（通信与信息系统专业论文）evdo系统前向链路接收定点仿真和均衡技术研究.pdf

摘要 摘要 e v - d o 是在c d m a 2 0 0 0 提高分组数据传输能力方向的演进版本。它针对数据业务的突发 性、不对称性、延迟要求低、不同q o s 等级和数据流量需求大的特点，引进了当前3 g 一些 新技术，比如时分复用、虚拟软切换、自动速率控制、快速h a r q 和高阶调制，使得前向 链路的最高速率达到2 4 m b p s 。本文对e vd o 的前向链路的r a k e 接收技术以及均衡技术进 行了研究和探讨，并从工程实现角度上对其进行性能仿真、分析。 本文第一部分主要介绍e v - d o 中区别于c d m a 2 0 0 0 的新技术和前向链路的物理层结构。 第二部分主要分析e v - d o 前向链路的r a k e 接收机，包括e v - d o 系统的导频捕获、信 道估计、合并技术和高阶解调。 第三部分研究和探讨了应用于e v - d o 系统的均衡技术。由于传统的r a k e 接收技术无法 消除多径干扰，而e v - d o 前向链路中的高阶调制信号经过信道后码间干扰尤其严重，限制 了r a k e 接收机性能的进一步提高。本章先探讨了基于最小均方误差准则的l m m s e 均衡器 和l m s 均衡器在前向链路的应用，讨论了均衡器的关键参数确定，然后从工程可实现角度 出发，给出r a k e 和均衡器并行结构的接收机。和r a k e 接收技术相比，均衡技术给接收性 能带来很大的提高。 【关键词】 e v - d o l m m s e 均衡器 r a k e 接收机 l m s 均衡器 信道估计 并行接收机 a b s t r a c t a b s t r a c t e v - d o ，p r o p o s e db yq u a l c o m mo i lt h eb a s i so f c d m a 2 0 0 0 ，i san e wt e l e c o ms t a n d a r d a i m i n ga ti m p r o v i n gp a c k e td a t at r a n s f e r r i n g i no r d e rt oa d d r e s st h ec h a r a c t e r so fb u r s t i n g , a s y m m e t r y , l o wl a t e n c y , v a r i o u sq o sl e v e la n dl a r g ea m o u n to fd a t af l o w , e v - d oh a st a k e ni n m a n yn e wt e c h n i q u e si n3 gs u c ha st d m ，v i r t u a ls o f th a n d o f f , a m c ，h a r qa n dh i 曲- l e v e l m o d u l a t i o n ，r e n d e r i n gt h em a x i m u mr a t eo f f o r w a r dl i n kt o24 m b p s t h i st h e s i sd i s c u s s e dt h e p r i n c i p l e so f r a k e - r e c e i v e ra n de q u a l i z a t i o n si ne v - d of o r w a r dl i n k ，s i m u l a t e da n da n a l y z e di t s p e r f o r m a n c ef r o map o i n to f v i e wo fe n g i n e e r i n gi m p l e m e n t a t i o n i nt h ef i r s tp a r to f t h i st h e s i s ，s o m en e w t e c h n i q u e sa d o p t e db ye v d ow h i c ha l e d i f f e r e n tf r o mc d m a 2 0 0 0a n de v d of o r w a r dl i n kp h y s i c a ll a y e rs t r u c t u r ea r c i n t r o d u c e d t h es e c o n dp a r tf o c u s e so nt h ef o r w a r dl i n kr a k er e c e i v e r ，w h i c hi n c l u d e sp i l o t c a p t u r i n g ，c h a n n e le s t i m a t i o n ，c o m