelay*2 + 4*2;//加上5*2是为了取数更准确，不加的话偏移量可能存在偏差，但是位于哪个段可以计算正确；加上的话可以准确估计出偏移量，进而得到位于哪个段
if((GetUEMTMMessageFlag[t_UserID] == 0))
{MTMBit[t_UserID] = getMTMBit(RecMTMBitAddr);GetUEMTMMessageFlag[t_UserID] = 1;
}
/** Input1:MTMBitSequenceInput 接收到的序列起始地址* Output:MTMBitValue/16 UE上传的感知结果
*/
UINT getMTMBit(SHORT* MTMBitSequenceInput)//基于接收信号和本地ZC序列计算多窗谱值
{SHORT *t_pnFFTSrcBuf;SHORT *t_pnFFTDstBuf;UINT MTMBitValue = 0;INT t_nFFT = 256;//FFT点数
// SHORT g_nMTMBitSeqFFTOut[256 * 2];//接收序列256点FFT输出
// SHORT MulResult[256 * 2];//频域点乘结果SHORT fftResult[256 * 2];//fft结果
// INT PowResult[256]={0};//平方结果t_pnFFTSrcBuf = MTMBitSequenceInput;t_pnFFTDstBuf = fftResult;DSP_fft16x16(g_anDFTGSHBuf256, t_nFFT, t_pnFFTSrcBuf, t_pnFFTDstBuf);//接收序列做256点FFTBas_CplxShrMul16(t_pnFFTDstBuf,g_nLocalZCSeqFFTOut,t_pnFFTSrcBuf,12,t_nFFT);//频域点乘//频域点乘后做ifft，等效于时域卷积完成//用fft函数实现ifft,只需要在fft前取共轭，fft后再取共轭，就等效于ifft了Bas_CplxConjugate(t_pnFFTSrcBuf,t_nFFT);DSP_fft16x16(g_anDFTGSHBuf256, t_nFFT, t_pnFFTSrcBuf, t_pnFFTDstBuf);Bas_CplxConjugate(t_pnFFTDstBuf,t_nFFT);//共轭Bas_Pow16s32(t_pnFFTDstBuf, (INT)fftResult, t_nFFT);//求平方 平方结果放在fftResult中是为了少定义一个数组，防止出现错误ti.sysbios.knl.Task: line 360: E_stackOverflow: Task 0xc0ce978 stack overflow.MTMBitValue = Bas_MaxIdx32((INT)fftResult, t_nFFT)+1;//求最大值 索引从0开始，所以需要加1return (MTMBitValue / 16);//看看在哪个段内
}BS通过下发RAR的过程将决策值发送到UE
BS将决策值t_puiBestCenterFreqInd通过位操作汇合到发送值t_pucSrc 上：
/** Input:t_pucSrc 对各个数值进行位操作的结果* Input:t_puiFlag RAR值(0/1)* Input:t_puiRBStart 该UE的RB起始位置(0/25/50/75)* Input:t_puiRBLen 改UE的RB长度(25/50/75/100)* Input:t_puiMCS MCS值* Input:t_puiBestCenterFreqInd BS决策好的频谱感知值*/
void DCI_PACK(UCHAR *t_pucSrc, UINT *t_puiFlag, UINT *t_puiRBStart, UINT *t_puiRBLen, UINT *t_puiMCS, UINT *t_puiBestCenterFreqInd)
{ *t_puiFlag &= 0x3;*t_puiRBStart &= 0x7F;*t_puiRBLen &= 0x7F;*t_puiMCS &= 0x1F;//t_pucSrc[2] t_pucSrc[1] t_pucSrc[0]*(UINT *)(t_pucSrc) = (((*t_puiFlag)<<6) | //t_pucSrc[0]的第2位(((*t_puiRBStart) >> 1) | (((*t_puiRBStart)&0x1)<<15)) | //t_pucSrc[0]的低6位+t_pucSrc[1]最高位((*t_puiRBLen) << 8) | //t_pucSrc[1]低7位((*t_puiMCS) << 19)) | //t_pucSrc[2]高5位((*t_puiBestCenterFreqInd) << 16); //放置于t_pucSrc[2]的低3位
}UE接收BS通过RAR过程下发的决策值
UE从接收值t_pucSrc中通过位操作取出决策值：
/** Input:t_pucSrc 对各个数值进行位操作的结果* Input:t_puiFlag RAR值(0/1)* Input:t_puiRBStart 该UE的RB起始位置(0/25/50/75)* Input:t_puiRBLen 改UE的RB长度(25/50/75/100)* Input:t_puiMCS MCS值* Input:t_puiBestCenterFreqInd BS决策好的频谱感知值*/
void DCI_UNPACK(UCHAR *t_pucSrc, UINT *t_puiFlag, UINT *t_puiRBStart, UINT *t_puiRBLen, UINT *t_puiMCS, UINT *t_puiBestCenterFreqInd)
{*t_puiFlag = (UINT)(((t_pucSrc[0]) & 0xC0)>>6);*t_puiRBStart = (UINT)((((t_pucSrc[0]) & 0x3F)<<1) |(((t_pucSrc[1]) & 0x80)>>7)); *t_puiRBLen = (UINT)(t_pucSrc[1]&0x7F);*t_puiMCS = (UINT)(((t_pucSrc[2]) & 0xF8)>>3);*t_puiBestCenterFreqInd = (UINT)(t_pucSrc[2] & 0x7);
}LTE系统调试记录14：频谱感知模块——UE发送感知结果到BS进行处理相关推荐
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