（信号与信息处理专业论文）td+scdma基带信号处理及其turbo码性能分析和仿真.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师林家儒教授，王瑜博士，朱春梅博士的 指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和 致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：整丕垦 日期：k ! 主：! ：il 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在碑解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名 日期： 兰! ! ：! ：! 1 日期：型：塑 中文摘要 t d s c d m a 系统是由中国无线通信标准化组织( c w t s ) 提出并得到r r u 通过的第三代移动通信系统无线通信标准之一。从3 g p p 通过的几个标准来看， 它们的不同之处主要体现在物理层。在每个传输时间间隔( t t i ) ，物理层以传输 块集的形式接收来自m a c 子层的数据，这些数据经物理层基带处理后，在无线 链路上提供传输服务。 基带信号处理包括信遒编码与复用、扩频与调制等过程。本文详尽描述了 t ds c d m a 以上过程的各个模块，对模块实现方法进行深入研究并采用c 语言、 汇编语言以及m a t l a b 等工具仿真验证，得出结论。 在数字通信系统中，信道编码对改善传输质量起着至关重要的作用。为了 提高信息在无线信道传输的可靠性，t ds c d m a 系统采用了3 种信道编码方案： 卷积编码、不编码和t u r b o 编码。 本文将着重描述t u r b o 码中m a p 译码方法、以及降低m a p 方法复杂度的 m a x l o g - m a p 算法和l o g - m a p 算法。从距离谱线的角度分析t u r b o 码具有优良 性能和地板效应的原因、影响t u r b o 码性能的诸多因素。对影响1 、曲o 码性能的 因素在高斯白噪声信道下利用l o g m a p 算法进行了仿真，得出了性能仿真曲线 和结论。 关键字： i d s c d m a 、基带信号处理、传输信道编码与复用、t u r b o 码、 l o g m a p 算法 a b s t r a c t t d s c d m as y s t e mi s o n eo ft h e3 gw i r e l e s ss t a n d a r d sp a s s e db yi t ua n d p r o p o s e db yc w t s c o m p a r e dw i t ht h eo t h e rs t a n d a r d sp a s s e db y3 g p 只i t s d i f f e r e n c em o s t l yo nt h ep h y s i c a ll a y e r i ne a c ht r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l ，d a t a s t l t a mf r o mm a ca n dm g h e rl a y e r s ( t r a n s p o r tb l o c k t r a n s 州b l o c ks e t ) a r e p r o c e s s e dt oo f f e rt r a n s p o r ts e r v i c e so v e rt h er a d i ot r a n s m i s s i o nl i n k b a s e b a n d s i g n a l p r o c e s s i n g i s c o m p o s e d o f t r a n s p o r t c h a n n e l c o d i n g m u l t i p l e x i n g ，s p r e a d i n ga n dm o d u l a t i n g e a c hm o d u l ei sd e s c r i b e di nd e t a i l a n da n a l y z e de a r n e s t l yh e r e i nt h ep r o c e s so fs i m u l a t i o n , s o m et e c h n i q u e sa l et a k e n t oi m p r o v ee f f i c i e n c y t h et e c h n i q u e sa r eg i v e nh e r e ，a n da l s os i m u l a t i o nm s u l t sa r e g i v e n c h a n n e lc o d i n gi si m p o r t a n tt oi m p r o v et r a n s p o r tr e l i a