（信号与信息处理专业论文）wcdma系统中无线信道的建模与仿真.pdf

北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文 摘要 摘要 本论文课题受到北京邮电大学信息论移动通信教研室资助，通过软件编程， 计划实现w - c d m a 物理层的v c 软件仿真平台，涉及到信道编码复用、多径信 道建模和r a k e 接收机等几项关键技术。论文着重研究了信道建模部分，主要工 作包含如下： 学习移动通信的发展历史，建立第三代移动通信系统的基本概念。着重了 解w - c d m a 移动通信系统，包括系统框架结构、协议规范等等。掌握无线信道 的传播特性和各种典型衰落信道的特性。 小尺度衰落信道建模：建立了符合m 1 2 2 5 标准的6 径瑞利衰落信道的仿 真平台，分别用c l a r k e 和j a k e s 模型实现。对于仿真平台进行了数据测试，分别 在q p s k 和b p s k 调制方式下，进行了仿真结果对比。 建立了基于两径生灭模型的可变延时的多径瑞利信道的仿真平台，并进行 了数据测试。 设计实现了基于s u z u k i 模型的可变时延信道，并进行数据测试。 建立了室# b 室内衰落信道模型。建立了一种典型的室内传播环境信道统 计模型一s r i c i m 模型的仿真平台，着重研究了模型算法。进行了数据测试。 大尺度衰落信道建模：包括自由空间、单刃绕射、地面反射信道模型，进 行了数据测试。 设计了信道中其他一些小模块，如升余弦( 附图形) 、多径延时等等，加 入了整个仿真系统中。 学习并使用了软件v i s u a lc + + 6 0 和m a t l a b6 1 进行编程和计算机仿真。 参照协议规范为3 9 p pt s2 5 2 1 2 2 5 2 1 4r 9 9 版本，2 0 0 2 3 。以及m 1 2 2 5 协议。 关键词：w - c d m a ，q p s k ，b p s k ，3 g p p ，r a k e 北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h i s p r o j e c t i s s u p p o s e db y t h ei n f o r m a t i o n t h e o r yr e s e a r c h i n g l a b o r a t o r y , w h i c ha r r a n g e s t or e a l i z e c o m p u t e rs i m u l a t i o n s o f t w a r eo fw - c d m a m o b i ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h i ss i m u l a t i o ns y s t e mi n v o l v e sc h a n n e lc o d i n ga n d m u l t i p l e x i n g ，m u l t i - p a t h c h a n n e l m o d e l i n g ，r a k e rr e c e i v e r , a n d s o m eo t h e r k e y t e c h n i q u e s t h ep a p e rm a i n l yf o c u so nt h ec h a n n e lm o d e l i n g ，w h i c hi sm a d eu po f t h e f o l l o w i n gp a r t s ： l e a r n e d s o m e t l l i n ga b o u t t h eh i s t o r yo f m o b i l ec o n u n u n i c a t i o na n de s t a b l i s h e d b a s i cc o n c e p t i o no n3 g e s p e c i a l l yo nw c d m a s y s t e m m a t e r e dt h ep r o p a g a t i o n m e c h a n i s m so f r a d i oc h e n n e l sa n dt h ec h a r a c t e r so f s o m ec l a s s i c a lf a d i n gc h a n n e l s t h em o d e l i n go fs m a l ls c a l e f a d i n gc h a n n e l s ：r e a l i z e ds t a n d a r ds i x p a t h r a y l e i s hf a d i n gc h a n n e ls i m u l a t i o nf i a tt h l o u 曲c l a r k ea n dj a k e sm o d e l ，w h i c hw a s b a s e do nm 1 2 2 5p m t o e a l t e s t e dt h i sm o d e la tt w ok i n