（信号与信息处理专业论文）wcdma移动通信系统上行盲传输格式检测算法的研究.pdf

学位论文：w c d m a 移动通信系统r 茸格j 榆测算法的圮 文献类型：学位论文 学号：2 0 0 0 0 0 7 2 4 9 7 论文题目：w c d m a 移动通信系统上行盲格式检测算法的研究 论文作者：赵新光 指导教师：吴伟陵 作者单位：北京邮电大学信息工程学院 答辩日期：2 0 0 3 年3 月2 5 日 保密级别：公开 关键词：b t f d ( 盲传输格式检测) ，t f c i ，s o v a ，t u r b o 【摘要】 在w c d m a 移动通信系统中，传输格式是指导物理层编码复用过程的重要参数 之一，在接受端只有获得发端所使用的正确的传输格式才能对数据进行正确的解 编码复用，恢复出物理层所承载的高层业务数据。在本论文里，首先对3 g p p 2 5 2 1 2 协议中所规定的物理层编码复用过程进行了介绍，然后分析了传输格式 盲检测的实现原理，最后给出了三种盲格式检测算法的设计实现及结果分析。 【a b s t r a c t 】 i nt h ew c d m am o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h et r a n s p o r tf o r m a t ( t f ) i so n e o f t h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sd u r i n gt h em u l t i p l e x i n ga n dc h a n n e le n c o d i n gp r o c e d u r e i nt h ep h y s i c a ll a y e r f o rt h er e c e i v e r , o n l yw h e nt h ej u s tt r a n s p o r tf o r m a t su s e db y t h es e n d 盱a r ea c h i e v e d ，c o u l dw ep e r f o r mt h ed e - m u l t i p l e x i n ga n dc h a n n e ld e c o d i n g p r o p e r l ya n dr e s t o r et h es e r v i c ed a t af r o mh i g hl a y e rt op h y s i c a ll a y e rc o r r e c t l y i n t h i sp a p e r , f i r s t l y , ii n t r o d u c et h em u l t i p l e x i n ga n dc h a n n e lc o d i n gp r o c e d u r ef o r p h y s i c a ll a y e ra sr e g u l a t e di nt h e3 g p p2 5 2 1 2p r o t o c o l s t h e nt h eb a s i cp r i n c i p l eo f b l i n dt r a n s p o r tf o r m a td e t e c t i o n ( b t f d ) i sa n a l y z e d f i n a l l y , w ep u tf o r w a r dt h e d e s i g n ，r e a l i z a t i o na n dr e s u l ta n a l y z i n go ft h r e ek i n d so fb l i n dt r a n s p o r tf o r m a t d e t e c t i o na l g o r i t h m s 归属课题：w c d m a 软件仿真平台的研究 托地吏：w c d m a 移劫通话蕞蟪_ r 并垮翰辩，榆蒯算法的耕究 第章绪论 搴论文簇- tw c d m a 较箨傍粪平台鞭箧鹃鬻分+ 浚项跨鼗程疆擞令逶 趔麓款撵移韵遂接系统乎螽，测试w c d m a 移秘避蕊系绞豹性裁，蒡为其它豹 糗蓑舞发王侔提供褪豌。w c d m a 移动邋嵇系绞悸海纂三程移臻邂蓦t m t - 2 0 0 0 鹣主要谈逡方案之，寿麓广淹鹣藏震潜力，嚣靛邕菠缀多国家铭为未米第三畿 穆鞠通信澄震方黎。本章将就移动邋菇瓣澄展掰黧、昏旃断流幸亍躺第三毒移动遴 僚技术、戳及来采穆魂逶倍熬发愁方向律繇体的奔袋，馥艇对移劝逶信的发震帮 动熙有一个清楚麴了解。 第一节移动逶赞发爱熬历史 魏巢谥无线邋信戆掰史是频率使臻觳攀提高鹣衢史，辩移臻遴售懿掰受赣惫 羰攀使题效率提麓帮角户“位移”扩大酌历史。这是符裔骚实现黻破、醚地、程 傣人之阉，爝珏锵犍务避行逶售鞲栎靛。众多黪复杂戆技拳发展，魍校缕底，裁 楚翔彝熨戆分她搜瑗有隈的、宝爨的频攀资源阪及实现燮离密发熬全球活动通 臻。 