b i l i t y a n dt h e r ea r et h e e k i n d so fc h a n n e lc o d i n gs c h e m e si nt d _ s c d m as y s t e m ，w h i c ha l en oc o d i n g ， c o n v o l u t i o n a lc o d i n ga n dt u r b oc o d i n g s o f t - o u t p u td e c o d i n ga l g o r i t h m ss u c h 踮t h em a pa l g o r i t h m , t h em a x - l o g - m a p a l g o r i t h ma n dt h el o g - m a pa l g o r i t h ma r ed e s c r i b e dh e r e a n da l s o ad i s t a n c e s p e c t r u mi n t e r p r e t a t i o nt ot h ep e r f o r m a n c eo ft u r b o c o d e si sg i v e n s o m e p e r f o r m a n c ec l l r v e st oi l l u s t r a t et h ee f f e c to ft h em a n yf a c t o r sw h i c hi n c l u d et h e s t r u c t u r eo fi m e r l e a v e ra n dc o n s t i t u e n te n e o d e r s ，l e n g t ho fi m e d e a v e ra n ds oo n k e yw o r d s ：t d s c d m a 、b a s e b a n ds i g n a lp r o c e s s i n g 、t r a n s p o r tc h a n n e l c o d i n g m u l t i p l e x i n g 、t u r b oc o d e s 、l o g m a pa l o g r i t h m 4 第一章t d _ s c d m a 系统的提出 1 1 移动通信的发展 移动通信从商用开始，至今经历了8 0 年代的第一代模拟移动通信技术，9 0 年代的第二代数字移动通信技术( 主要为g s m 和窄带c d m a 技术) 和即将商 用的第三代移动通信技术。 第一代模拟移动通信系统的接入技术为频分多址( f d m a ) 技术。它只能提供 话音业务，抗干扰能力较弱，保密性较差，频谱利用率低，有限的频谱资源和无 限的用户需求的矛盾十分突出。 第二代窄带数字移动通信系统的接入技术主要有时分多址( t d m a ) 技术和码 分多址( c d m a ) 技术。与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统提 高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善。具有保密性强、 频谱利用率高、标准化程度高、不仅能提供语音业务，还支持低速数据传输等特 点。然而，t d m a 的系统容量仍不理想。i s 9 5 c d m a 数字移动通信系统以频率 规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好等特点显 示出巨大的发展潜力，在全世界范围内掀起一股研究c d m a 技术的热潮。 无论是第一代还是第二代，都是主要针对话音通信设计的，话音通信仍是当 前和未来段时间内移动通信市场的基石和主阵地。由于原有的第二代系统使用 的频谱资源较少，且频谱利用率相对较低，使得目前在一些国家和城市的中心地 带容量相对不足。 随着社会信息化进程的加快，新的数据业务不断推出，人们对移动数据业务 的需求越来越商。尽管目前第二代系统也可以开展一些数据业务，但由于受带宽 的限制，无法适应诸如i n t e m e t 、电子商务、高速数据、活动视像和视频点播等 数据多媒体业务的需要。因此能够满足以上需求的新一代移动通信系统就被寄予 厚望。 第三代移动通信系统( 3 g ) ，也称i m t - 2 0 0 0 ，其频谱资源至少在2 3 0 m h z 以 上，且频谱利用率较高、覆盖范围更广、性能更好，从而可以很好地适应现有业 务的开展需求，满足前两代通信系统所不能达到的宽带信息业务要求。第三代移 动通信系统可以针对不同的业务应用，提供从9 6 k b i t s 直至2 m b i t s 的接入速率。 1 2 第三代移动通信系统简介 i m t - 2 0 0 0 是国际电信联盟( r r u ) 提出的第三代移动通信系统，最早称为未 来公众陆地移动通信系统f p l m t s ( f u t u r el a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s ) ， 第三代移动通信系统具有以下功能。 