（通信与信息系统专业论文）wcdma多速率方案的研究和基于dsp实现的高速信息译码器.pdf

上海交通大学硕士学位论文 w c d m a 多速率方案的研究 和基于d s p 实现的高速信道译码器 摘要噜铆汹 随着2 1 世纪的来临，用户对如高速i l l t e m e t 接入、视频和高速图 象传送等宽带业务的需求将会不断扩大；而现有的第二代( 2 g ) 移 动通信系统只能提供话音、传真和某些以电路交换为主的中低速率业 务。第三代( 3 g ) 移动通信系统将拥有灵活的、多业务复用的高速 无线空中接口，并可支持从低速话音业务( 信道编码后 3 2 k b p s ) 至 高达2 m b p s 的、与固定网络相同质量的高速多媒体分组d 接入业务 传输。 多速率方案以灵活、有效的方式将不同速率和质量要求( q o s ) 的业务进行复用，并映射到物理信道上。它是第三代移动通信系统的 重要特征之一。作者通过参与国家8 6 3 计划项目“w c d m a 高速信 道译码器”一年多以来的研发工作，对w c d m a 多速率方案及相关 算法有了深入的理解，积累了大量的实际工作经验，并在相关工作中 取得了部分研究成果。 另一方面，关于纠错编码技术的研究在近年来也取得了很大进 展。特别的，t u r b o 码的出现使高性能、高速率无线传输成为可能。 分别针对卷积码和1 u b o 码设计、实现高速信道译码功能单元，是研 制3 g 系统的重要任务之一。作者通过参与该项目d s p 部分的开发与 调试工作，基于单片d s p 分别实现了实时v i t e r b i 仃u r b o 译码；此外， 作者在t u r b o 译码中的软输入软输出( s i s o ) 算法方面也取得了一些 理论成果。 本文的主体部分就是根据上述工作的内容展开的。 第一章介绍了本课题相关技术的发展情况，主要包括：3 g 系统 的历史与现状；w c d m a 系统的特点：多速率方案的基本要求和特 征：纠错编码技术的回顾；d s p 技术的发展等。该章末尾叙述了本课 题的来源和研究意义，并简介了作者的主要工作和贡献。 第二章针对格型码的译码算法进行了整体性研究。在对v i t e r b i 摘要 算法给出了详细推导后，避免了对两类s i s o 算法：m a p 算法和s 0 v a 的烦琐推导。这里作者采用了另一种手段，即通过提出简化的前向 m a p 算法及其实用形式，采用计算机仿真和理论分析相结合的方 法，指出m a p 算法、s o v a 和v i t c r b i 算法之间的密切联系；特别 的，从“路径度量”的角度，尝试将它们进行了统一。其中，所得 的l o g f m a p 算法可看作是对s o v a - r x 算法的进一步改进。 第三章以3 g p pw c d m a ( f d d ) 规范( r e l e a s e 9 9 ) 中的多速 率方案为准，主要围绕该方案上、下行链路多速率方案的特性与比 较，以及速率匹配算法参数的确定等问题进行了论述。这里避免了 对规范的简单重复和归纳，而是通过细致的分析，穿插一些具体例 子，系统地、有重点地对该方案的原理和实质进行了较深入的讨论。 该章最后归纳总结了对两种较有希望在未来多速率方案中获得采纳 的技术：盲速率检测和混合a r q 方案。 第四章针对w c d m a 多速率方案的核心算法速率匹配算法 进一步进行了深入研究。首先从路径度量角度出发，得出了速率匹 配后卷积码厂r l h b o 码的最优译码算法。接着对不同重复删除率下 v i t e r b i 1 u r b o 译码的误码误帧性能进行了计算机仿真( 加性高斯白 噪声信道) ，对所得结果作了定性分析与讨论，并指出其对多速率方 案相关算法参数设计的意义。最后，通过对现有速率匹配算法的改 进，给出“非均匀”速率匹配算法，并以v i t e r b i 译码为例，通过计 算机仿真，指出该改进算法在非均匀差错保护( u e p ) 方面的应用。 第五章描述了利用t i 的c 5 4 x 和c 6 2 xd s p 针对w c d m a 系统 信道编码码型分别实现v i t e r b i 译码和t u r b o 译码的方法，主要给出 了实现的特点、性能仿真结果和处理速度估值等结果：并结合最新 的d s p 发展动态，对基于d s p 实现高速信道译码器的发展前景进行 了讨论。 本文最后的结束语中，对作者在本文中所作贡献进行了总结， 并指出了仍有待进一步研究的若干问题。 关键词：w c d “多速率芳妥。速率匠j 信道藉毛，软输入 软输叭8 1 8 0 ? 