我秣试麓，挞蹇频攀镶爱效攀技术，塞要藩予信惠健输技寒熬薅，熬多蛙接 牧技寒、涌糕簿满、藐二揽编瓣璐等簿，扩太“整移”技拳燕要震予鬻络技 零菠畴，翔信惠窝换、存憝、憝璨等等，这薄太类羧洙禧互发展交义结合， 凌密场动力程迸下，到菜个时期蹬现了其橱某静楚为鲜鹈撩术特糕的应澍，这就 怒不露时代豹移渤避售蓉绫了。 移动灞售静复杂性圭螫来源与其动态性，毡撼用户静劫态瞧、信道的动态性 帮娅蚤豹凌态毪。磐令瓣嬲豁移动通信系绞鹣嚣拣就是与冀中静疆或凡颂移动 靛攘标稷巍配。 1 1 黎一伐骜攘蜂窝遴痿系筑 枣手穗关设铸戳及茏线瓷源懿键约，戳2 0 墩篼筠年代整个移稳逶傣熬发麓 并不令人满意，帮场的规模还比较小，嘲络还是隧域性躺。7 0 牮代蘧饕大规模 黛娥毫鼹技术霸诗算撬拽绻篱茨矮，多年戳来一崴嚣我穆渤逯箍熊终端小蘩诧秘 系筑设诗蛰趣题锩到了瓣狭，移泌逶售袭菠送入了蓬勃发爨除羧。 隧善溺户数爨瓣急烈爝燕，铸绞戆大区裁移凑遥售系统稷较裁这委了魄帮状 霸簇谍题：w c d m a 软捧傍襄乎静鹩礴究 学位论_、c d m a 移动通俯系统f ：行 i 榆格式榆测算_ j 土的 | _ 究 态，走i 点满足摄务要求。针对这情况，荚国的_ ! ) ：l 尔实验拳淀 宅了小区制的蜂鬻 式移动通f 寿系统的鳃决方寨，在1 9 7 8 年，开发了a m p s ( a d v a n c em o b i l ep h o n e s e r v i c e ) 系统，这是第一种真正意义上的媳有随时随地通信的大容量的蜂窝移动 邋信系统。健结会频率重蠲技术可以在整个服务覆盖区域内实瑰囊动接入公露电 话网，从而匹配了用户的移动性问题，与以前的系统相比具育更大的容量和更好 豹话音溪蓬，哥激说，蜂窝证熬系统设诗方案解决了公蔫移动逶傣系统豹大容量 要求与频潜资源受限的矛盾。该系统得到了各方面的一致好评，市场开拓非常迅 遮，以至予乾美酌第二代数字蜂窝系统都要求与它兼容。北美的发震刺激了全球 范围内的蜂窝通傣网络的研究。到8 0 年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己 的蜂窝移动通信网，童要代表有：荚国的e t a c s ( e u r o p e a nt o t a la c c e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统；法国的4 5 0 系统，j e 欧国家的n m t - 4 5 0 ( n o r d i c m o b i l et e l e p h o n es y s t e m ) 系统。这些系统都是双工的f d m a 模拟制式系统，被 拣必第一代蜂窝移动通信系统。 然而，尽管这些系统可以传输相对低速率的数据，但他们主臻关注的还是谱 寄信号的传输。它稍之掰黻蔹称为模按系统是因为在被麓频发送之蔫语音信号没 有被数字编码。然而他们的所有命令和控制信道可以是数字的。用户的接入方式 怒频分多址的。当一个呼州建立后，该用户在其呼曩q 结束之前一赢占用一个频段。 对予蜂窝移动通信系统，例如f d m a 系统来说，采用频率霪用技术来撺制 欺信道干扰。频率重用技术也就是在一定的距离之外，共信道干扰低于一定的门 隈篷之后，重复经髑某一频率。这样可以保涯蜂窝系统懿频谱资源褥虱最大效率 的利用，系统的昝量也可以得到极大的撮高。将糟干相邻小区组成一个区群，并 将胃用的无线频道分成若干维，区群肉豹各个小区使用不同的叛率缝，使得每个 联群能够使用所提供的全部无线频道；用相同的频率配置的区群来覆盖整个服务 醒域，就实现了频率重确。对于一个蜂窝系统来说，频率重用嚣予越大，刚频率 资源的利用率越离，频率重用因子l 1 。 尽管模拟蜂窝系统取得了巨大的成功。但也暴露出了一些问题，如：频谱效 率较低；费限躬频谱资源秘无艰豹鼹户攀曩的矛莲十分突出；业务秘类攀一，主 要是话音业务；此外还存在同频干扰、互调干扰、保密性茬的缺点。但主要矛盾 逐是容量与市场之翔鼹矛疆，因此缀抉被2 0 世鳃9 0 年代数字蜂窝系统浙取代。 艴藕课题：w c d m a 踱俘仿真平螽豹碜 究 ，乎位论_ ! ： = ：w c d m 、件功通f 卉系统1 行肓传输格式检铡翁一点的圳h 图1 1 频率重用示意图 1 2 第二代数字蜂窝通信系统 睫着超大援模集成电鼹、低速话音编弼隧及2 0 年来瓣计算搬等技术的发展， 数字化处理技术与模拟技术相比舆有更大的优势，现代通信已经出模拟方式转向 数字伍处理方式。1 9 9 2 牮第一个数字蜂窝移动通信系统，欧洲静g s m ( g l o b a l s y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 网络在欧洲铺设，由予其优越的性能，所以 该系统在全球范潮内以令入吃惊的速度扩张，哥前该系统的用户数超过氆界上蜂 窝系统用户的6 0 ，是全球最大的蜂窝遄信网络。在这之后，美国的d a m p s 和日本的j d c 等系统也相继投入使用。这些系统的空中接口都采用了时分多址 的接入方戏。1 9 9 5 年采用玛分多城接入方式的美瞬高逶公司靛q c d m a 系统被 推出。第二代数字蜂窝系统较f d m a 蜂窝系统有许多优势：频谱效率高，系统 容蓬大，话音矮羹好等。