一提供更太的通信容量和覆盖范围 第三代移动通信系统提出的宽带c d m a 可以使用更宽的信道或在小区使用 更多的载频，从而可以提供更大的小区容量。由于带宽更大，还可改善频率分集 效果，从而降低衰落，为用户提供更好的统计平均效果。频带更宽还可改善功率 控制精度，进一步抵消衰落的影响。此外，第三代移动通信系统使用的多项新技 术( 如智能天线，联合检测等) 可以提高解调增益，增大系统的覆盖范围，在保证 用户服务质量的前提下，提供更大的通信容量。 具有可变的高速数据率 快速移动环境，最高速率达1 4 4k b i r i s ； 室外到室内或步行环境，最高速率达3 8 4k b i t s ： 室内环境，最高速率达2m b i t s 。 这种数据率不仅可支持普通话音，还可支持多媒体数据，可满足具有不同通 信要求的各类用户的需要。通过使用可变正交扩频码可实现可变高速数据率，也 使得发射机输出功率的自适应得以实现。 一 同时提供高速电路交换和分组交换业务 第三代移动通信系统的协议层设计可以很方便的解决电路交换和分组交换 业务并存的问题。每个终端均可同时使用多种业务，因而可使用户在连接到局域 网的同时还能够接收话音呼叫，同时进行话音通信和收发数据。分组交换所提供 的与主机始终“联机”而不占用专用信道的特性，可以实现只根据用户所传输数 据的多少来付费。 一具有高的频谱利用率 目前，各国蜂窝移动通信已有了很大发展，但系统容量仍满足不了需求。解 决移动通信的容量问题成为当务之急，而解决系统容量的最有效的途径就是提高 现有频谱的利用率。相对于2 g 系统来说，3 g 系统的频谱利用率有了普遍提高。 特别是我国提出的t ds c d m a 技术，由于从一开始就采用了智能天线和多用户 联合检测技术，因而可以提供比其它3 g 系统更高的频谱利用率。 除了以上所述功能之外，3 g 系统还有许多其它优点，如提供更加可靠的信 道编码、灵活配置的传输信道和逻辑信遵、支持多种话音编码方案、为用户提供 更为灵活的接入服务等。 1 3 第三代移动通信系统的无线接口标准 1 9 9 9 年1 0 月2 5 曰到1 1 月5 日，在芬兰赫尔辛基召开的i t ut g g i 第1 8 次会议通过了i m t - 2 0 0 0 无线接口技术规范建议，将第三代移动通信无线接口的 标准确定为5 个标准。其中t d s c d m a 、w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 是具有优势 的标准。 w c d m a 由欧洲e t s i 和日本a r i b 提出，它的核心网基于g s mm a p , 同 时可通过网络扩展方式提供基于a n s l 4 1 的运行能力。w c d m a 系统能同对支 持电路交换业务( 如p s t n 、i s d 咐) 和分组交换业务( 如i p 网) 。该系统使用的 灵活的无线协议可在一个载波内同时支持话音、数据、多媒体业务、并通过透明 或非透明传输来支持实时、非实时业务。w c d m a 无线接口参数见表i i 。 袭l - i w c d m a 系统的空中接口参数 空中接口规范参数参数内容 双工方式 f d d 基本带宽5 m h z 每载波时隙数1 5 码片速率 3 8 4 m c h i p s 无线帧长1 0 m s 信道编码 卷积编码、t u r b o 码等 数据调制 q v s k ( 下行链路) 、h p s k ( 上行链路) 扩频方式 q p s k 扩频因子4 5 1 2 功率控制开环+ 闭环功率控制，控制步长i d b 、2 d b 或3 d b 基站闻同步关系同步或非同步 分集接收方式r a k e 接收技术 支持的核心网g s mm a p 1 3 2c d 姒2 0 0 0 c d m a2 0 0 0 是从c d m ao n e 发展面来的一种3 g 技术，目的之一是为现有 的c d m a 运营商提供平滑升级到3 g 的路径。c d m a 2 0 0 0 的一个主要特点是与 现有的t i a e i a 9 5 - 1 3 标准向后兼容，并可与l s 9 5 b 系统的频段实现共事或重叠， 这样就使运营商可以在i s 9 5 b 系统的基础上平滑的过渡，保护已有的投资。它 的核心网基于a n s i 4 1 ，同时可通过网络扩展方式提供基于o s mm a p 的运行能 力。c d m a 2 0 0 0 的空中接口参数见表1 2 。 表1 - 2c d m a 2 0 0 0 系统空中接口参数 空中接口规范参数参数内容 双工方式 f 叻 基本带宽1 2 5 m h z 或3 7 5 m h z 码片速率1 2 2 8 3 6 8 6 4 m c h i p s 无线帧长 10 5 m s 信道编码卷积编码、t u r b o 码等 数据调制 q p s k ( 下行链路) 、b p s k ( 上行链路) 扩频方式q p s k 扩频因子4 5 1 2 功率控制开环+ 闭环功率控制，控制步长l d b ，可选0 5 0 2 5 f i b 基站问同步关系g p s 同步 分集接收方式r a k e 接收技术 支持的核心网 a n s i - 4 l 1 3 3t b s c d m a t d _ s c d m a 系统是t d m a 和c d m a 两种基本传输模式的灵活组合，是由 中国无线通信标准化组织( c w t s ) 提出并得到i t u 通过的3 g 无线通信标准。