法数字信气罗 x v 上海交通大学硕士学位论文 s t u d y o fm u l t i r a t es c h e m ei nw c d m a a n dd s p i m p l e m e n t a t i o n o f h i g hs p e e d c h a n n e ld e c o d e r a b s t r a c t w j t ht h ea d v e n to f t h e2 l t hc a n t u r y , t h es u b s c r i b e r sd e m a n do f b r o a d b a n d s e r v i c e s ，s u c ha sh i g h s p e e di n t e r a c ta c c e s s ，v i d e oa n dh i g h - s p e e di m a g et r a n s m i s s i o n , e t c ，i sg r o w i n gd r a m a t i c a l l yn o w a d a y s w h j l ec u r r e n ts e c o n d - g e n e r a t i o n ( 2 g ) m o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sc a np r o v i d eo n l yv o i c e f a x , a n do t h e rc i r c u i t s w i t c hb a s e d m e d i u m t o 1 0 wb i t r a t es e r v i c e s ，t h et h i r d g e n e r a t i o n ( 3 g ) m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m w i l lh a v ea f l e x i b l e , s e r v i c e - m u l t i p l e x e dh i g hs p e e d a i ri n t e r f a c ew h i c h s u p p o r t ss e r v i c e sf r o ml o w r a t ev o i c e ( 3 2 k b p sa f t e rc h a n n e lc o d i n g ) t o2 m b p sh i g h s p e e dm u l t i m e d i a p a c k e t 肿a c c e s s w i t ht h es a m eq u a l i t yo f t h ef i x e dn e t w o r k s m u l t i r a t es c h e m ed e a l sw i t h m u l t i p l e x i n g d i f i e r e n ts e r v i c e s w i t h v a r i a b l e - r a t ea n dq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) ，i naf i e x i b l ea n ds p e c t r u m - e f f i c i e n tw a y , a n di st h ek e yc h a r a c t e r i s t i co ft h e3 gs y s t e m s u g hr dw o r ki nt h en a t i o n a l 8 6 3p r o j e c t “w c d m ah i g hs p e e dc h a n n e ld e c o d e r s i n c e1 9 9 9 t h ew r i t e rh a s a c c u m u l a t e dn o to n l yt h o r o u g hu n d e r s t a n d i n go ft h em u l t i r a t es c h e m ei nw c d m l b u ta l s ol o t so fp r a c t i c a le x p e r i e n c eo ni t m o r e o v e r , t h ew r i t e rh a so b t a i n e ds o m e v a l u a b l er e s u l t si nt h er e l a t e dw o r k o nt h eo t h e rh a n d t h er e s e a r c ho fe r r o r c o r r e c t i o nc o d i n gh a sm a d eg r e a t p r o g r e s si nr e c e n ty e a r s s p e d f l c a l l y , t h ee m e r g e n c eo ft u r b oc o d e sm a k e sp o s s i b l e t h eh i g hp e r f o r m a n c e h i g hr a t ew i r e l e s st r a n s m i s s i o n i ti so n eo f t h ei m p o r t a n tt a s k s i n d e v e l o p i n g 3 gs y s t e m s ，t o d e s i g n a n dr e a l i z e h i g hs p e e d c h a n n e ld e c o d e