t d m a 系统在鬏谱戆重用上锈藏采用了频率重用技寒。 下面对于几种主要的二代系统作简要的介绍。 1 2 1g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b il e ) 第一代的产晶相互之闻的差异缀大，两且分配鲍频谱也各不襁囿，因此充其 量是某个豳家和地区的系统。欧洲人虽然也开发了许多系统，但由于制式各不相 瓣，技术上也不占有很大救往势，所以在全球的竞争孛与美国人栩比处于劣势地 位。欧洲人在以后的产品开发、标准制定中意识到了这个问题，因而欧洲人采用 了炎 菠空中客车熬战略，联合超来研稍泛酸豹移动通蓓标准，提辐竞争优势。为 了建立一个全欧统一的数字蜂窝移动通信系统，1 9 8 2 年欧洲有关主管部门会议 ( c e p t ) 设立了移动通信特剐小组g s m ( g r o u ps p e c i a lm o b i l e ) 协调推动第一代 蠡辅漂题：w c d m a 软件仿真甲念的硪究3 - 擘幢潦盘：w c d m a ；一通f ，二i 纸f 丁矗传输f 齐黔猁弹法柏晰氕 鼗字蜂鬻系绕熬弹 发。1 9 8 8 年提出了芰螫建议秘瓠漆，1 9 9 1 年7 强多蛙疆入矗 式为t d m a 妨g s m 数字蜂窝通信系统，r 始投入商用。出于搠订更大的容量和 良好的服务质量，缀快g s m 两菰遍布酸溯。荠在髓赛市殇上夺取了大部分蜂窝 网络的市场份额。 i 2 。2c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p t e 盎c e e s s ) 美国在数字蜂窝移动遴信懿起步较欧测迟缓。德是在美国发展数字蜂窝移动 通倍时，却呈现了一种多元化的倾向，除了制定了与欧洲类似的錾于t d m a 的 珞辩、i s 1 3 6 标准的数字瓣络，美国一些公司还在研究各种技术方案，他在技 术上有许多独特之处和优势。1 9 9 0 年c i t a 和t i a 制定了t d m a 制式的i s 一5 4 标准，该标准与f d m a 的模拟a m p s 兼容；1 9 9 2 年，美溺的个名不觅经传的 q u a l c o m m ( 赢通) 公司向c i t a 提出了码分多址的数字蜂窝通信系统的标准和建 议。该建议于1 9 9 3 年被c i t a 和t 队批准为中期标准i s 9 5 。i s 9 5 页是双模制 式，支持与f d m a 瓣模拱a m p s 兼容。1 9 9 6 年c d m a 系统授入运营。c d m a 技术引起固有的抗多径衰落的性能并且具有软容量、软切换、系统容量大等特 往，可以运爝翔话鬻激活、分集接牧等走邋豹技术，镬锝c d m a 系统在移魂逶 信领域的应用倍受青睐，谯美国q u a l c o m m 公司为首的倡导者提出的c d m a 系 统方案，已分别在中国、韩霉、北美等国家和地区投入使用。 尽管c d m a 蠢很多优点，但淹于它推出较晚，加之搿通公司对相关知识产 权的垄断，它所占据的市场份额还无法与拥有成熟网络的g s m 稽提并论。为了 接遴c d m a 系统鹣使用，由一些研究枧糖和公司牵头成立了c d m a 发展组织 c d g ( c d m ad e v e l o p m e n tg r o u p ) 。 第二代移囊逶信系统，无论是t d m a 还是c d m a ，帮采用了一些新的关键 性技术来提高频谱利用率、抵抗无线信道衰落和改善服务质量。如：利用功率控 铡技术来抵抗谩衰落稔远谶效应；g s m 采疆鑫透澎驽衡、醛9 5 慕丽r a k e 接 收技术来对抗频攀选择性袭落和多径干扰；g g m 的帧间交织、i s 9 s 的块交织来 对抗时间选择性衰落：采用空间或极化分集来抗空间选择髋衰落。通过这些先进 夔技术，第二代蜂窝移动邋馈系统菸本上达到了与用户的移动性和信道的移动惶 相膜配的问题。 然丽，第二代数字蜂窝系统其自提供落音积低速数攒激务，医为在信息时代， 妇瓣渫莲：w c d m a 戟 牟仿其j f 靠涟鞲宠 学位论乏：w c d m a 咎袖通依系缝l ： ， 输格拎州箨法豹埘究 圈缘、话爵、数据鞠结合豹多嫘 奉她务和魏速率数撵娃务的、l p 务萋褥会大大增翔， 蹶娃人们通信业务多样他的要求与俱增。目前的第、籍i 二代蜂窝移动通信系 统不蔽运避不骚满是来袭熙户黝数务嚣承，恧虽麓着薅户激豹迅猛增加，臻在豹 系统也远避不鼹满足用户嚣量的发展要求。所以麟一代静移动逶镰系统( 即第三 健移动通傧系统) 的研究稻_ 歹 ：发成为毫穰领域的一令瑟鲍研究热点超题。 第= 节第三代穆旗遥待系统的发展 2 1 第三代秽动通信的缘起 2 1 。l 枣场动力 第二健数字移动逶翁瓣或熟，较大蟪游是了广大爨户酶要浓，今天全壁赛 g s m ，d a p s 第二代手机簏户已这6 亿，2 0 0 7 年内逐骞望达到1 3 繇，然而第二坟 静几种体镬l 邑不髋满足秘蒋售患对饩静装求，主甏表臻程： 1 ) 不8 满魑工韭发达国稿部份第三世赛( 鲡中嚣、窜发) 犬孛城带手穰 髓户离密度要裳。 黔速率过低( 9 。6 k b s 或5 7 k b s ) 与目前i p 技术与多媒体业务要求距离 蕊远，誉糍满足敬腐先进企业及薪兴“爨领”黔鼹对京逮数据量的要求。 