在 3 g p p 内部，它也被称为低码片速率t d d 工作方式( 相对于3 8 4 m h z 的u t r a t d d ) 。 t d _ s c d m a 系统特别适合于在城市人口密集区提供高密度大容量话音，数 据和多媒体业务。系统可以单独运营，以满足e t s i u m t s 和i t u i m t 一2 0 0 0 的要求，也可与其它无线接入技术配合使用。例如，在城市人口密集区，使用 t d s c d m a 技术，而在非人口密集区，则使用g s m ，w c d m a 或卫星通信等 来实现大区或全球的覆盖。t d s c d m a 系统的无线接口参数见表1 - 3 。 表1 3t ds c d m a 系统空中接口参数 空中接口规范参数参数内容 双工方式t d d 基本带宽1 6 m h z 每载波时隙数1 0 码片速率 1 2 8 m c h j p s 无线帧长 l o m s 信道编码 卷积编码、t u r b o 码等 数据调制 q p s k 8 p s k 扩频方式o p s k 功率控制 开环+ 闭环功率控制，控制步长l d b 、2 d b 或3 d b 功率控制速率2 0 0 次，s 智能天线在基站端由8 个天线组成天线阵 基站闻同步戋系同步 多用户检测使用 业务特性 对称和非对称 支持的核心弼g s mm a p 1 4t d _ s c d m a 关键技术简介 t ds c d m a 系统的上下行信道使用同一载频，上、下行射频信道完全对称， 从而有利于智能天线的使用。智能天线系统由一组天线阵列及相连的收发信机和 先进的数字信号处理算法构成。在发送端， 智能天线根据接收到的终端到达的 信号在天线阵列上产生的相位差，利用先进的数字信号处理算法提出终端的位置 信息，根据终端的位置信息，有效的产生多波束赋形，每个波束指向一个特定的 终端并自动跟踪终端移动，从而有效的减少了同信道干扰，提高了下行容量。空 间波束赋形的结果使得在保持小区覆盖不变的情况下，可以极大的降低总的射频 发射功率，一方面改善了空间电磁环境，另一方面也降低了无线基站的成本。在 接收端，智能天线通过空间选择性分集，可大大提高接收灵敏度，减少不同位置 同信道用户的干扰，有效合并多径分量，抵消多径衰落，提高上行容量。 智能天线无法解决的问题是时延超过码片宽度时产生的多径干扰和高速移 动时产生的多普勒效应造成的信道恶化。因此，在多径干扰严重的高速移动环境 下，智能天线必须和其它抗干扰的数字信号处理技术同时使用，才可能收到最佳 效果。 1 4 2 联合检测 t ds c d m a 系统是干扰受限系统。系统干扰包括多径干扰、小区内多用 户干扰和小区间的干扰。这些干扰破坏了各个信道的正交性，降低了c d m a 系 统的频谱利用率。传统的p “l k e 接收机技术把小区的多用户干扰当作噪声处理， 而没有利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合检测技术即“多用户干扰” 抑制技术，是消除和减轻多用户干扰的主要技术，它把所有用户的信号都当作有 用信号处理，这样可充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，从 而大幅度降低多径多址干扰，但同时也存在多码道处理过于复杂和无法完全解决 多址干扰等问题。将智能天线技术和联合检测技术相结合。可获得较为理想的效 果。t ds c d m a 系统采用的低码片速率有利于各种联合检测算法的实现。 1 4 3 软件无线电 软件无线电是利用数字信号处理软件实现传统上由硬件电路来完成的无线 功能的技术，通过加载不同的软件，可实现不同的硬件功能。在t d s c d m a 系 统中，软件无线电可用来实现智能天线、同步检测、载波恢复等各种基带信号处 理功能。第二章对t d _ s c d m a 传输信道编码与复用、扩频与调制的描述将证明 软件无线电技术的可行性。 1 4 4t u r b o 编译码 在t ds c d m a 系统中，对于d c h 、d s c h 、f a c h 、u s c h 等传输信道可 选用码率为1 ，3 的t u r b o 编码。经过速率匹配模块处理后，t u r b o 码的校验位会 被删除或重复。 自从t 9 9 3 年t u r b o 码被提出以来，有关t u r b o 码设计和性能的研究已成为 国际信息与编码理论重要的研究领域之一。本文将在第三章中给出t u r b o 码编码 器结构、译码器结构、译码算法的详细描述及其性能仿真曲线，并从距离谱线的 角度对t u r b o 码的性能及影响t u r b o 性能的因素进行分析。 从3 g p p 的几个标准来看，它们的不同之处主要体现在物理层，而其上层( 层 2 、层3 ) 除涉及物理层的部分内容外，其它则基本相同。本文将在第二章中详 细描述t ds c d m a 系统基带信号处理过程以及仿真过程中的实现方法，并给出 仿真结果。 