r f u n c t i o n a lu n i t ，f u l f i l l i n gt h ed e c o d i n go fb o t hc o n v o l u t i o n a lc o d e sa n dt u r b oc o d e s t h r o u g ht h ew o r ko nt h ed s pp a r ti nt h ea b o v e m e n t i o n e dp r o j e c t t h ew r i t e rh a s i m p l e m e n t e d t h er e a l - t i m ev i t e r b ia n dt u r b 0 d e c o d i n g o n s i n g l e c h i pd s p , r e s p e c t i v e l y m e a n w h i l e ，t h ew r i t e rh a sa l s oa c q u i r e ds o m en e wt h e o r e t i c a lr e s u l t s r e g a r d i n gs o f t - i n p u t s o f t - o u t p u t ( m s o ) a l g o r i t h m s i nt u r b od e c o d i n g t h em a l nb o d yo f t h i st h e s i si sb a s e do nt h ew o r kd e s e r i b e da b o v e c h a p t e ro n e o f t h i st h e s i si n t r o d u e e st h eb a c k g r o u n d so f t h er e s e a r c ht o p i c i n c l u d i n g ：t h eh i s t o r y a n dc u r r e n ts t a t u so f3 gs y s t e m s ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so f w c d m 八t h eb a s i c r e q u i r e m e n t a n dc h a r a c t e r i s t i c so fm u l t i r a t es c h e m e t h e h i s t o r i c a la s p e c to fe r r o r - c o r r e c t i o nc o d i n g ，t h ed e v e l o p m e n to fd s p t e e h n o l o g y , e t c i nt h e1 a s t p a r t o ft h i s c h a p t e r , i td e s c r i b e st h eo r i g i no ft h er e s e a r c ht o p i ca n d s i g n i f i c a n c e o ft h e i n v e s t i g a t i o n , a n db r i e f l y i n t r o d u c e st h em a i nw o r ka n d c o n t r i b u t i o n so f t h ew r i t e r c h a p t e rt w oi n v e s t i g a t e st h ed e c o d i n go f t 佗i l i sc o d e s f r o mas y s t e m a t i c v i e w p o i n t w h i l ep r e s e n t i n gt h ed e t a i l e dd e d u c t i o no f t h ev i t e r b ia l g o r i t h 札i ta v o i d s t h el e n g t h yd e d u c t i o no ft w ot y p e so fs i s oa l g o r i t h m s ：m a pa l g o r i t h ma n ds o 溺， h e r et h ew r i t e ri n t r o d u c e san e wm e t h o d ，n a m e l y , b yp r e s e n t i n gt h e s i m p l i f i e d f o r w a r d o n l ym a pa l g o r i t h ma n di t sp r a c t i c a lv e r s i o n s a n db yt h ec o m b i n a t i o no f t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc o m p u t e rs i m u l a t i o n ，t h ew r i t e rp o i n t so u tt h eu n d e r l y i n g r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nm a pa l g o r i t h m s , s o v aa n dv i t e r b ia l g o r i t h m s p e c i f i c a l l y , 。 