d so fm o d u l a t i o n ：b p s ka n d q p s k d i d s o m e c o m p a r i s o n sa n d d a t aa n a l y s i s r e a l i z e d m u l t i p a t hr a y l e i 窖h c h a n n e ls i m u l a t i o nf i a tb a s e do n t w o - p a t h 1 i f e d e a t hm e d e l d i ds o m ed a t a a n a l y s i s r e a l i z e dv a r i b l e d e l a y e h a l m e lb a s e do ns u z u k im e d e l d i ds o m ed a t a a n a l y s i s r e a l i z e di n d o o r o u r d o o rf a d i n gc h a n n e lm o d e l s a n dr e a l i z e d s i m u l a t i o no f i n d o o rr a d i oc h a n n e l i m p u l s er e s p o n s em e d e l sw i t hi m p u l s en o i s e ：s i r c i mm o d e l d i ds o m ed a t aa n a l y s i s n l em o d e l i n go fl o n gs c a l ef a d i n gc h a n n e l s ：f r e e s p a c em o d e l 。s i n g a lb l a d e d i f f r a c t i o nm o d e la n d g r o u n dr e f l e c t i o nm o d e l d i ds o m ed a t aa n a l y s i s d e s i g n e dc o s i n em o d e lo f c h a n n e lg r o u p t h e d e s i g na n dp r o g r a m m i n ga r er e f e rt o3 g p pt s2 5 2 1 2 _ 2 5 2 1 4r 9 9 2 0 0 3 a n dm 1 2 2 5 k e yw o r d s ：w - c d m a ，q p s k ，b p s k ，3 g p p ，r a k e i i 北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文 第1 章绪论 第1 章绪论 第1 节第三代移动通信发展的历史 1 1 1 移动通信的发展趋势 随着全球信息化进程的加快，人们对信息交换的需求也迅猛增长，由此对通 信手段提出了能保证任何人( w h o e v 神在任何时间( w h e n e v e 0 任何地方( w h e r e v e r ) 向任何入( w h o m e v e r ) 传递任何信息( w h a t e v e r ) 的所谓5 w 的要求。该要求的提出， 直接导致了世界范围内第三代移动通信系统研制热潮的兴起和通信技术的迅猛 发展。从总体技术框架上讲，第三代移动通信系统所采用的技术并非革命性的新 技术，而是在前两代移动通信系统技术基础上的延续和改进。从所提供的业务内 容看，第一代移动通信系统仅提供话音业务，第二代系统除了以话音业务为主之 外，还增加了中、低速数据业务，第三代系统则除了提供话音业务之外，还将提 供高速数据和多媒体业务；从业务承载方式上看，第一代移动通信系统以采用模 拟调频技术进行业务信号的传输作为代表特征，其中最具代表性的是由b e l l 实 验室开发的a m p s ( a d v a n c e d m o b i l ep h o n e s y s t e m ) 系统；第二代系统主要采用面 向连接( 对于数据业务，在基站以后的网段也有采用非连接方式的) 的数字调制方 式，在业务适配上广泛采用了语音压缩和编码技术，其多址方式一般采用时分多 址( t d m a ) 和码分多址( c d m a ) 技术加上f i ) m a ，其中具有代表性的系统分别 是：g s m ( t d m a ) 和i s - 9 5 ( c d m a ) 。 第二代移动通信系统正在向第三代移动通信系统演变，提供更先进的业务 ( 诸如速率从l o o k b i f f s 至u 2 0 0 k b i f f s 的电路或分组业务) 。但这个演变过程充分 考虑了现有系统的性能，同时能够根据市场的要求进行更新。这些过渡系统被统 称为2 5 g 。 1 1 2 第三代移动通信的特点 第三代移动通信系统要将各种业务结合起来，用一个单一的全功能网络来实 现，与现有的第一代和第二代移动通信系统相比，其主要特点可以概括为： 全球普及和全球无缝漫游的系统：第二代移动通信系统一般为区域或国家标 准，而第三代移动通信系统是一个在全球范围内覆盖和使用的系统，使用共同的 频段。