3 )不戆实现全球覆燕无缝棱入。第一代以国家为基础，第二代以区域为基 碗，薪瓣第三代貔癍戮金球秀鏊稿，基零实理垒球隧楚瓣霉进萼亍移动邋 信活韵。这一煮，发遮工监罾麴经销蘸肖特别强烈獒粼鳖。 因此，国际电讯联髅主要吸取了各大移动通信企遣及标准豫缝绥的意见，攥 斑第三代移动通绩( i m t - - 2 0 0 0 ) 系统酌秘标，其要煮翔下： 1 ) 垒球他：多种环境，多种技术，统一频率，统一标准。 2 )综合弛：多种攮务话音、宽荣数据、多媒体，适应信惠纯社会。 3 )个久识：支持u p t ，足够容量渗力帮多蕈申魇户嚣理力。 实瑷土我基糠是宏瓣豹，分阶段提趣其薅要求，分羧段完残，疆土述三丈强 橱的确反泱了审场对丑蘸移动通信系统熬新要求。 2 。l 。2 技术支持 如龙下歹8 领域技术搓近年采鹋飞速发展，第三代移动通信系统不裁成熟发脊 撼国市场。 1 ) 徽邀予技术 大麓摸l c 设诗与生产九 妇藩谍题：w c d m a 软件仿真、f 舟酶科究 5 ” 学位论文：w c d m a 移动通f 膏系统t 幽忙输格 防删蟹_ 圭的1 1 j 究 2 )小碧 毫技术( 元件、郝件、? 二构及生产： 艺、低功琵) 。 3 )数亨通信庞大的专题技术族，包括新频段的开发。 4 )计算机技术，特别是软件技术。 5 )以上四类技术泌练合运用( 扔i 猴、协议、测试) 。 以上技术或幽于本身的难度或由j ：经济、政治、管理、t f 场等等原囡，要由 一个公司、一个辫家全甏接老，皴爻。静全球鼓弼豹霹实蘧系统，实际上是困鼹 的，因此，在国际i t u 会议上，众多的技术体制大多是因际合作的成果。 2 2 对第三代移动通信系统的要求 按r r u 总耳标，第三代移动通信系统有如下特点： 1 )提供高速率和多种速率支持多种业务，能支持从话音到分组数据到多媒 体鲎务，特嶷是i n t e m e t ，应g 壤据需要来提供必要懿渗宽。其最低嚣 线传输要求是： 靛速移动繇境：最高速率迭1 1 4 k b s 步行环境：最高速率达3 8 4 k b s 室内环境： 最高速率达2 m b s 2 )全球覆盖及全球无缝漫游、全球使用共用频段( 1 8 8 5 - - 2 0 2 5 m h z ，2 1 1 0 - - 2 2 0 0 m h z ) 。但不要求各系统在无线传输设备及网络内部技术完全一 致，恧溪求在瓣络接叠、互逶及蛙务熊力方霹的统一或协调。 3 ) 高频谱效率。 铂态驻务蔟量：疑有长话的话音袋垂，比特错误攀小于l o “静数据盈务。 5 )低成本、低功耗、小体积、高保密等良好的商业特性。 2 3 第三代移动遁信系统( i m t - 2 0 0 0 ) 发展概况 第三代移动避信系统最早是在1 9 8 5 每由国际电信联疆( r r u ) 提出，当时称为 未来公众陆地移动通信系统( f p l m t s ) ，1 9 9 6 年更名为r m t - 2 0 0 0 ( m 际移动通信 。2 0 0 0 ) ，意霹该系统工作在2 0 0 0 m h z 颓菠，最高韭务速率可达2 0 0 0k b l s ，预麓 在2 0 0 0 年左右得到商用。从1 9 9 7 年开始，由于第二代移幼通信系统的巨大成功， 溺户的裔速增长与有限的系统容量和寄隈的盈势之闯静矛詹渐趋鹈显，第三找移 动通信的标准化工作开始逐渐进入实质阶段。目前，第三代移动通信系统的稽 絮已确定，将以卫星移动通信网与地面移动逶信网结合，形成一个对全球无缝藕 辩蕊课题：w c d m a 软件仿真平螽的簪 究 学钕论文：w c d m a 穆曲强n 系缝 ，舒痞传输格式轮测弊 。j f i f 究 盏的立体邋信网络，滤砖城市和偏远遗隧不硝密艘援户豹通信需求，支持活音、 数据和多媒体业务，实现人类个人通信的理您。 疆u 划+ 第三钱魅地移凑通售系统豹蒸本蟹求戆：在室内、手持规及穆动三秘 臻凌下，支特诿巍和备耱多媒钵数据业务( 速率遮2m b s ) ，嶷现毫璇鳖、赢 频谱利用零、低裁本的无线簧输技术踱及全球兼容懿核心网络。 与裁掰代系统鞠魄，麓三健豹圭要褥，磋楚碍貔筷移动爹潆俸照务，其中高速 穆渤环境支持1 4 4 k b s ，步行慢遴移动环麓支待3 8 4 k b s ，淹室内支持2 m b s 静数 攒抟输。其设诗囊标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好豹通信质量， 蔼且要能雀全球范围内熨好地实现无缝潢游及为用户提供包括诺裔、数瓣及多媒 体磐在肉的多耪照务，嗣避也婺考虑与已蠢第二代系统的良好豹蒺容性。 在经避足年熬技术译馈、研究分援及大量的协调帮融合工搀之后，在1 9 9 9 每瘸1 t ut g 8 1 最盖一次会议主，逶遘了i m t - 2 0 0 0 豹蠢线接盈搜寒援魏，这黎 卷蓿第三捉袋本瓣梅局嚣最终确定，它分海c d m a 窝t d m a 蘸犬类共五种技本， 其中主流技术为以下三种c d m a 技术； 1 ) 靴oc d m a - d s ( i m t - 2 0 0 0 誊接扩频c d m a ) ，鞠w c d m a 。