u n d e rt h es t r u c t u r eo f “p a t hm e t r i c ”t h ew r i t e rt r i e su n i f y i n ga l lt h e s ea l g o r i t h m si na s i n g l ef r a m e w o r k i na d d i t i o n , t h es u g g e s t e dl o g - f - m a pa l g o r i t h mc a n b et h i n ko fa s a ni m p r o v e m e n to f t h es o v a ( c h a p t e rt h r e e ，b a s e do nt h em u l t i r a t es c h e m eo f3 g p pw c d m a ( f d d ) ； s p e c i f i c a t i o n s ( r e l e a s e 9 9 ) ，d i s c u s s e ss e v e r a li m p o r t a n ti s s u e si nt h i ss c h e m e , s u c ha s ， t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dc o m p a r i s o no f u p l i n k d o w n l i n km u l t i r a t es e h e m e s , a n dt h e d e t e r m i n i n go fp a r a m e t e r si n r a t e m a t c h i n ga l g o r i t h m s h e r et h ew r i t e ra v o i d st h e m e c h a n i c a lr e p e t i t i o na n ds u m m a r i z a t i o n , b u t t h r o u g hd e t a i l e da n a l y s i sa n ds e v e r a l t y p i c a le x a m p l e s ，p r o v i d e si n - d e p t hs i g h ti n t ot h ep r i n c i p l e sa n de s s e n t i a l so ft h e s c h e m e i na s y s t e m a t i c a n ds e l e c t i v e w a y t h e l a s tt w o p a r t s o ft h i s c h a p t e r s u m m a r i z e st w o p r o m i s i n gt e c h n o l o g i e s i nf u t u r em u l t i r a t es c h e m e ：b l i n dr a t e d e t e c t i o na n d h y b r i da r q s c h e m e c h a p t e r f o u r p r e s e n t s f u r t h e rr e s e a r c hr e s u l t so ft h e r a t e - m a t c h i n g 。 a l g o r i t h m t h ec o r ea l g o r i t h mi nt h ew c d m a m u l t i r a t es c h e m e f k s t l y s t a r t i n gf o r m t h ep a t hm e t r i cc o n c e p t , i tp r o v i d e st h eo p t i m u m d e c o d i n ga l g o r i t h m so f c o n v o l u t i o n c o d e sa n dt u r b oc o d e sa f t e rr a t e m a t c h i n g s e c o n d l y , b yc o m p u t e rs i m u l a t i o no f t h e b e r f e r p e r f o r m a n c e ( i na w g n ) o f t e r b i 门r u r b od e c o d i n gu n d e rd i f f e r e n t r e