在i m t - 2 0 0 0 标准制定之初，要求制定一个全球统一的标准，但现在看来， 仍然是几个标准共存。 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持i n t e m e t 业务：现有的移动通信系 统主要以提供话音业务为主，随着发展，一般也仅提供1 0 0 2 0 0 k b i t s 的数据业 务，g s m 演进到最高阶段的速率能力为3 8 4 k b i t ，s 。而第三代移动通信的业务能 力将比第二代有明显的改进。它应能支持从话音到分组数据到多媒体业务；应能 根据需要提供带宽。i t u 规定的第三代移动通信系统无线传输技术的最低要求 中，必须满足以下三种，即： a 快速移动环境，最高速率达1 4 4 k b i t s ； b 室外到室内或步行环境，最高速率达至0 3 8 4 k b i u s ； c 室内环境，最高速率达到2 m b i 魄： 便于过渡、演进：由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模， 所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固 定网兼容。高频谱效率；高服务质量；低成本：高保密性。同时，还要将综合宽 北京邮电大学o o 级硕士毕业论文第1 章绪论 带网的业务尽量延伸到移动环境中，能够传送高达2 m b i t s 的高质量图像，真正 实现“任何人，在任何地点、任何时间与任何人”都能便利地通信。 1 1 33 g 的标准化组织 第三代移动通信系统i m t 一2 0 0 0 是国际电信联盟( i t u ) 在1 9 8 5 年提出的 工作在2 0 0 0 m h z 的频段，预期在2 0 0 2 年左右商用的系统，当时称为陆地移动通 信系统，目p f p l m t s 。1 9 9 6 年正式更名为i m t 2 0 0 0 。1 9 9 2 年世界无线电大会 也为i m t 。2 0 0 0 分配了2 3 0 m h z 的频段。从1 9 9 6 年开始第三代移动通信的研究 逐渐成为移动通信领域的研究热点，各国对第三代移动通信的研究都进入了实质 性的阶段，特别是i t u 在1 9 9 7 年4 月向全世界发出了征集i m t 2 0 0 0 无线传输 技术规范的通函，并制定了详细的i m t 2 0 0 0 r t t 步骤和时间表。按照i t u 原有 时间表，1 9 9 9 年3 月将完成第三代移动通信标准 i m t 2 0 0 0 的选定，1 9 9 9 年底完成i m t 2 0 0 0 的无线技术规范，2 0 0 0 年完成包 括上层协议在内的完整的标准的制订工作。1 9 9 9 年1 1 月初，在芬兰赫尔辛基 i t u 会议通过了i m t 2 0 0 0 无线接口技术规划建议，将无线接口标准明确为以下 五个标准。 ( 1 ) i m t - - 2 0 0 0 c d m a d ( 对应w c d m a ) ( 2 ) i m t - 2 0 0 0c d m am c ( 对应e d m a2 0 0 0 ) ( 3 ) i m t 一2 0 0 0c d m at d d( 对应t m s c d m a 和u t r a t d d ) ( 4 ) i m t - 2 0 0 0c d m at d d ( 对应u w c 1 3 6 ) ( 5 ) i m t 2 0 0 0c d m a t d m a ( 对应于d e c t ) 以上五种标准中，前三种属于c d m a 体制，后两种属于t d m a 体制。日本 ( a r m ) 、欧洲( e t s i ) 。美国( t i a ) 、( t p i ) 、中国( c a 。t t ) 、 韩国( t t a ) 等是众多标准的主要提出者。从双工方式来看大体上f d d 与t d d 两种方案均会并存，从接入主流技术来看，目前主要是宽带c d m a 技术，限于 篇幅本文不对上述各标准展开介绍。宽带c d m a 系统关键技术主要有： ( 1 ) 信道编译码技术：选择效率高、编码增益高、时延性能好、译码算法较简 单、存储量较小、溢出概率小、对同步要求不要过高，适于衰落信道传送、易于 实现。 ( 2 ) 多速率匹配技术：对不同信号速率采用不用r f 信号码片速率与之匹配。 ( 3 ) 克服多径影响的r a k e 接收技术。 ( 4 ) 同步技术；实现可靠的p n 码同步，符号同步、帧同步和扰码同步。 ( 5 ) 多用户检测技术：测量各个用户扩频码之间的非正交性，用算法来消除多 用户之间的相互干扰，保证在衰落环境下实现大容量。要完成宽带c d m a 系统 的商品化需解决的技术难题，远不只这几个。 1 1 4 几种主要无线传输方案 目前，国际上最具竞争力的i m t - 2 0 0 0 无线传输技术主要有两种：即日本和 欧洲一些厂家提出的w c d m a 技术和北美提出的基于i s 9 5c d m a 系统的 e d m a 2 0 0 0 技术。另外，我国也提出了具有自己知识产权的t d s c d m a 系统。 1 w c d m a 技术 在欧洲，爱立信公司在c o d i t 计划中作为主要厂家最先对w c d m a 技术进 行研究，日本则将n 丌d o c o m o 公司的w c d m a 综合f d d t d d 方式与爱立信 公司的方案进行融合，形成了现在的w c d m a 技术。