第二章t d _ s c d m a 基带信号处理分析与仿真 t ds c d m a 基带信号处理包括传输信道编码与复用、扩频与调制等过程。 在每个传输时间间隔t t i ，物理层以传输块集的形式接收来自m a c 子层的数据 流，这些数据在物理层经基带处理后，在无线链路上提供传输服务。 传输信道位于m a c 子层和物理层之间，提供层间数据传输服务。物理层位 予o s i 参考模型的最下层，为上层提供数据传输服务以及完成其它些基本过 程，如物理层测量、小区选择、随机接入、同步建立与锁定等。 下面将首先从u m t s 网络结构入手，依次介绍u u 接口接入层协议栈、物理 层协议框架等与传输信道相关的一些基本概念和协议栈结构。然后，详细描述和 分析传输信道编码与复用、扩频与调制等过程，并给出仿真过程中采用的实现方 法和结论。 2 1u m t s 网络结构 t d s c d m a 是用于u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统的无线接入技术。u m t s 系统由核心网( c n ， c o r en e t w o r k ) ，u m t s 陆 地无线接入网( u t r a n ，切订t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s ) 和用户设备( u e ，u s e r e q u i p m e n t ) 三部分组成。c n 与u t r a n 的接口定义为1 u 接口，u t r a n 与u e 的接口定义为u u 接口，如图2 - 1 所示。 c n li u 接亡 u t r a n 图2 - iu i v f r s 系统结构 2 2u u 接口接入层协议栈 在u m t s 系统中，u u 接口上，协议栈按其功能和任务，被分为物理层( l 1 ， l a y e r1 ) 、数据链路层( l 2 ，l a y 盯2 ) 和网络层( l 3 ，l a y e r3 ) 等3 层。其中l 2 又分为媒体接入控制( m a c ，m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 、无线链路控制( r l c ，r a d i o l i n kc o n t r 0 1 ) 、分组数据会聚协议( p d c p , p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) 和广播 多播控制( b m c ，b r o a d c a s t m u l t i c a s tc o n t r 0 1 ) 等四个子层。按其信令及过程是否和 接入有关，u u 接口协议也被分为接入层( 包括l 1 、l 2 和l 3 的r r c 子层) 和 非接入层( m m 、c m 等) ，u u 接口接入层协议的分层结构如下图所示。 l a y e r3 l a y e r 2 - - 1 r a d i or e s o u r c ec o n t r o l ( r r c ) i f 图2 - 23 g p p 空中接口协议框架 l o g i c a lc h a n n e l s t r a n s p o r tc h a n n e l s 物理层与第二层的媒体接入( m a c ) 子层相连接，还与第三层的无线资源 控制子层相连。不同协议层之间通过业务接入点交换信息。物理层承载来自m a c 的各种传输信道，m a c 子层与无线链路控制( r l c ) 子层之间交换不同的逻辑 信道。整个物理层受r r c 子层的控制。 在对不同的无线蜂窝系统进行比较时，焦点往往在物理层。物理层的结构 直接影响无线链路的性能、系统容量以及为用户提供服务的质量，同时也直接决 定了用户终端与交换设备的复杂度。下面简述t d _ s c d m a 物理层协议框架。 2 3 物理层协议框架 物理层位于o s i 参考模型的最下层，与高层的通信接口有两个，通常叫做 控制信道和传输信道。这里只介绍传输信道。 2 3 1 传输信道 传输信道位于m a c 子层和物理层之间，是物理层向高层提供业务信息的媒 介。传输信道描述了如何在空中接口上传送特定的数据。m a c 子层和物理层之 间可并行存在多条传输信道。 2 3 1 1 传输信道层间参数 通过传输信道交换的内容多涉及对等层实体之间的通信。为了保障通信的 正常进行，在3 g p p 的规范中对传输信道进行了规范化处理，定义了一系列的层 间通信参数和通信过程。下面对一些主要参数进行介绍。 1 传输块( t 8 ，t r a n s p o r tb l o c k ) 传输块是供物理层处理的m a c 子层和物理层之间数据交换的基本单元，物 理层将为每个传输块加上c r c 校验信息。 2 传输块集( t b s ，t r a n s p o r tb l o c ks e t ) 传输块集是物理层与m a c 予层在相同的时间段使用同一传输信道交换的 数据块集合。 1 4 iu暑=sbp=，io暑oou 3 传输块大d 、( t r a n s p o r tb l o c ks i z e l 传输块大小定义为一个传输块的比特数。