p e t i t o n p u n c t u r i n gr a t e s , i tp r o v i d e sq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no f t h er e s u l t s ， a n dp o i n t so u tt h e i rs i g n i f i c a n c et ot h ed e s i g no f r a t e - m a t c h i n gp a r a m e t e r s l a s t ，i t s u g g e s t s “n o n - u n i f o r m r a t e - m a t c h i n ga l g o r i t h m 嬲t h ei m p r o v e m e n to f t h ec u r r e n t a l g o r i t h m , a n db yt f l ec o m p u t e rs i m u l a t i o no f v i t e r b id e c o d i n ge x a m p l e d e s c r i b e si t s a p p l i c a t i o ni nu n e q u a l e r r o r p r o t e c t i o n ( i m p ) a p p l i c a t i o n c h a p t e r f i v ed e s c r i b e st h e i m p l e m e n t a t i o n o fv i t e r b i 厂i u r b o d e c o d i n g a i m i n g a tw c d m ac h a n n e l c o d i n g ，h a s e d o nt i s c 5 4 xa n d c 6 2 x d s p , r e s p e c t i v e l y i tm a i n l yp r o v i d e st h er e a l i z a t i o nc o n c e r n i n g , s i m u l a t i o nr e s u l t sa n dt h e e s t i m a t i o no f p r o c e s s i n gt h r o u g h p u t f i n a l l y , a c c o r d i n gt l l en e w e s td e v e l o p m e n to f d s pt e c h n o l o g y , i ta l s od i s c u s s e st h ef u t u r e a s p e c t s o fd s pi m p l e m e n t a t i o no f c h a r m e ld e c o d e r _ t h es u m m a r ys e c t i o nc o n c l u d e st i i em a i nw o r k si nt h i st h e s i sw h i c ht h e w r i t e rb e l i e v e sa sc o n t r i b u t i o n s ，a n dt h e nl i s t ss e v e r a li s s u e sd e s e r v e sf u r t h e rr e s e a r c h k e y w o r d s ：w c d m a , m u l t i r a t es c h e m e ，r a t em a t c h i n g ，c h a n n e lc o d i n g ，s o f t i n p u t - s o f t - o u t p u t ( s i s o ) a l g o r i t h m ，d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g 一、绪论 1 第三代移动通信系统：历史与现状 f ( 1 ) 第三代( 3 g ) 移动通信系统 移动通信和个人通信技术在过去2 0 年中取得了前所未有的飞速发展，并正 由传统的话音通信迈入多媒体通信时代。在二十世纪七十年代末、八十年代初出 现的、基于蜂窝结构的第一代移动通信系统采用了频分多址( n ) m a ) 的多址方 式，以模拟制式向移动终端提供话音通信和其它一些电话类业务，主要系统包括 北美的a 3 v p s 、欧洲的t a c s 和日本的n m t 等。随着用户数的迅速增长，第一 代系统的容量很快就达到了饱和。九十年代初涌现的第二代移动通信系统基于数 字制式，并采用了时分多址( t d m a ) 或码分多址( c d m a ) 技术，能提供话音、 传真和某些以电路交换为主的中低速率业务，并为附加业务和智能网建设提供 了可能。第二代系统现在正迅速渗入全球市场，并已取得了巨大的成功。主要代 表系统包括：欧洲的g s m 、北美的d a m p s i s 1 3 6 、c d m a o n e i s 9 5 和日本的p d c 等 1 】。 