LTE和HSDPA基带设计的复杂性

11.6.4.1 均衡

在所有挑战性目标（诸如提高频谱效率、支持灵活性带宽分配等）中，LTE的最终目标是降低每bit的成本。从接收机的角度来看，一种关键的测量标准所需的复杂性，尤其是与先前标准版本（WCDMA和HSDPA）复杂性的比较。图11-31给出了在所有传输模式下，根据基线接收机所得出的复杂性估计值，正如11.9节中即将讨论的，它不包括信道解码操作复杂性。需要注意的是，LTE接收机的复杂性与系统带宽和对应的最大标称吞吐量成线性关系。有趣的是，MI-MO模式要求其复杂性低于SIMO模式复杂性的2倍。与Release6优化接收机的复杂性估计值相比，由于LTE选择了正交频分复用（Orthogonal Frequency Divi-sion Multiplexing，OFDM）技术，因而至少从内接收机复杂性的角度来看，它是一种极有竞争力的技术。Release 6优化接收机采用的是吞吐量为13Mbit/s的低复杂性码片级均衡器类型10设备。假定LTE的带宽为5MHz，采用的是16QAM调制方式，则它能够提供与HSDPA相同的吞吐量，但所需复杂性仅约为后者的一半。

图11-31 LTE接收机的复杂性

不过，虽然在带宽为5MHz的情况下，LTE比HSDPA在复杂性方面具有一定优势，但是LTE接收机的复杂性增幅要大于HSDPA，这主要由于UE支持20MHz的系统带宽是最低限度要求，因而仍对移动设备和芯片组制造商提出了挑战。具有150Mbit/s系统带宽能力的第4类LTE设备，其复杂性大约是具有13Mbit/s系统带宽能力的第10类HSDPA设备的4倍。

内接收机复杂性重新分配的详细信息如图11-32所示。在所支持的模式中，由于信道估计和均衡要求的不断提高，与FFT运算有关的复杂性（通常等于接收天线数的2倍）在总体复杂性中变得不再重要。如果采用MIMO技术，则在总体计算复杂性中，FFT计算复杂性占47%，而信道估计占34%，均衡占18%。

图11-32 LTE接收机中的复杂性重新分配

11.6.4.2 Turbo解码器

与先前标准版本相比，在LTE中，当最大标称数据速率增加时，信道解码操作的效率和复杂性大幅度提高。在第4类设备中，Turbo解码器必须支持高达150Mbit/s的数据速率。LTE中的Turbo编码算法与HSDPA中的Turbo编码算法类似。Turbo解码器处理延迟及其吞吐量与解码迭代次数和传输块大小近似成线性比例关系。因此，我们可以将Turbo解码器效率表示为

式中，N_it表示迭代次数；r_max表示最大数据速率；f_clock表示Turbo解码器的工作时钟频率。表11-16和表11-17给出了迭代次数为8、最大数据速率分别为13Mbit/s和150Mbit/s时，HSDPA和LTE的效率/时钟频率折衷情况。(www.xing528.com)

表11-16 最大数据速率为13Mbit/s时，Turbo解码器效率/时钟频率折衷情况

表11-17 最大数据速率为150Mbit/s时，Turbo解码器效率/时钟频率折衷情况

效率可以看作是Turbo解码操作中所需并行的一种测量标准。将两个表格内容进行比较，显而易见，为支持合理时钟频率内的LTE数据速率（严格受功耗和硬件技术限制条件的控制），要求实现高水平的并行。

有必要指出的是，如果存在3GPP标准先前版本编码和解码过程中所使用的交织器，则无法实现Turbo并行解码。LTE规范已经解决了该问题，无冲突交织器设计用于支持任何级别的并行，它通常使用2的n次方来表示（即2、4、8、16）。

不过，并行本身无法实现无冲突，这也对制造商们提出了挑战：它要求Turbo解码算法发生明显变化，以增加与并行因子成正比的表面数和门数，实际上是提高可操作的高时钟频率。

最后还要考虑一点，需要注意的是，Turbo解码器的复杂性实际上与其他移动接收机信号处理的复杂性要高得多：复杂性与目标吞吐量和迭代次数成线性关系。它可以近似表示如下^[48]：

C_TD=200×N_it×r_max（MIPS）（11-13）

对于LTE来说，当最大数据速率为150Mbit/s时，复杂性接近240Gips，而FFT、均衡和信道估计的复杂性加起来只有9Gips左右。

从表面上看，在接收端，Turbo解码器占总体复杂性的近96%，但这是一个相当错误的结论。在max-log-MAP解码算法中，Turbo解码中包含的信号处理主要是加法运算。而均衡及相关功能需要进行乘法运算，实际上要求的固定点尺寸更大。由于方案的实现非常重要，因而在标准演进过程中，信号处理复杂性是一种非常有用的测量标准，它用于测量同一功能实体所需的挑战，但无法考虑更为一般的比较。