它的主要关键技术是建立 在窄带c d m a 的基础上的，其技术特点有： 可适应多种速率的传输，灵活的提供多种业务： 北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文 第1 章绪论 b t s 之间无需同步； 优化的分组数据传输方式： 支持不同载频之间的切换； 上、下行快速功率控制； 反向采用导频辅助的相干检测( 提高反向解调增益，提高功率控制准确 性) ； 充分考虑了信号设计对e m c 的影响。 2 c d m a 2 0 0 0 技术 它是北美l u c e n t ，m o t o r o l a ，n o r t e l ，q u a l c o m m 公司以及韩s a m s u n g 等公司联 合提出来的基于i s 9 5 的候选系统。它充分考虑了对i s 9 5c d m a 系统的后向兼 容，沿用了i s 9 5 的主要技术和基本技术思路，如帧长为2 0 m s ，采用i s 9 5 的 软切换和功率控制技术，需要g p s 同步等。但也作了一些实质性的改进，主要 有： 反向信道采用连续导频方式； 反向信道相干接收； 前向发送分集； 全部速率采用c r c 方式； 充分考虑了信号设计对e m c 的影响。 3 t d s c d m a c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 都是属于f d d 方式，实际很多人预测第三代移动通 信网络的前景是一个共同的网络，f d d 技术的无线基站用来完成全球无线覆盖， t d d 技术的基站用于在城市人口集中地区，实现大容量的话音、数据及多媒体 业务。 我国原邮电部电信科学技术研究院在1 9 9 7 年成功开发出基于s c d m a 技术 的w l l 系统的基础上，于1 9 9 8 年6 月代表中国向u 提交了第三代r i i 建议 t d s c d m a ，后来在一些高校和公司的参与下，在1 9 9 9 年1 0 月向i t u 提交了 全部的t d s c d m a 标准文件，并积极和欧洲的u t r at d d 方案进行融合，终 于在1 9 9 9 年1 1 月5 日i t u - rt g 8 1 赫尔辛基会议上获得了批准，被列为 i m t 一2 0 0 0c d m at d d 的两种方案之一。 t d s c d m a 中使用了直接序列扩频的码分多址技术( d s c d m a ) 。它的传输 带宽为1 6 m h z ，码片速率为1 2 8 m e h i p s 。t d s c d m a 采用了时分双i ( t d d ) 的方式，因而前向和逆向链路可以使用相同的无线频率的同步时间间隔，前向和 逆向链路的信息在物理信道的不同时隙相互发送。t d d 系统在满足i m t 2 0 0 0 要求的前提下，同时具有如下特点： t d d 能使用各种频率资源，不需要成对的频率； t d d 适用于不对称的上下行数据产生速率，特别适用于p 型的数据业务； t d d 上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性便之便于使用诸如智能 天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的； t d d 系统设备成本较低，将可能比f d d 系统低2 0 5 0 。 t d d 系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离： ( 1 ) 采用多时隙不连续传输方式，抗快衰落和多普勒效应能力比连续 传输的f d d 方式差。 ( 2 ) t d d 系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增加而增加，考虑到耗 电和成本因素，用户终端的发射功率不可能很大，故通信距离( 小区半径) 较小， 北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文第1 章绪论 一般不超过1 0 k m ，而f d d 系统的小区半径可达到数1 0 k i n 。 1 1 5 后3 g 的标准化及发展近况 1 9 9 9 年1 1 月，i t u r t g 8 1 会议确定了5 个i m t 一2 0 0 0 无线接口技术的框 架性标准。而包括无线接入部分和核心网在内的较为成熟、完善，具备商 用基础的3 g 第一阶段的标准，尽管一直在频繁更新，但2 0 0 0 年上半年在3 g p p 和3 g p p 2 都已经基本完成。同时，3 g p p 和3 g p p 2 也在进行面向全口网络的， 支持2 m b p s 以上的更高分组数据业务的3 g 增强型的标准化工作。此外，在i t u 也己经启动了有关后i m t 一2 0 0 0 ( b e y o n d3 g ) 。目前3 g 标准化的一个非常突出的 特点是版本多、更新快。但第一阶段的版本已经基本成熟，第二阶段则正在探索 和变化阶段。 