i n t e r n e t 的迅速发展和对无线业务( 包括话音和数据业务) 需求的急剧增长， 使得对无线通信系统的容量、数据速率和支持业务种类的要求不断提高。随着 2 l 世纪的来临，用户对如高速i n t e r n e t 接入、视频高速图象传送等宽带业务需 求将会不断扩大，这对第三代移动通信系统的发展和应用提出了迫切需求。 根据国际电联( i t u ) 的规定，第三代( 3 g ) 移动通信系统应支持【2 】： 口 对低高速移动用户提供1 4 4 k b p s - 3 8 4 k b p s 数据速率，大区域覆盖； 口 对固定用户提供2 m b p s 数据速率局部覆盖； 从现有移动通信系统向3 g 系统的演进，是无线通信迈入新纪元的标志，也 是通向多媒体移动通信的里程碑。3 g 系统在室内、手持机和移动三种环境下， 除了支持话音业务外，还能支持视频、图像、文本和数据通信，并能提供诸如视 频会议、i n t e m e t 接入和其它一系列新应用，实现高质量、高频谱利用率、低成 本的无线传输技术以及全球兼容的核心网络。3 g 系统将通过卫星移动通信网与 地面移动通信网相结合的方式，形成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络，满足 城市和偏远地区不同密度用户的通信需求，实现人类个人通信的理想。 ( 2 ) 3 1 1 标准的制定 早在1 9 8 5 年，1 1 u 就开始规划预计在2 0 0 0 年左右使用的、工作于2 g h z 频 段上的第三代移动通信系统，当时称为“未来公用陆地移动通信系统” ( f p l m t s ) ，旨在启动第三代移动通信系统全球性标准的制定过程随着移动 卫星系统的迅速发展和2 0 0 0 年的临近i t u 于1 9 9 6 年将该系统更名为i m t - 2 0 0 0 ， 并进一步扩展了f p l m 【t s 工作范围的深度和广度1 9 9 7 年1 1 u 确定了对3 g 系统的基本要求。并向各标准化组织和通信业界征求无线传输技术( r 1 盯) 建议， 一、绪论 并计划于2 0 0 0 2 0 0 1 年左右确定3 g 系统的全球性标准。到1 9 9 8 年7 月3 0 日为 止，全球范围内1 0 个组织向i t u 提交了1 5 个r t t 建议( 包括1 0 个地面系统和 5 个卫星系统的建议) 。从f p l m t s i m t 2 0 0 0 的提出发展至今，经过不断的完善、 修正和妥协，3 g 技术已逐步走向成熟。 根据目前世界各地标准化组织和通信厂商的研究进展情况，从无线空中接口 技术的角度来看，目前较有竞争力的方案有： 口3 种c d m a 标准：包括欧洲和日本支持的e t s i a r b ，1 1 r a 的w c d m a ( f d d t d d ) 、北美和韩国支持的t i at r 4 5 5 傩i 的c d m a 2 0 0 0 ( m c c d m a ) 、以及中国提出的t d s c d m a 方案； 口两种t d m a 标准：包括t r 4 5 3 的u w c 1 3 6 宽带t d m a 方案和欧洲的 d e c t 。 北美、欧洲和日本三大区域性利益集团已经拥有自己系统的移动通信标准、 体制，以及设备制造商、运营商和势力范围，在移动通信界已成鼎足之势。考虑 到市场占有及第二代系统的过渡问题，很难预见这三大集团将在3 g 系统的空中 接口、网络技术等标准的制定上会趋于融合因此，目前r r u 已经放弃了原先 的一致性努力，而转而提出i m t 2 0 0 0 的“标准家族”( f a m i l yo fs t a n d a r d s ) 概 念 3 ：即在保护现有投资和已有系统的同时，允许多个标准共存，并把熏点转 向网络接口标准的制定和互通上，以保证不同系统闻的全球兼容性，努力使3 g 系统早日走向商用化。 ( 3 ) 中国在3 g 领域的工作 3 g 系统对世界各国、地区的电信业而言，既是一场挑战，更是一次机遇。 中国目前拥有世界上第二大移动通信网，以每月1 0 0 多万的用户的速度增长，并 有望在2 0 0 1 年赶超美国因此，3 g 系统对我国的电信事业具有极为重要的战略 意义。 中国积极参与了3 g 系统标准化工作的制订和有关系统的研发中国无线通 信标准研究组c w t s ( c h i n aw i r e l e s st e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d sg r o u p ) 于1 9 9 8 年7 月向i t u 提交了t d - s c d m a 侯选方案，并为r r u 所采纳。与其它3 g t d d 方案相比，t d s c d m a 系统具有高频谱灵活性、高频谱利用率、可支持多种使 用环境和降低设备成本等优势 4 】 c 、v t s 还积极参与了w c d m a 标准化组织3 0 p p 。