b i n a t i o nt e c h n i q u ea n dh i 曲一l e v e ls i g n a l d e m o d u l a t i o n t h el a s tp a r td i s c u s s e st h ee q u a l i z a t i o nf o rf o r w a r dl i n ko fe v d o a si sk n o w n , t h et r a d i t i o n a lr a k er e c e i v e rc o u l dn o te l i m i n a t et h em u l t i - p a t hi n t e r f e r e n c e ，t h e h i 曲一l e v e lm o d u l a t i o ns i g n a la l s os u f f e r sf r o mi s tt h r o u g hm u l t i p a t hc h a n n e lw h i c h l i m i t st h ei m p r o v e m e n to fr e c e i v e rp e r f o r m a n c e h e r e i n ，l m m s ea n dl m s e q u a l i z e r sw h i c ha r eb a s e do nm m s e s t a n d a r da r ei n t r o d u c e df i r s t ，a n dt h e nt h ek e y p a r a m e t e r so f e q u a l i z e r sa r ec o n f i r m e dt h r o l = l g ht h es i m u l a t i o n ，f i n a l l yc o n s i d e r i n gt h e r e a l i z a t i o nc o m p l e x i t yo fe q u a l i z e r san e w p a r a l l e l - r e c e i v e ri sg i v e no u tw h i c hu s e s t h er a k er e c e i v e ra n dl m s e q u a l i z e r j o i n t l y k e y w o r d s e v - d o r a k er e c e i v e r l m m s e e q u a l i z e r l m se q u a l i z e r i i c h a a n e le s t i m a f i o n p a r a l l e l r e c e i v e r 目录 3 5e v - d o 移动台接收机性能仿真3 6 3 6本章小节4 0 第四章应用于e v - d o 前向链路接收的均衡技术研究4 1 4 1 m s e 估计原理4 2 4 1 1 l m m s e 估计器4 3 4 1 2l m s 自适应估计器4 6 4 2 应用于e v - d o 系统中的l m m s e 均衡器4 8 4 2 1 l m m s e 均衡器公式推导4 8 4 2 2 l m m s e 均衡器、迫零均衡器和r a k e 接收机关系5 3 4 2 3l m m s e 均衡器定时基准5 4 4 24 分数间隔均衡器5 5 4 2 5e v - d o 系统中l m m s e 均衡器实现和计算复杂度分析5 7 4 2 6e v - d o 系统的l m m s e 均衡器仿真5 8 4 3 应用与e v - d o 系统中的l m s 均衡器6 3 4 3 1 基于导频重构的l m sc h i p 均衡器6 4 4 3 2e v - d o 系统中l m s 均衡器仿真6 6 4 4 应用于e v - d o 系统中的并行接收机6 7 4 5 附录1 信道卷积矩阵计算量分析7 0 4 6 本章小节7 2 图例 图1 c d m a 系统空中接口发展演进2 图2 ，e v - d o 前向链路物理信道6 图3 前向链路s l o t 结构7 图4 m a c 物理信道结构8 图5 业务数据信道结构1 0 图6 t u r b o1 5 编码速率的交织示意图1 1 图7 无循环移位的解交织器示意图1 2 图8 e v - d o 前向链路复扩频框图1 3 图9 多时隙的物理数据包发送1 3 图1 0 e v - d o 系统前向链路接收机实现简图1 6 图11 频率选择性衰落信道模型一1 9 图1 2 滑动相关串行捕获示意图2 0 图1 3 e v - d o 前向链路时隙导频示意图2 1 v 目录 图1 4 ， 图15 图1 6 图1 7 图1 8 图1 9 图2 0 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图3 