3 g p p 的版本更新： 3 g p p 目前已经存在两个版本，r 9 9 ( 有时也称作r 3 版本) 和r 4 版本，且都 在不断地进行更新。其中r 9 9 是目前最成熟、最稳定的版本。r 9 9 的特点是采 用基于g s m ，g p r s 的核心网络，引入新的w c d m a 和c d m at d d 的无线接入 网络( r a n ) 。r 9 9 是在2 0 0 0 年3 月在3 g p p 正式通过的，但此后每三个月更新 一次，r 9 9 今年3 月通过的版本曾经被认为可以作为商用版本，且其的更新版 本将能与之后向兼容，但6 月通过的r 9 9 版本与3 月相比又有5 6 6 个c r ( c h a n g e r e q u e s t ，对3 月版本的修订) ，其中包括支持g s m u m t s 切换等重要内容。9 月 底刚刚在北京召开的3 g p p 会议，通过了r 9 9 最新版本( 2 0 0 1 年9 月版本) ，与6 月版本相比，通过了2 6 6 个新的c r 。本次会议特别强调不应对r 9 9 版本的实质 内容再进行修改，否则将严重影响产品的商用化时间。 3 g p p 2 的版本变化： 对于3 g p p 2 来讲，版本也比较多，目前有r e l e a s e0 、a 和b 三个版本，且 这些版本也一直在不断更新。基于全坤的r e l e a s ec 也在研究中，计划在2 0 0 2 年 完成。目前正在进行商用化准备的标准主要基于r e l e a s e0 和r e l e a s ea 两个版 本。这两个版本在2 0 0 0 年底和2 0 0 1 年初已经稳定。由于基于e d m a o n e 的现有 标准和i e t f 的技术规范，标准成熟性较3 g p p 好。但由于3 g p p 2 在标准的一致 性和开放性方面较3 g p p 弱，所以运营商和制造商对c d m a 2 0 0 0 整个系统的版本 的选择，也并不完全一致，给设备之间的互通和不同网络之间的漫游带来一些困 难。 3 g p p 2 从2 0 0 0 年开始研究e d m a 2 0 0 0 1 x 的增强型技术1 x e v 。2 0 0 0 年9 月3 g p p 2 完成了可支持峰值速率为2 4 m b p s 的c d m a 2 0 0 0 1 x 的增强型技术 1 x e v - d o ( d a t ao n l y ) 的标准化。原计划2 0 0 1 年9 月确定支持5 m b p s 以上速率的 1 x e v - d v ( d a t a a n dv o i c e ) 标准，但两次投票，均没有结果。所以3 g p p 2 将不得不 继续研究如何确定1 x e v d v 的技术标准。3 g p p 2r e l e a s ec 是面向全p 的标 准，与3 g p p 类似，3 g p p 2 由于主要精力在完善现有的版本，r e l e a s ec 的进展 缓慢，预计2 0 0 2 年完成。后i m t - 2 0 0 0 ( s y s t e mb e y o n di m t 2 0 0 0 ) 的研究进展目前 r r u r 的w p 8 f 和r r u - ti m t 一2 0 0 0s s g 已经开始了后i m t 一2 0 0 0 的研究计划。 后i m t - 2 0 0 0 ，也是有些人称为“第四代”。由于目前第三代移动通信的技术仍 处于起步阶段，还没有大规模商用，本身的能力又有很大的扩展空间，目前不宜 人为地定义新的一代，所以i t u 强烈呼吁不要使用“第四代移动通信”这个术 语。 w r c 2 0 0 0 已经确定了i m t - 2 0 0 0 的扩展频谱，用于i m t 2 0 0 0 增强及后 i m t 一2 0 0 0 系统，目前i t uw p 8 f 正在对这些频谱进行规划，预计2 0 0 2 年6 月完 4 北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文 第1 章绪论 成。与此同时，w p 8 f 还计划2 0 0 2 年6 月完成后i m t 2 0 0 0 的目标和远景，也 就是后i m t 一2 0 0 0 的最基本的目标和要求建议。目前已完成了框架，还没有任何 结论，如后i m t 。2 0 0 0 在高速移动环境支持2 0 m b p s 还是1 0 0 m b p s ，静止环境最 高速率是1 0 0 m b p s 还是1 g b p s 等，都处在探讨阶段。目前日、美、欧等国家和 地区都踊跃参加。事实上虽然对于后3 g 还没有形成清晰、一致的概念，但新的 一轮的技术之争已经拉开了序幕，在及早争取领先和有利的地位。所以我们国家 在冷静认识后3 g 的研究现状的同时，及早启动相关国家级项目，对关键技术进 行储备研究。当然对我国的制造企业来讲，仍应将有限的人力、物力集中在当前 的3 g 产业化上，以及早推出成熟的设备，占领市场。 第2 节w - c d m a 系统简介 1 2 1w c d m a 系统承载的业务 我们将在表1 1 中简单列出： 业务类型会话类型数据流类型互动类型后台类型 基本特点须保持流中信息实须保持流中信 请求一响 信息接受目的端 体间的时间关系息实体间的时应模式并不在某一时期 ( 变化)间关系( 变化)须保持数内期待数据的到 会话模式( 苛刻的、据的完整达 低的时延要求)性保持数据的完整 性 应用举例话音、可视电话、流式多媒体网页浏览e a m i l 的后台下载 视频游戏网络游戏 表1 - 1w c d m a 系统所承载的业务 1 。