以及c , d m a 2 0 0 0 标准化组 织3 g p p 2 的规范制订工作此外，连宇( l i n k a i r ) 公司也向c d m a 2 0 0 0 提出了 增强型方案l a s c d m a 5 】，并有着较好的发晨和应用前景 我国国家8 6 3 计划把第三代移动通信系统研究和开发项目列为主要攻关项 目，该项目由国内多所著名高等院校和多家著名霉内通信企业参与，并已于2 0 0 0 年中期完成第一阶段样机试验的工作，目前正向a s l c 实用化方向开展进行第二 阶段的研发工作此外一大批国内通信企业和研究部门也积撮投入了3 g 系统 的研发工作之中。总之，中国正在努力开发具有自主知识产权的、性能优越的 3 g 系统，力争在未来竞争日益激烈的移动通信市场中占有一席之地。 2 ( 4 ) w c d m a 技术 c d m a 技术与f d m a 和t d m a 技术相比具有高容量、软切换、抗多径衰 上海交通大学硕士学位论文 落、无须频谱管理等特点 6 ，并将在3 g 系统中占有主导地位。 基于d s c d m a 的w c d m a 技术是由欧洲和日本为主提出的，它在系统性 能提高、业务灵活性和运营灵活性等方面均占有一定优势f 7 】。由于现有的 w c d m a 方案采用了从g s m 系统目前应用最广的第二代移动通信系统之一 演进的策略，因此得到了大多数地区标准化组织和通信厂商的支持，并将在 3 g 系统“标准家族”中占有重要的地位。总体上来看，w c d m a 系统主要具有 以下特征【8 ： 口基于演进( e v o l v e d ) 的g s m 核心网络，可支持分组】田功能； 口无线接入技术采用e t s i 的u t r a ，即在f d d 频段采用w c d m a 接入技 术、在t d d 频段采用t d c d m a 接入技术。 从无线接入方式来看，w c d m a 系统具有以下技术特征【7 】- 【9 】： o小区间非同步方式下的快速小区搜索； 口 相干扩频码跟踪相干d l l 完成码片( c h i p ) 同步； 口上下行链路均采用快速发送功率控制； 口上下行链路均采用导频( p i l o t ) 辅助相干r a k e 接收； 口可变扩频因子； 口可变速率传输，并支持盲速率检测； 口导频信号复用在传输数据帧的每个时隙( s l o t ) 中，为干扰抵消和自适应 天线阵技术的引入提供了可能。 1 9 9 8 年底，全世界多个标准化组织( 包括a r i b 、c w r s 、e t s i 、t 1 、t i a 、 t t c 等) 和多家著名通信厂商( 如e r i s s o n 、n o i d a 、s i e m e n s 、s a m s u n g 、n t t d o c o m o 、n o r t e l 、m o t o r o l a 、l u c e n t 等等) 联合成立了“第三代移动通信系统合 作项目( 3 g p p ) ”组织，旨在促进世界各国标准化组织在w c d m a 系统标准化 方面的工作 1 0 1 。1 9 9 9 年1 2 月，来自中国、欧洲、日本、韩国和美国的标准化 组织已就3 g p p 的一系列规范达成了共识【l l 】。由于标准化组织和通信厂商的共 同努力，可以预计，该规范将成为事实上的3 g w c d m a 标准。经过各方的不断 努力，3 g p p 组织己于2 0 0 0 年初完成了阶段性的规范w c d m a r e l e a s e 9 9 。目前， 3 g p p 组织正加紧制定r e l e a s e 2 0 0 0 规范，并将于2 0 0 1 年初颁布。 2 多速率方案概述 ( 1 ) 多业务、多速率的出现 斯业务的涌现 数据速率的不断提高、新业务类型的涌现以及原有系统容量的限制，正使现 有无线通信网面临一场变革。针对上述新要求，3 g 系统将拥有灵活的、多业务 复用的高速无线空中接口，可支持从几十几k b p s 低速话音业务至高达2 m b p s 的、与固定网络相同质量的多媒体分组，碑接入业务的传输因此，3 g 系统所 支持的业务种类大大超出了现有蜂窝移动通信系统中以话音为主的业务范围，并 主要包括以下内容【t 2 】： 口基本和增强型的话音业务包括音频会议和语音邮件等应用； 口低速业务支持消息、电子邮件和传真等等； 口 中速业务，用于文件传输和i n t e m e t 接入。速率从6 4 k b p s 至1 4 4 k b p s # 口高速业务，支持高速分组业务和基于电路交换的网络接入，以及高质量 的视频会议，速率高于6 4 k b p s ； 口多媒体业务，提供视频、音频和数据业务的并发传输，以及高级交互式 应用；并为不同应用提供相应的业务质量( q o s ) 需求。 b 提高系统性能的要求 多速率传输也为进一步提高系统性能提供了可能。研究和仿真结果表明 t 3 1 4 ，采用可变速率传输或变速率传输与功率控制相结合的方式，替代原先 常用的单一功率控制，可以有效地在慢衰落环境下提高系统容量。