0 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图4 0 图4 1 图4 2 表1 表2 表3 表4 单个相关器相位检测工作时间图2 2 单个相关器改进后相位检测工作时间图一2 2 大窗选径模块划分2 4 激活径集合监控模块划分2 5 候选径允入准则判断流程图2 6 小窗后处理模块的结构划分框图2 8 前半个s l o t 上小窗后处理的单径系数估计2 8 8 p s k 调制示意图3 3 1 6 q a m 调制示意图3 4 】6 q a m 调制信号中的$ 3 $ 2 比特软信息提取3 6 包速率3 8 k 4 和7 6 k 8 在c a s e1 信道下误包率3 8 包速率3 8 k 4 和7 6 k 8 在c a s e2 信道下误包率3 8 包速率3 8 k 4 和7 6 k 8 在c a s e3 信道下误包率3 9 包速率3 8 k 4 和7 6 k 8 在c a 4 信道下误包率3 9 线性估计器框图4 2 e v - d o 系统仿真中发射信号经过各个模块的示意图4 9 均衡器定时基准调整示意图。5 5 定时敏感性仿真图5 8 迭代步长因子为2 不同迭代周期、不同车速下均衡器均方误差5 9 迭代周期为1 2 8 c h i p 不同迭代步长、不同车速下均衡器均方误差6 0 不同迭代周期、不同迭代步长下均衡器性能变化6 l 高斯信道下不同长度的均衡器的性能曲线6 2 衰落多径信道下不同长度的均衡器的性能曲线6 3 e v - d o 系统中基于导频重构的l m s 均衡器结构6 4 e v - d o 系统中l m s 均衡器系数迭代结构图6 5 低车速下l m s 均衡器仿真6 6 中高车速下l m s 均衡器仿真6 7 均衡器和r a k e 的并行结构示意图6 8 低车速下带信道估计的并行接收机性能6 9 表例 e v - d o 前向链路业务信道参数一 选径策略仿真数据表 多普勒频移引起的径旋转角度变化表 8 p s k 调制符号解调计算表 v 9 2 7 ，一3 0 3 4 目录 表5 表6 表7 1 6 q a m 调制符号解调计算表 e v - d o 最小性能测试标准中衰落信道配置 1 2c h i p 的l m m s e 均衡器迭代算法矩阵计算量分析 3 5 3 6 5 8 东南大学学位论文独 0 1 j 性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师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的地方外，t x t t _ t 中；1 , 雠- 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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。 签名：趣馥当日期：立型应：墨：! 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密i $ t 文s i ，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公相( 包 括刊登) 授权东南火学研究生院办理， 签名：匠整日目绉 导师签名日期 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 现代科学技术和社会经济的高度发展，直接推动了人类社会由工业化向信息化的转变。 通信作为人们在信息获取和交流中不可或缺的重要工具，已在当今信息化时代扮演着越来越 重要的角色。因此，世界各国都在致力于现代综合通信网的建设，其中移动通信作为可移动 且便捷的通信方式更是倍受关注。移动通信的快速发展，将使人类“不论何时，不论何地都 能与任何人交流任何信息”的个人通信愿望逐步成为现实。 所谓移动通信，顾名思义就是通信的一方或双方是在移动中实现通信。也即，至少有通 信的一方处在运动中或暂时停留在某一非预定的位置上。其中，包括移动台( 汽车、火车、 飞机、舰船等移动体上) 与固定台之间通信；移动台与移动台之间通信；移动台通过基站与 有线用户通信等。 1 1移动通信系统发展历程 蜂窝移动通信的发展经历了第一代模拟系统和第二代数字移动系统，目前正在向第三代 宽带数字系统的方向发展。 第一代移动通信大约出现在七、八十年代，采用了频率复用和小区切换技术，多址方式 是f d m a ，话音调制为模拟调频，信令调制为f s k 一类的简单数字调制技术。由于模拟调 制的频率利用率低，抗干扰性能差，因而系统容量有限，业务质量远逊于有线通信系统。同 时也没有明确的网络结构和统一的接口标准，以至于不同厂商的设备根本无法互连，跨国漫 游也很难实现。 第二代移动通信系统出现于通信数字化的八十年代末和九十年代初，它基本采用了当时 通信和信号处理领域的最新技术。