2 。2w c d m a 的基本参数特点 以下我们简单的列出了系统的基本参数特点： 多址接入方式：d s c d m a 双工方式：频分双工时分双工 基站同步：异步方式 码片速率：3 8 4 m o p s 帧长：1 0 m s 业务复用：有不同服务质量要求的业务复用到一个连接中 多速率概念：可变的扩频因子和多码 检测：使用导频符号或公共导频进行相关检测 多用户检测，智能天线：标准支持，应用时可选 更具体的参数规定我们将在下一部分中介绍。 1 2 3w c d m a 协议简介 w c d m a 方案包括f d d 与t d d 两种工作方式。前者工作在覆盖面积较大 的范围内，提供中、低速业务；后者主要侧重在业务繁重的小范围内，提供高至 2 m b p s 的业务。根据o s i 参考模型，空中接口可以划分为三层模型。 北京邮电丈学0 0 级硕士毕业论文第1 章绪论 第一层是物理层，主要由t s 2 5 2 x x 协议进行规范：第二层是链路层，主要 由t s 2 5 3 x x 协议进行规范：第三层是网络层，主要由t s 2 5 4 x x 协议进行规范。 下面仅就f d d 方式进行讨论。 基本参数： w c d m a 工作频段：1 9 2 0 1 9 8 0 m h z 频段分配给f d d 上行链路使用； 2 1 1 0 2 1 7 0 m h z 频段分配给f d d 下行链路使用；1 9 0 0 1 9 2 0 m h z 频段由于 在高频段没有相应的镜像频段，被分配给t d d 双工方式使用。基本标称带宽 5 m h z ，但其实际值可以以2 0 0 k h z 为步长，根据需要在4 4 5 2 m h z 之间调 整。基本带宽可以扩展至l o 2 0 m h z 。 基本扩频码速率4 0 9 6 m e p s ，它也可以扩展到8 ，1 9 2 1 6 3 8 4 m h z 。 帧长l o r e s ，每帧包含1 6 个时隙，每时隙o 6 2 5 m s ，代表一个功控周期。 信道结构： w c d m a 信道可分为专用信道和公共信道两大类。专用信道包括：业务信 道、独立专用控制信道、伴随专用控制信道。 公共信道包括i 广播控制信道、前向接入信道、寻呼信道、随机接入信这些 信道通过不同的方式映射到相应的物理信道。下面我们分别对上下行链路进行介 绍。 ( 1 ) 上行链路 上行链路专用物理信道分为；专用物理数据信道( d p d c h ) 和专用物理控制信 道( d p c c h ) 。公用物理信道为物理随机接入信道口r a c h ) 。 图l - 1 上行链路d p d c h d p c c h 帧结构 专用物理信道：上行链路专用物理数据信道用来承载第二层和更高层的专用 数据。专用物理控制信道用来承载第一层产生的控制信息，包括：用于信道估计 的导频信号( p i l o t ) ；功率控制信号( t p c ) 以r 传送格式指示比特( t f i ) 。 上行链路专用物理信道帧结构如图2 1 所示。每帧1 0 m s ，分成1 6 个时 隙。7 2 个连续的帧组成一个超帧，时长7 2 0 m s 。每时隙比特数为：1 0 2k ， 其中k = 0 ，6 ，相应的为s f = 2 5 6 2k 。即为2 5 6 - - 4 。d p c c h 与 d p d c h 是并行发送的。 公共物理信道：上行链路公共物理信道只有种：物理随机接入信道 ( p r a c h ) 移动台仅在相对于所在小区广播控制信道帧边界的一系列给定时间偏置处发起 接入尝试。这样的时间偏置称为接入时隙。每个接入时隙都会与别的接入时隙之 间有1 2 5 m s 的时间间隔，以防止接入尝试的相互碰撞。本小区中哪些接入时隙 可用的消息在广播控制信道中发布。每个接入时隙随机接入 北京邮电犬学0 0 级硕士毕业论文 第1 章绪论 突发的结构如下图2 - 2 所示。 图1 - 2 随机接入突发结构 接入突发由长度为i m s 的前导部分和长度为1 0 m s 的消息部分组成。两部 分之间为0 2 5 m s 的空闲时隙。其中前导部分是由1 6 个复数符号a 或一a ( a = 1 + j ，这里j 是虚部的标记) 组成特征序列，共有1 6 个不同的这样的序列。在一 个小区中，哪些特征序列可以使用的消息通过基站下行信道予以广播。消息部分 由数据部分( 对应于d p d c h ) 和第一层控制信息部分( 对应于d p c c h ) 组成，这两 部分是通过两条物理信道并行发送的。控制信息部分时隙由t p c ，t f i 和p i l o t 组成。数据部分时隙由1 6 比特的移动台识别码，3 比特的所要求服务类型指示 码，可选的用户短信息包，8 比特的循环冗余比特组成。 ( 2 ) 下行链路 下行链路物理信道由专用物理数据信道( d p d c h ) 和专用物理控制信道 ( d p c c h ) ，基本公共控制物理信道( p r i m a r yc c p c h ) 和辅助公共控制物理信道 ( s e c o n d a r yc c p c h ) 组成。