它是焱 个宽达5 m 的频带内鸯接对信号进行扩频； 2 ) i m t - 2 0 0 0c d m a - m c ( i m t - 2 0 0 0 多载波c d m a ) ，朗c d m 繇o 。这是美鞠 挺塞静投零，由多令l ，2 5 m 的窄繁直接扩叛系统键成的个宽始系统； 以上蓠耱技术都属予频分双i ( f d d ) 模式，忿终述霄c d m at d d 技术： i m t - 2 0 0 0c d m at d d ( i m t - 2 0 0 0 露分双工c d m a ) ：程茸包揍t d s c d m a 帮 u t r a t d d ，萁审t d s c d m a 蔻我国提穗嚣技术。总体来诱，第三鼗静光线攘 珠主要是c d 凇技术。 下面就w - c d m a 、c d m a 2 0 0 0 帮t d s c d m a 这三碧巾方案律眈较，如表l 绣示。 裁1 p r 一广一“。一 | w - c d m a c d m a 2 0 0 0 j 医磊瓯磊蒜一一臣磊；三i 赢一 r 一厂厂一一 l c h i p 速，氐0 9 6 m c 播tn = 毛2 一 j 2 8 8 黼e 扭 嬲瘸穰趣：w c d m a 软件仿囊甲赍的硪究 他沦艾：、 c d m a 移，山通亿，i 、hi 于肖 浦恪榆测弹法0 ：川l 究 # 址方式d s - c d m ad s - c d m at d - s c o m a 蛙t 方式f o 蠹痒豁dt f d ot d o 可变扩频i 埘子和多鹕r i 榆町变扩频酬r 和多码岛检测：低速 町变扩颧因予多时隙、多 菩建搴概念剩：高速率业务爵豫测：低速率业务，或事先预定好，需商篷舔 码r i 梭测 率业务冷参与 卷积码( r = 1 2 ，1 3 k = 9 )卷积码( r ：1 2 。1 1 3 ，3 4 ，k # 9 l卷积码( r ：1 4 1 ，k = 9 ) f e c 编码 r s 羁数据 h r b o 秘r s 弼 数箍， 卷积码：帧内交织r s 码：帧卷积鹤。帧内交织r s 码： 交缳 块交织( 2 0m s ) 问交织帧间窝织 蘩蠢：w a l s 蜓臻遘秘前彝：w a l s h ( 菇道化 + m 弗列前彝；w a l s h ( 信遭化 + g o l d 序列2 1 8 ( 区分小区2 1 5 l 区分小区反向：w a l s h ( 1 瞎+ p n 序列t 区分小区l 反 扩频 反南：w a l s h ( 蒋遘纯，遭化 + 赫序列2 4 1 - 1 ( 医分用向：w a z s h ( 信道纯 g o l d 序列2 4 1 ( 鼢用户l户p n 序列i 区分用户l 数据调制：q p s k b p s k 扩数据调制：q p s k b p s k 扩额调接入储道：d q p s k 接入 调制 频谴剁：q p s k制；o p s k o q p s k信遒：d q p s k 1 6 q a m 前向：专用导频信道( t d m ) ：前向；公熬导频信道反向：专用导前向和反向都采用专用导 相干解调 反翻：专用导颓信道仃d m 频信遘( c d m )攘信遴p r o m ) f d d ：开环+ 快逮闭环“。6 功率控制 开繇+ 抉涟蠲环( 8 0 0h z ) 开环+ 快速麓环( 2 0 0h 磅 k h z ) t d d ：开环慢速闭环 莲菇闷同步 异步，瓣步l 可选同步( g p s )同步( 6 p s 或其它方式 2 4 第二代向第三代移动通信系统的演进 2 4 1g 跏向第三代的演进 向移动用户提供高速搴的数据业务楚推动第二代巍第三代发展的重要因素。 对于现有g s m 系统，一般仅能够提供9 ：6 k b s 的电路型数琚业务。如果将多个 瓣骧复餍在一起，剽可黻提供n x 9 6 k b s 戆蘩撬泣务，弱蓊麓n = 6 ，用户最高数 据速率为5 7 6 k b s 。该种方式被称为高速电路交换业务( h s c s d ) 。此后出现的通 翔分组数据业务( g p r s ) ，在核心网络蓉次弓i 入了分组交换拣方式，成为g s m 翻弱谍题：w c d m a 软件仿真、p 舟躺矫究 孥姚沧文：w c d m a 弘t 啦遥箭幕缝 ，打； ：，瓣揍式羚测糍涟豹 l | 糍 淘籀三霞黼络演遴瀚必经乏路，通常被稼海二找半的技零。盘予程g p r s 无线按 霸袋餍了麟的荣避缡避方式，越于耀户，键供瓣最高速率走1 7 1 k b s i - - - 毁蠹 1 0 8 k b 趣。 考惑戮一些第二钱懿逡营者缀难获褥黎三载的运藿捷瓣，毽叉鎏馁落蕊黼络 凌糕当长瓣段瓣| 、瓣蠹裁够其鸯撼争力。堇差s c s 蛰 蠛藩g s 酝系拣) 帮g p r s 系 统郝再鞋装雳一释凝豹衰嗽平诵雾方式豹e d g e 浆箍赢满铺熬薅效注，宅薤褥 溺户数据滚率可达蠲3 8 4 k b s 。e d g e 技术可戳说懋g s m 糕统的边缘技术，邵它 畿遮虱赫鬣篱箍力。 对予姥够获褥籀三代执照酶避营尝，濑无线拨入嚼绦般基予w c d m a 无 线歉术，穗g s m 糟比，怒革命拣瓣嘲聪。国豹黛他。袭潮络部分粼会鬟瘸演遴 ( e v o l u t i o n ) t 搀方式，露奁褪絮，将赞慰话豢嚣数据渡务分澍接入魏不羁熬交换隧 终。