按3 g p p 规定，在一个给定的传输 块集中，所有传输块的大小是固定的并且相同。 4 + 传输时间间隔( t t i ，t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l ) 1 定义为传输块集的相隔到达时间，它等于物理层通过空中接口发送该传 输块集的周期。若m a c 与物理层之间存在着多条并行的传输信道，则每一个传 输信道可有自己独立的传输时间间隔。t t l 只能是最小交织周期( 1 0 m s ) 的整数倍。 m a c 将在每一个t 1 r i 内将一个传输块集送到物理层。 5 传输格式( t f t r a n s p o r tf o r m a t ) t f 定义为在一个给定的传输时间间隔内，物理层和m a c 之间通过一条传 输信道交换的一个传输块集的一种格式。传输格式由两部分组成： 1 ) 动态部分属性包括： 传输块大小 传输块集的大小 传输时间间隔( 只对t d d 方式非实时传输可选) 2 ) 半静态部分包括： 传输时间间隔 信道编码方案( t u r b o ，卷积码，或无编码) 及编码速率 静态速率匹配参数 c r c 长度 6 传输格式集( t v s ，t r a n s p o r tf o r m a ts e t ) 传输格式集定义为与一个传输信道相关的传输格式。它定义了一条传输信 道上允许的传输格式的集合。在这个集合中，动态部分可以随传输时间间隔而变， 而集合中的半静态部分是恒定的。 7 传输格式组合( t f c ，t r a n s p o r tf o r m a t c o m b i n a t i o n ) 为了提高传输效率，物理层将把从一条或多条传输信道上接收到的数据组 合起来构成条或多条编码组合传输信道( c c l 记h ) 。在每一个传输信道上，都 存在一个传输格式集，但在每一个给定的时间点，m a c 仅将各传输信道上的一 个特定子集提交到物理层，由物理层将其组合后形成c c t r c h 再映射到物理信 道。 8 传输格式组合集( t f c s ，t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o ns e t ) t f c s 定义为一条编码组合传输信道上所有传输格式组合的集合。 9 传输格式指示( t f i ，t r a n s p o r tf o r m a ti n d i c a t o r ) t f i 是m a c 与物理层交换数据时的一个参数，用以指示信道传输格式集中 的一个特定的传输格式。 1 0 传输格式组合指示( t f c i ) t f c i 描述了当前的传输格式组合。一个特定的t f c i 值与一种特定的传输 格式组合有着一一对应的关系。 一般的，传输信道分为两类：一、专用信道，对应于特定的移动终端；二、 通用信道，一般用于通用目的，如若必要，也可以明确指定特定的用户。 2 3 1 2 专用传输信道 t ds c d m a 系统中只有一种专用传输信道，即d e d i c a t e dc h a n n e l ( d c h ) 。 d c h 信道可以是下行或上行传输信道。d c h 信道可以在整个小区或采用波束成 形技术覆盖的部分小区中传播。在专有传输信道上，所有的u e 可被所分配的物 理信道唯一的标识。 2 3 1 3 通用传输信道 t ds c d m a 系统中存在六中通用传输信道：b c h 、f a c h 、p c h 、r a c h 、 d s c h 和u s c h 。 1 b c h b r o a d c a s tc h a n n e l b c h 信道是下行传输信道，用于广播系统的或特定小区的有关信息。b c h 信道总是在整个小区中广播，具有单独的传送格式。 2 f a c h f o r w a r da c c e $ sc h a n n e l f a c h 信道是下行传输信道，在系统知道移动台所在小区位置信息的情况下 向移动台发送控制信息。 3 p c h p a g i n gc h a n n e l 寻呼信道是下行传输信道。在系统不知道移动台所在小区的位置信息时， 向整个小区中传播控制信息。 4r a c h r a n d o ma c c e s sc h a n n e l 随机接入信道是上行传输信道，总是从整个小区中接收。用户设备使用 r a c h 来完成上行同步的建立或传输一些数据量有限的用户数据。r a c h 的典型 特征是信道所映射到的物理信道是一个竞争信道。 5 u s c h c o m m o np a c k e tc h a n n e l u s c h 是上行传输信道，由多个用户分享，携带专用的控制或数据信息， 只用于t d d 模式。 6 d s c j h - d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l d s c h 是由几个移动终端u e 共享的下行传输信道，与一个或几个下行d c h 相关联。d s c h 在整个小区或采用波束成形技术覆盖的部分小区中传播。 