而随着自适应 编码编码调制技术 1 5 1 1 6 1 、以及针对分组业务的混合a r q 1 7 1 技术的逐步实用 化，进一步增强了对可变速率传输方式的要求 表1 1 给出了较有代表性的几种3 g 系统和2 g 增强型系统中，实现可变速率 传输的主要手段和参数这里的系统包括；窄带c d m a ( i s 9 5r e v b ) 、两种宽 带c d m a ( c d m a 2 0 0 0 和w c d m a ) ，北美t d m a ( i s 1 3 6 ) 的增强型( g p r s - 1 3 6 ) 和g s m 的增强型系统( g p r s 和e d g e ) 。为了实现可变速率传输，这些系统都 采用了一些新的技术方案，包括自适应编码，调制技术、混合a r q 技术、可变增 益扩频、变速率业务信道、补充信道( s u p p l e m e n t a lc h a n n e l ) 和时隙合并( t i m e s l o ta g g r e g a t i o n ) 技术等。 系统或标准多速率遵率控制格式指示方法信道质量反馈峰值速率 c 叫ai s - 9 5 多个8 k b p s 或补充码道分配消补充码过请粜消息。导6 4 k b p s r e vb 1 4 k b p s 的补克码 息( s c a m )鳆强度潮试漓 道 c d m a 2 0 0 0变速率的补克码 s c a m 以夏曹速朴克码道请求消息。导每y a l s h 码码道 道一一支持可变 率捡潮篡强度测试消息。功率6 1 4 4 k b p s 。多 增益扩烦和冀码控制比特( 8 0 佣z )碣道方式下可 选2 0 4 8 k b p s w c d m a 可变速率皿务信每幢中含传输棒刺试报告：2 0 4 8 k b p s ( 6 个 道一一支特可变式组合指示 导频强度 h ls h 码道) 增益扩烦和码( t f c i ) 信干囔比( s i n r ) 谩码奉b e r ) 。误 帧率( f s r ) g p r s时隙合并，自适应分离蝙码城。偷 位于a x q 状态消息中1 6 0 k b p s 嫡码换比特”的测试报鲁： ( s t e a l i n g 信号与干扰强度 b i t s )诞码率( 舾r ) 信号方差 g p r s - i3 6 时隙合并，自适应分离编码数据域信道质量反馈4 4 4 k b p s 调制和混合a r q类型( d f t ) 上行：a r q 状态消 ( 递增冗奈)息 、 下行：分组信遣反 馈 h g p r s 时隙合并，由适应分离壕码城。静位于从o 状态溥忠中4 7 3 6 k b p s 鳊码自适应调搜比特。的测试报： 劓。递增冗余 信号与干扰强度 i 毛码事( b b r ) 。 衰落速率 4 表卜l 部分3 g 和增强型2 g 系统中的多速率可变速率传输方案 t a b l ei - iv a r i a b l e - r a t e t r a n s m i s s i o ns c h e m e o f $ o m o3 ga n d e n h a n c e d 2 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s 。oz ( 2 ) w c d m a 多速率方案概述 多速率方案( m u l t i r a t es c h e m e ) 是3 g 系统区别于2 g 系统的重要特征之一。 该方案考虑如何以灵活、频谱利用率高的方式将不同速率和质量要求( q o s ) 的 业务进行复用【7 【9 】，它是实现可变速率传输和灵活的多业务复用的关键技术之 为实现多速率方案，须明确以下三方面的工作【7 】： o如何将不同比特率的业务映射到所分配的频带中去； 口 如何为不同应用提供相应的q o s ； 1 ：2 如何告知接收机接收信号的特性( 如：复用参数、扩频比等) 。 通过大量的研究和仿真工作，w c d m a 系统已较好地解决了这几个问题，并 得到了其一套完整的多速率方案。与其它系统相比，3 g p p 的w c d m a 规范中 多速率方案的主要特点有： o上下行链路出于不同考虑，多速率方案有较大区别； o 通过定义速率匹配参数r m ，实现了不同业务的q o s 要求； 口通过比特删除重复可实现对任意速率业务与物理信道实际可用速率的 匹配，即“速率匹配”( r a t em a t c h i n g ) 过程； 口具有灵活的业务复用方式； r n 可支持盲速率检测( b l i n dr a t ed e t e c t i o n ) 。 w c d m a 系统的多速率方案能较好地满足3 g 系统多业务、多速率的新特征， 并且没有业务数和速率分辨率的限制，是众多多速率方案中较有代表性的一个。 由于3 g p p 组织各成员在w c d m a 规范制定方面的大量工作与协调，目前其多 速率方案已基本成型，并正不断趋于完善之中。 3 纠错编码：回顾 数字通信时代的到来推动了纠错码的研究与发展，反过来又对无线通信系统 性能的提高起了关键作用。s h a n n o n l l 8 l 于2 0 世纪4 0 年代创建了信息论 ( i n f o r m a t i o nt h e o r y ) 分支，并得到了著名的“s h a n n o n 限”：当信源熵( s o u r c e e n t r o p y ) 低于有噪信道的信道容量( c h a n n e lc a p a c i t y ) 时，可通