电路擞窝努缀挺靛交撩瓣终都浸增强瓣g s m 糖g p r s 孩，0 潮络。醛辫鼹终 瓣滋一步蕊展，藏爱会鼓蕊全器辫络，鼯一令辕，舀霹终麓骖羁辩承载话窘窝鼗 攒犍务，势采藤球技术。 2 。4 2 窄蒂c d t a 痛第兰我懿涟渡 与g s m 系绞糖毙，褰繁c d m a 系统茏论怒滗线述麓瓣络粼分离繁曼健移 动遵接过渡瀑采麓演遴魏方式。戮霄熬摩辫c d m a 一般撩s 9 5 a 技零，露静数 据褥辕戆力一般鸯1 4 。4 k b s ；巍了提貘较菇速率麴数据转瓣鼗力，扶1 9 9 9 年嚣 始激震了i s ，9 5 b 技术，鬻_ 埝上i s - 9 5 b 毒瓣持1 1 5 2 k b s 辩数据棱辕，毽一般实 嚣鹣i s - 9 5 b 系统，莱嚣璃畜器毫涤交换莰器箍供6 4 k b s 鹣速率。悲美翡潆营者 秃懋采霜i s - 9 5 b 淘第三代过渡。 e d m a 2 0 0 0 1 x ( c d m a 2 0 0 0 荤载波方式) 是c d m a 2 0 0 0 豹第一瓣段。 e d m a - 2 0 0 0 - i x 容爨楚i s 蝼系统的嚣镶，遐支持3 0 8 k b s 瓣数据键埝。黪缎嚣参 受g 瓣弓i 入分组交按方式，以支持移动瑾澈务。臻裁是谈淼c d m a 2 0 0 0 - 1 x 巍爱 秘粼，鼹络凝分奁警带c d m a 瓣翳基磷主，舞持憩路交换、弓l 入分缝交捺方式， 分粼支持诺学帮数撼蜇务。c 妇l a 2 0 钓戆游络遴辛鲁潮全臻穷离发溅。 蔻l 了程c - & n a 2 0 0 0 - 1 x 蘩疆主邀步增强笼力，戳囊与w c d m a 竞争，最近 程3 g p p 2 张开始裁定支持速率黼予2 m b & 的c d m a 2 0 0 0 - i x 增强标准，奖中赢 通公司翡h d r ( 高数据速率) 、摩 亳罗拉霸诺基亚公镯联合稳交豹l x t r e m e ，还有 妇蒋谖题：w c d m a 鞍姆惦妻平螽鹣秘究 学位论立：w c d m a 搏磷惩蠡彖线l 行 ： 终输嵇式撩测鹊沾敦磷炎 中因的l a s c d m a 都作为侯选技术在探讨中，这类技术 l 前可以浇是 c d m a 2 0 0 0 ，i x 的边缘技术。 c d m a 2 0 0 0 - 1 x 秀往后发展，或者沿饕c d m a 2 0 0 0 - 3 x ( e d m a 2 0 0 0 三载波系统) 及更多载波方式发展，或者改而采用直接扩频方式，即w c d m a 。目前韩国和 磊零鑫每窄带c d m a 静运蘩者臻虽赣囱予篱者。三载波方式磐逮不被看努。当然 我国窄带c d m a 发展情况，也将驻接影响着世界移动通信发展的格局。 根据豳内外多数预溅，在2 l 世纪前十余年，第三代移动逶僚的市场发展可 能歪少分为如下三个阶段： 初期，2 0 0 1 - - 2 0 0 5 年。其特点为：第二代移动通信继续发展和扩大，在 第二我移动透售嬲络豹基鹚上，农髑部地区f 城枣等用户集孛避嚣) 提供第三捉移 动通信业务，数据业务速率限制在3 8 4 k b p s 及以下，地区戏国际漫游依赖于第二 代移动逶嵇系统； 中期，2 0 0 4 - - 2 0 1 0 年。宸是第三代移动通信系统的高速成长期，其特点 为：第二代移动逶信两络和系统停上发展，建设成功全国躐全球覆盖的第三代移 动通信网络，全磁达到i m t 2 0 0 0 的各项要求。 厝期，2 0 1 0 年以厢，全球2 5 以上人口使用第三代移动通信系统，第四 代移动逶售设各拜始进入枣场，撼供更惑速率的多媒传敛务。 第曼节未来移动通信系统的发展 随着第三代移动通信系统逐渐进入商用，国内外有关第四代移幼通信的研究 已初见端倪。欧羧在兹期辑究计划( 第五撼架研究计划) 的基础上，成立了世界无 线通信研究论坛( w w r r ) ，着手谶行“i m t 2 0 0 0 ”之后的第四代移动通信研究的概 念、震求基本穰架疆究，莠将怒第四技移动逶售系统列入将予2 0 0 2 年癌动熬 欧盟“第六框架研究计划”。日本总务大臣的咨询机构信息通信审议会专门委 员会予2 0 0 1 年6 麓t 5 舀究成了蕊第三代移动遥结系统融隆2 秽，之螽鹣第酉我 移动通信系统( 4 g ) 框架建议。韩翻有关运营商和通信研究所e t r i 也向政府提出 了相应的有关第豳代移动通信研究计划。在我国，第四代移动通信已被歪式列入 慝家，k 六三“十五”研究计划，已予近期启动。 从技术的角度来说，第四代移动通信应与i m t - 2 0 0 0 以及目前制定之中的增 强毽3 g 标准毒本矮牲静送剃。这是出予篱题代移动逶接系统豹蟪毽铸簸速率应 归耀课题：w c d m a 软件仿真、r 的研究 一1 0 学位论殳：u ( d m a 移动嗵价系统 乱it 传输 各j _ l = 榆测算法的研冗 为3 g 系统的l o 至5 0 嵇，达到2 0 m b p s 至1 0 0 m b p s ，蔷简单魏重复使蕊3 g 鞠 网的技术，! l ! i | 其发射功率则同样需要增加l o 至5 0 倍，从而使电磁干扰问题达到 无法忍受的地步。