2 3 2t d s c d e a 系统的物理信道 t d s c d m a 系统的物理信道采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧、 时隙码。依据资源分配方案的不同，子帧或时隙码的配置结构可能有所不同。 系统使用时隙和扩频码来在时域和码域上区分不同的用户信号。物理信道的层次 结构如下图所示。 无线帧( 1 0 ms ) i _ _ l - - 图2 - 3 物理信道的层次结构 t d d 模式下的物理信道由突发构成，这些突发仅在所分配的无线帧中的特 定时隙发射。无线帧的分配可以是连续的，即每一帧的时隙都分配给物理信道， 也可以是不连续的分配，即仅有部分无线帧中的时隙分配给物理信道。除下行导 频和上行接入突发外，其它所有用于信息传输的突发都具有相同的结构：由两个 数据部分、一个训练序列码和一个保护时间片组成。数据部分对称的分布于训练 序列的两端。一个突发的持续时间定义为一个时隙。一个发射机可以在同一时刻 和同一频率上发射多个突发以对应同一时隙中的不同信道，不同的信道使用不同 的o v s f 信道化码来实现物理信道的码分。在t ds c d m a 系统中，每个小区一 般使用一个基本的训练序列码。对这个基本的训练序列进行等长的循环移位( 长 度取决于同一时隙的用户数) ，又可以得到一系列训练序列。同一时隙的不同用 户将使用不同的训练序列位移。因此，一个物理信道是由频率、时隙、信道码、 训练序列位移和无线帧分配等诸多参数来共同定义的。 2 3 2 1 帧结构 3 g p p 定义的一个t d m a 帧长度为1 0 r e s 。t ds c d m a 系统为了实现快速 功率控制和定时提前校准以及对一些新技术( 如智能天线) 的支持，将一个1 0 m s 的帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为5 m s 。每个5 m s 的子帧由 三个特殊时隙和7 个常规时隙( t s o 1 s 6 ) 组成。常规时隙用作传送用户数据或控 制信息。在这7 个常规时隙中，t s o 总是固定的用作下行时隙来发送系统广播信 息，而t s l 总是固定的用作上行时隙。其他的常规时隙可以根据需要灵活的配 置成上行或下行，以实现不对称业务的传输。每一个子帧总是从t s 0 开始。用 作上行链路的时隙和用作下行链路的时隙之间由一个转换点分开。每个子帧有两 个转换点( s w i t c h i n gp o i n t ) ，第一个转换点固定在t s 0 结束处，而第二个转换点 则取决于d , x e a 二、下行时隙的配置，可位于t s l t s 6 结束处。系统的子帧结构 如下图所示。 1 2 $ m e p s d w p t s ( 9 6 c h i p s ) 转换点 士 嚣i十 + 0士 图2 - 4 t d _ s c d m a 系统子帧结构 2 3 2 2 时隙结构 时隙结构也就是突发的结构。t ds c d m a 系统共定义了四种时隙类型， d w p t s 、u p p t s 、g p 和t s o - - t s 6 。其中d w p t s 和u p p t s 分别用作上行同步和 下行同步，不承载用户数据，g p 用作上行同步建立过程中的传播时延保护， t s 0 坷s 6 用作承载用户数据或控制信息。 1 d w p t s 时隙 d w p t s 时隙用来发送下行同步码，其时隙长度为9 6 c h i p ，其中同步码长为 6 4 c h i p ，前面有3 2 c h i p 用作t s 0 时隙的拖尾保护。n o d eb 必须在每一个小区的 d w p t s 时隙发送下行同步码。不同的下行同步码标识了不同的小区，其发送功 率必须保证全方向覆盖整个小区。按物理信道来划分，发送下行同步码的信道也 叫做下行同步信道。在d w p t s 时隙没有码分复用，也就是说，该时隙仅有一个 物理信道即下行同步信道。r h v p t s 时隙结构如下图所示。 g p ( 3 2 c h i p )s y n c d l ( 6 4 c h i p ) 图2 - 5 d w p t s 时隙结构 2 u p p t s 时隙 u p p t s 时隙被l i e 用来发送上行同步码，以建立和n o d eb 的上行同步。 u p p t s 时隙长度为1 6 0 c l f i p ，其中同步码长1 2 8 c h i p ，另有3 2 c h i p 用作拖尾保护。 多个l i e 可在同一时刻发起上行同步建立。n o d eb 可以在同一予帧的u p p t s 时 隙识别多达8 个不同的上行同步码。按物理信道划分，用于上行同步建立的信道 也叫做上行同步信道。一个小区中最多可有8 个上行同步信道同时存在。u p r t s 时隙结构如下图所示。 7 c h i p s y n c _ u l ( 1 2 8 c h i p )g p ( 3 2 c h i p ) 图2 - 6 u p p t s 时隙结构 3 常规时隙( t s 0 t s 6 ) t s 0 t s 6 共7 个常规时隙被用作用户数据或控制信息的传输，它们具有完 全相同的时隙结构。