专用物理信道的功能与上行链路相同。基本公共物理 控制信道用来承载广播控制信道0 3 c c h ) ，辅助公共控制物理信道用来承载前向 接入信道( f r a c h ) ，寻呼信道( p c 田和同步信道( s c h ) 。 专用物理数据信道：下行链路专用物理信道是d p c c h 和d p d c h 的时分 复用。第二层及高层的数据与第一层的控制信息( t p c ，t f i ，p i l o t ) 通过时分复 用复用到同一条信道上。其帧结构如图2 3 。同样，下行链路d p c h 一帧也是 由1 6 个0 6 2 5 m s 的时隙组成的，帧长为1 0 m s 。7 2 个连续的帧组成一个超帧。 图1 3 下行链路d p c h 时隙结构 当总的比特率大于一条物理信道所能承载的最大码速率时，可采用多码传输 的方法，即在下行链路发送多个并行的相同的物理信道。此时，第一层控制信息 只需要在第一条物理信道发送，其它物理信道在相应的时间段中不发送任何信 息。多码传输的另一种方法是每个发送的物理信道的扩频增益不同。因此，此时 每条物理信道都需要发送第一层的控制信息。 基本公共控制物理信道：p r i m a r y c c p c h 承载b c c h ，它的码速是固定的， 为3 2 k b p s 。其帧结构与下行链路d p c h 的差别是它不包含t p c 和t f i ，只包含 p i l o t 和d a t a 。每时隙有8 比特的p i l o t 和1 2 比特的d a t a 。 辅助公共控制物理信道：s e c o n d a r yc c p c h 承载f a c h 和p c h ，f a c h 和 p c h 分别映射到不同的s e c o n d a r yc c p c h 。s e c o n d a r yc c p c h 码速是恒定的。 但这里的恒定，只是对一条s e c o n d a r y c c p c h 而言。对不同的辅助公共控制物 理信道，它的码速是可以不同的，以适应不同的f a c h 和p c h 容量。s e c o n d a r y c c p c h 和p r i m a r y c c p c h 的主要区别是前者的码速对不同信道是不同的，虽然 在同一信道中是恒定的，后者码速对每个小区都是相同的；并且前者是在有数据 时才发送，且可能只在某个方向发送，前者是在整个小区连续发射的。 同步信道由两个子信道组成；基本同步信道和辅助同步信道。 北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文第1 章绪论 可见，上下行链路有很大不同，下行链路专用数据信道和专用控制信道是时分复 用的，而上行链路专用数据信道和专用控制信道是并行发送的。 北京邮电大学o o 级硕士毕业论文 第2 章项目设计概要和计划 第2 章项目设计概要和计划 第1 节系统设计基本框架 2 1 1 项目设计的提出 在进行本项目设计之前，北京邮电大学信息论教研室已经于2 0 0 0 年建立了 w c d m a 系统的c o s s a p 仿真平台，并获得了一定的实测结果。 为了配合建立符合最新协议标准的、更通用化的仿真平台，同时丰富实验室 的理论研究工具，2 0 0 2 年3 月，信息论教研室拟定项目：计划实现w - c d m a 物 理层的v c 软件仿真平台，涉及到信道编码复用、多径信道建模和r a k e 接收机 等几项关键技术。 2 1 2 系统设计框架 以下是系统分析师吴湛击博士提出的初步总体框图，如图2 1 所示： s s n 。r r m el - 一 1 m o d u l a t i o n l r a y l e i f f h c h a n 卜一 k r a k e l l 一 3 9 p p d e f r a m e 卜。一一一 ，- _ - - - - - - (3 8 p p f t l e s ) 、一， 图2 - 1 总体设计和接口参数流程图 根据各个模块的划分和接口参数设计，我们提出了数据结构的定义 # d e f i n em a xt t i # d e f i n e 嗽1 r c h 9 北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文 第2 章项目设计概要和计划 # d e f i n em a x p h y c h a n t y p e d e f s t r u c t i n t f l a g ；1f o rd o w n l i n ka n d0f o ru p l i n k i n t s e r v i c e ； i n t t f c i m a x _ t t i ； i m r m m a x _ f r a m e m a x _ t r c h ； p h y s i c a l _ c h a n _ p a r ac h a n _ p a r a m e t e r m a x _ t r c h ； ) 3 9 p p f r a m e _ i n p u t ； t y p e d e f s t r u c t l 。