解决此闯题的个重要方法是根据信息论原理弓l 入多天线环境 及其糟关的耨型察时信号处理方法，姨磷达到大幅度降低发射功率，提高频谱利 用率之目的。理论研究缩果表明，当接收机的天线数目多于发射机天线数目时， 蓉统容量可隧接收天线懿数叠躐魄镄增长。未来髂号处瀵器戳及专用集成电路静 大幅提高，也将使一些较为复杂的技术，如联合发送、联合检测、t u r b o 接收等， 藏实现上成为可麓。 另方面，由予带宽的增加，3 g 所采用的鸯接扩频c d m a 技术很娥赢接应 用于4 g 系统，o f d m 以及多载波0 讧c ) 与t d m a 和c d m a 相结合的技术将是较 嶷竞争力盼空中接口技零。 对于4 g 核心网络，具有电信级q o s 的i p v 6 将是来来的主要发展趋势，其 塞要原因之一是现有的i p v 4 不提供足够豹地址空阕。 基于以上考虑，我们认为b e y o n d3 g 蜂窝通信系统研究应具有以下基本特 糕： 1 )基于i p v 6 核心潮的互连互通； 2 )承载与控制全程分离，符合全糟发展趋势； 3 )支持个入可携带资源( m w m e n ) 的全稔漫游与切换； 4 )无线网络对于核心网络透明，c c m m 位于核心网侧( 无线接入用户与固 定接入溪户等溺) ，r r l l 摩l 全部位于接入层； 5 ) 分类端剡端q o s ，实时业务的q o s 优予现有电信级； 6 )基于对空联合赴理、随络分集等新技术的蜂窝系统，发射能量较3 g 系 统降低l o d b 以上； 7 )特别适合子分缎突发业务的空中接口，峰值传输速率达到2 0 - l o o m b p s ， 可灵活调配无线资源，适用于大动态范围( 1 0 k b p s - 2 0 m b p s ) 业务： 8 )与区域性的无线接入系统和自组织网络的无缝联接等 第二章w c d m a 上行物理层成帧过程及言传输格式检测 第一节w c d m a 软件仿真平台介绍 在这个项目中拟计划实现w c d m a 物理层的v c 软件仿真平台，涉及到信 鞠藩谍题：w c d m a 软件仿真，f 静的研究 1t - 0 - 位论j i = ： h c d m a 移动通佑系统r 矗传格匕榆删算法的圳毵 道编码复用、多径信道建模、调制解调和r a k e 接收机，等几项关键投术。如前砸 所提到的，本项目主要是根据3 g p p 协议对w c d m a 系统物理层进行仿真，测 试系统性能，并供以后的相关研究使用。 该系统的总体设计框图如图2 ，1 所示： r 。：3 j g p 圣p 三f f a m 誊e _ m p u t ：、 ； ：7 一3 一g p p 。f i l e s 一、二)：，：) 、一一一一一一一一。 图2 1总体设计和接口参数流程图 在此项目中，我完成了上行编码复用以及盲格式检测算法的研究，这些内容 将在后续章节中分别介绍。本章将对w c d m a 系统上行编码复用和盲传输格式 检测进行详细的介绍。 学他论文：w c d m a 善幼通 膏系统r 订传输懵j i 忙一嗍辫法的 i j f 冗 第二节w c d m a 上行编码复惩过程 2 1 传输信道向物理僚道的映射 高层的数捌通过传输信道映射到物理层的物理信道。由于第i 代移动通信系 统要有能力处理多种速率髑q o s 要求的渡务，鳃话音、数据、l 骥缘等等，物理 层既要支持传输宽带业务所使用的多种速率的传输信道，又要能够把多种业务复 璐戮霹一个连接申。 每一个传输信道都有一个传输格式指示信息t f i ，物理层把每一时刻到达的 各传输信道的t f i 组合成传输格式组合指示t f c i ，雳来通知接投枫当前帧的簧 输信道格式。接收桃从解调后的t f c i 信息判断出当前信遒的传输格式，从而能 够正确解调接收信息。 传输镶遴分为公共传竣詹道和专用传输信道嚣静，专用涪道楚采用了特定鲍 扩频码、扰码码字，为某一个用户所专用；公共信道则是为了整个小区或小区中 翡菜一缀羯户爨公用。 各传输信道映射到各自对应得物理信道。映射关系如下： 传输倍遭物理倍道 d c h专用豹理数据信遵( d p d c h ) 琵蛇h c 略 专用物理控制信道( d p c c h ) 物理睫枫接入馈遴( p r a c h ) 物理公筵分组信道( p c p c h ) 公共导频信道( c p i c h ) b c r 主公共按裁物理壤道( p - c c p c h ) 鬻= = = ；撇撇物理信削h 帆邮 同步信遴( s c h ) d s c h 物理下行共享信道( p d s c h ) 请求指示信道( m c h ) 接入前鼯请求指示信道( a p - a i c h ) 寻呼指看 信道( p i c h ) c p c h 获态指示倍遵( c s i c h ) 冲突检测信道分配指示信道( c d c a - i c h ) 由上露戆鼹趣关系哥冕，专壤售遂d c h 对皮专用携理控制傣遒穗专鼹甥毽 数据信道。对于每一个连接而言，这两个专用信邋是必不可少的。它们用来承载 专瘸传输信遵数据和物瑾篷控制信惠。 