每个时隙被分成了4 个域：两个数据域、一个训练序列域 ( m i d a m b l e ) 和一个用作时隙保护的空域( g p ) 。常规时隙结构如下图： 一 、 数据域 训练序列 数据域g p l ( 3 5 2 c h i p ) ( 1 4 4 c h i p ) ( 3 5 2 c h i p ) ( 1 6 c h i p 图2 - 7 常规时隙结构 1 1 数据域 数据域对称地分布于训练序列域的两端，每域的长度为3 5 2 c h i p ，所能承载 的数据符号数取决于所用的扩频因子。每一数据域所能容纳的数据符号数s 与扩 频因子s f 的关系为：s * s f = 3 5 2 。在t ds c d m a 系统中，上行方向s f 可取的 值为：l 、2 、4 、8 、1 6 ，其对应的符号数为：3 5 2 、1 7 6 、8 8 、4 4 、2 2 ，而在下行 方向，扩频因子可取的值为1 和1 6 ，对应的符号数为3 5 2 和2 2 。 数据域用于承载来自传输信道的用户数据或高层控制信息，除此之外。在 专有信道和部分公共信道上，数据域的部分数据符号还被用来承载物理层信令。 2 ) 训练序列域 训练序列域在信道解码时被用来作为信道估计，不携带用户信息。训练序 列码长1 4 4 c h i p ，传输时不进行基带处理和扩频，直接与经基带处理和扩频的数 据一起发送。按3 g p p 标准，一个t ds c d m a 小区配置有四个基本的训练序 列码，但一般仅使用其中的1 个，其余3 个六给不同的运营商使用。同一时隙不 同信道所使用的训练序列码都由这个基本码经循环而产生。 2 3 2 3t d _ s c d m a 系统物理信道的分类 物理信道按其性质被分成了两类：专用物理信道和公共物理信道。 1 专用物理信道( d p c h ) 专用物理信道用于承载来自专用传输信道( d c h ) 的数据。物理层将根据需要 将来自一条或多条d c h 的层2 数据组合在一条或多条编码组合传输信道 ( c c t r c h 讷，然后再根据所配置物理信道的容量将编码组合传输信道数据映射 到物理信道的数据域。d p c h 可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码， 1 9 信道的存在时间取决于承载业务的类别和交织周期。一个u e 可以在同一时刻被 配置多条专用物理信道，若u e 的多时隙能力允许，这些物理信道还可以位于不 同的时隙。 2 公共物理信道 公共物理信道是一类物理信道的总称，根据所承载传输信道的类型，它们 又可进一步划分为一系列的控制信道和业务信道。在3 g p p 的定义中，所有公共 物理信道都是单向的。 主公共控制物理信道( p - c c p c h ，p r i m a r yc o m m o nc o n t r o lp h y s i e a lc h a n n e l ) p c c p c h 仅用于承载来自传输信道b c h 的数据，提供全小区覆盖模式下 的系统信息广播。 辅公共控制物理信道( s - c c p c h ，s e c o n d a r yc o m m o nc o n t r o lp h y s i c a l c h a n n e l ) 辅公共控制物理信道s - c c p c h 用于承载来自传输信道f a c h 和p c h 的数 据。 - 快速物理接入信道( f p a c h ，f a s tp h y s i c a la c c e s sc h a n n e l ) 快速物理接入信道不承载传输信道信息，。因而与传输信道不存在映射关系。 n o d eb 使用f p a c h 来响应在u p p t s 时隙收到的u e 接入请求，调整u e 的发送 功率和同步偏移。 - 物理随机接入信道( p r a c h ，p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l ) 物理随机接入信道用于承载来自传输信道r a c h 的数据。 _ 物理上行共享信道( p u s c h ，p h y s i c a lu p l i n ks h a r e dc h a n n e l ) 物理上行共享信道承载来自传输信道u s c h 的数据。 - 物理下行共享信道( p d s c h ，p h y s i c a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ) 物理下行共享信道承载来自传输信道d s c h 的数据。 寻呼指示信道( p i c h ，p a g i n gi n d i c a t o rc h a n n e l ) 寻呼指示信道不承载传输信道的数据，但却与传输信道p c h 配对使用，用 以指示特定的u e 是否需要解读其后跟随的p c h 信道。 2 3 3 信道映射 传输信道和物理信道之间的映射关系如下表所示： 表2 1 传输信道和物理信道之间的映射关系 l 传输信道物理信道 d c hd e d i c a t e dp h y s i c a lc h a n