n t f l a g ；1f o rd o w n l i n ka n d0f o ru p l i n k f l i t p h y _ t y p e ；0f o rd p c c h a n d1f o rd p d c hi nu p l i n k m t s l o t _ f o r m a t ； m t p h yc h a r t _ l e n g t h ； m t s c r a m b l e _ _ n u m ； m t s p r e a d i n g _ f a c t o r ； m t o v s fn u r n ； ) p h y s i c a l _ e h a n _ p a r a ； t y p e d e f s t m c t i n t p h y _ e h a n ； p h y s i e a l _ c h a n p a r ap a r a m e t e r ； ) p h y s i c a l _ c h a n _ i n t ； t y p a d e f s t r u c t f l o a t + p h y _ c h a n ； p h y s i e a l _ e h a n _ p a r ap a r a m e t e r ； ) p h y s i c a lc h a r tf l o a t ； t y p e d e f s t r u c t i n t f l a g ；lf o r d o w n 1 i n ka n d0f o r u p l i n k i m p h y n u m ； p h y s i c a l _ c h a n _ i n tp h y _ a r r a y m a x _ p h y e h a n ； f i r s tf o rd p c c hi n u p l i n k a n dt f c ii n d o w n l i n k 3 9 p p f i a m e _ o u t p u t ； t y p o d e f s t m c t i m f l a g ；1f o rd o w n l i n ka n d0f o ru p l i n k i n tp h y _ n u m ； p h y s i c a l _ c h a n _ f l o a t p h y _ a r r a y m a x _ p h y c h a n ； r a k e _ o u t p u t ； t y p e d e f s t r e e t 10 i n t m o d u _ i ； i n t + m o d u _ q ； i n tm o d u _ l e n g t h ； m o d u l a t i o n _ o u t p u t ； t y p e d e f s t r u c t f l o a ts n r ； i a t s a m p l e _ n ； f l o a td c t a y 6 ； f l o a tp o w e r _ r i b 6 ； f l o a t f s ； f l o a t f d ； i mn s ： c h a n _ p a r a _ i n p u t ； t y p e d c f s t r e e t i n t + e h a ni ； i a t4 e h a n _ q ； i a t c h a r t _ l e n g t h ； c h a no a t p u t ； t y p e d c f s t r u c t c h a rf p _ n a m e m a x _ t r e h 3 0 1 ； 3 9 p p f i l e s ； 第2 节任务分配和完成计划 2 2 1 项目组设计人员分配 为了保证模块划分的清晰性和任务的同步进度，项目组将设计任务划分为三 个小组，每组工作安排如下： 信道编码及复用组 第一期任务：实现上下行收发复用的优化算法，t f c i 的r m 编译码、盲格 式检测和扩频加扰。 第二期任务 第三期任务： 信道建模组： 第一期任务： 实现r s 、b c h 、g o p p a 和交替码的编译码，实现t u r b o 码的 m a p 和s o v a 算法 进行l d p c 和空时码方面的编程和研究工作 实现符合m 1 2 2 5 标准的6 径瑞利衰落信道的仿真平台，分别 用c l a r k e 和j a k e s 模型实现 第二期任务：实现生灭模型的可交延时的多径瑞利信道的仿真平台，大尺度 室外内衰落信道模型和小尺度室外内衰落信道模型 第三期任务：进行矢量信道的建模 r a k e 接收机组： 北京邮电大学0 0 级硕士毕业论文 第2 章项目设计概要和计划 第一期任务：实现固定时延的四径r a k e 接收机 第二期任务：实现匹配滤波器和小区搜索，可变延时的r a k e 接收机 第三期任务：实现功率控制，多用户检测和自适应均衡 2 2 2 模块功能及接口参数分配 第一组承担3 9 p p f r a m e ，m o d u l a t i o n ，3 9 p p _ d e f r a m e 三个模块的研制，各模块 的功能和接口参数为： 3 9 p p _ f f a m e 功能：根据t s2 5 2 1 2 协议，实现物理层d p c