l 醴籀漂题：w c d m a 软件仿真平愈的研究 学位论文：w t , d m a 移动通竹系统r 肖传耗；懈拎删暂法的训咒 高层并没有为所有的物理信邋漫置桶应的传输信道，如两步信道( s c h ) 、 接入翦导请求指示信道( a p a i c h ) 等都没有直接对应的商层信邀。但是每个基 站都必须d 传输这些物理信道的能力。 2 。2 上露链路缡玛复建：蓬程 在相应的每个传输时间间隔( t t i ) ，数据以传输块的形式到达c r c 单元。 这基静联i 允许豹取燕间隔为：1 0 m s 、2 0 m s 、4 0 m s 、8 0 m s 。嘏据3 g p p 2 5 2 t 2 协议，对每个传输块，需鼹进行的基带处理包括： 1 )为每个传输块加c r c 校验比特 2 )使输块级联与玛块分害 3 )倍道编鹤 妨燹线簇均簿 5 1 第一次交织 6 ) 无线蛟分段 7 、速率匹配 8 )传输信道复用 筑物理信邀分段 1 0 ) 第二次交织 1 1 ) 狻理售遴映射 其处理过程见图2 2 。下面分别介绍备处理过程： 2 2 。le r c 授验 c r c 校验将用于数搬比特的校验和数据误帧率的统计。误块率过离的数摄 帧将被认为是错的，而被抛弃。 每个传输时阏间隧( t t d ，数据以传输块的形式到达c r c 处理单元。首先 信息数据通过c r c 生成器加上生成的c r c 比特，c r c 比特的数日可以为2 4 、 1 6 、1 2 、8 或0 b i t ，其体爨撩戆c r c 特数壶上滋摄据传输售遒承载嚣鼗务戆特 性决定。下面为c r c 校验比特的循环生成多项式： 扫瓣谍题：w c d m a 软转仿真、 靠髂研究 学位维之：w c d m a 转动通信系统i “ff 0 犏懈榆删算法的研究 n 囊 2 2 归属课题：w c d m a 软件仿真、f 矗的研究5 o i 兰 图 协le 、殳：w c d m a 移动通亿系统r h 他输格一l 妇删算法帕究 g c r c 2 4 ( d ) = d 2 4 + d 2 3 + d 6 + d j + d + 1 g c r c l 6 ( d ) = d 6 + d 1 2 + d 5 + i g c r c l 2 ( d ) = d 1 2 + d + d 3 + d 2 + d + 1 g c r c 8 ( d ) = d 8 + d 7 + d 4 + d 3 + d + 1 m 为到达的传输块个数，如果m = o ，即没有传输块进入c r c 校验单元， 则不需要附加c r c 校验比特： 如果m o ，即有传输块进入c r c 校验单元，但是传输块为空块( 即a _ 0 ) ， 则可以根据高层指示增加2 4 、1 6 、1 2 、8 或0 个校验比特，这些附加比特值为0 。 要注意的是加在信息比特后的实际c r c 比特为由上面的生成多项式产生的 c r c 比特的逆序比特，这是因为这样做以后再用盲速率判定算法判定信息数据 速率时所产生的错误检测概率很低。 2 2 2 传输块级联与码块分割 给每一个传输块加上c r c 比特后，把一个传输时间间隔( t t i ) 内的传输块 串行级联，当级联后的比特序列长度x ：大于最大编码块长度z 时，就需要进行 码块分割，分割后的码块具有相同的大小，码块长度记为c 。，若x 。不是c ，的整 数倍，须在原数据流前加零。卷积编码时，规定的最大编码块长度为 z = 5 0 4 b i t ；t u b b o 编码时随规定的最大编码块长度为5 11 4 b i t ：不编码对没有限 制。 编码块分割算法如下所示： 码块数：g = 瘸z 五其中x ，为传输块串行级联后的总比特数。 每个码块中的比特数： 如果 4 0 且用t u r b o 编码，则蜀= 4 0 ； 百飚耗= | k ? c i | 填充比特数目为：k = c i g i 一疋 2 2 3 信道编码 无线信道编码是在原数据中加入冗余信息，以便使接收机能够检测和纠正由 于传输媒介的不理想而带来的信号误差。 按照3 g p p 协议的规定，w c d m a 中采用信道编码类型为两种：采用v i t e r b i 译码算法的卷积编码和t u r b o 编码。不同类型的传输信道使用不同的信道编码方 归属课题：w c d m a 软件仿真、r 台的研究 学位论上：w c d m a 移r 山通信系统i ：f j j 传输懈十：= j _ 删解泛、的 l j j _ 究 案，如表2 所示。 表2 ：信道编码调度弓编码效率的用法 传输信道( t r c h ) 类型编码方案编码速率 广播信道( b c h ) 寻呼信道( p c h ) 1 ，2 卷积便码 随机接入信道( r a c h ) 1 3 ，1 2 公共物理信道c p c h ，d c h d s c h ，f a c h t u r b o 编码1 ，3 不编码 每一种编码方案编码后的比特数z 为： 卷积编码： 速率为1 2 时，i = 2 + k ，+ 1 6 ； 速率1 3 时，r = 3 + k i + 2 4 ； t u r b o 编码：速率1 3 ：r = 3 + k 。+ 1 2 ； 不编码： i = k ；。 至于卷积编码和t u r b o 编译码过程这里不再多说，后面的s