多址方式采用t d m a ( g s m 系统) 或窄带c d m a ( i s - 9 5 ) 技术，空中接口采用数字调制技术和先进的自适应均衡( t d m a ) 、r a k e 接收技术( c d m a ) ， 从而使系统容量远高于第一代移动通信系统，业务质量与有线通信系统相当，业务种类上也 从单一话音转变到可以提供话音、中低速数据业务。在接口规范的制定上充分考虑了国际漫 游的需要，形成了统一的区域性的国际标准，同时也规定了明确的网络结构和系统接口标准， 使不同厂商问设备的互连变得简单易行。 第三代移动通信系统是工作于2 g h z 频段的宽带移动通信系统，它区别于第一代和第二 代移动通信系统的主要特点可以简单概括为：低成本：全球无隙漫游；高保密性，不易被窃 听；具有支持信息速率高达2 m b i t s 的多媒体业务的能力，特别是支持i n t e m e t 业务；便于 过渡、演进：更高的频谱效率、更低的电磁辐射、更高的服务质量等。它的多址方式的主流 为宽带c d m a 技术，在空中接口和核心网上又几乎集中了当今通信和信息处理领域的所有 最新技术。在核心网上使用了电信网络和计算机网络的最新技术一一a 1 m 和移动l p ，实现 了话音、电路交换和分组交换数据的多媒体传输，使移动用户可以方便灵活地接入到电信网 东南大学硕士学位论文 和i n t e m e t ；在终端和无线接入网上使用了信息处理领域最近几年发展的智能天线、多用户 检测、和t u r b o 编码、软件无线电等新技术。这些新技术的使用极大地增加了系统容量，改 善了传输质量，降低了功耗和干扰，使第三代移动通信系统可以在复杂的传输环境中提供比 第二代移动通信系统更大的系统容量和更高的服务质量。3 。 1 2c d m a 系统空中接口标准的演化 语音 9 6 k b 语音 1 1 52 k b ! ，s 高语音窖量 t 5 3 k b p 5 分组数据2 4 m b 雄j 组簸据 高语音和鼓据容量 后向兼容 独立载玻 后向兼容 高容量话音 高容量分组数据 后向兼容 图1 c d m a 系统空中接口发展演进 c d m a 系列标准主要是由美国的q u a l c o m m 公司提出的。i s 9 5 a 是c d m a 标准系 列中第一个商用标准，它主要支持语音业务。在i s 9 5 a 商用几年以后，市场对数据业务的 需求逐渐显现出来。在这种条件下，t i a 指定了i s 9 5 b 标准。i s 9 5 b 通过将多个低速信道捆 绑在一起来提供中高速的数据业务。从技术角度来说，i s 9 5 a 和i s 9 5 b 没有引入新技术，依 然属于第二代移动通信技术。 在上个世纪最后一两年，第三代移动通讯技术的发展呈现加快发展的趋势。在国际电信 联盟( i t u ) 中，第三代移动通信技术被分为多种模式，其中i m t - 2 0 0 0 m c 模式，即c d m a 2 0 0 0 技术，是i s 9 5 技术的演进和发展。按照使用带宽划分，c d m a 2 0 0 0 技术有多种工作方式。其 中独立使用一个1 2 5 m h z 的载波方式叫做c a m a 2 0 0 0l x 。将三个1 2 5 m t z 载波捆绑在一起 使用的方式叫做c d m a 2 0 0 03 x 。 目前，国际上商用的e d m a 2 0 0 0 系统都采用c d m a 2 0 0 0 l x 技术。虽然理论上存在e d m a 2 0 0 0 3 x 系统，但在这个领域开展的研究非常少。目前国际上的研究重点是1 x 演进( 1 xe v ) 系 统。 l xe v 系统分为两个阶段，即l x 演进数据业务( i xe v - d o ) 和1 x 演进数据话音业务 ( 1 x e v - d v ) 。d o 是d a t a o n l y 的缩写，l x e v - d o 通过引入一系列新技术，提高了数据业 务的性能。d v 是d a t a a n d v o i c e 的缩写，l x e v - d v 同时改善了数据业务和语音业务的性能 一2 一 东南大学硕士学位论文 1 3 论文主要内容和意义 e v - d o 是c d m a 2 0 0 0 的演化版本，它采用了当前一系列3 g 的新技术，极大提高了数据 业务。相比于c d m a 2 0 0 0 系统，考虑刭移动通信串数据业务的不对称性e v - d o 对c d m a 2 0 0 0 的前向链路做了很大的改进，采用了诸如自适应编码、快速a r 0 、速率控制、时隙导频工作 方式等新技术，使得前向链路的数据流量最高达到2 4 m b p s ”1 。由于e 、r d o 系统引入大量的 新技术，其前向链路的接收和c d m a 2 0 0 0 有了很大区别，本文主要目的是研究e v - d o 平台的 前向链路的接收实现。 第二章首先介绍一下e v - d o 系统以及采用的新技术，然后播述一下前向链路的物理层 结构。 第三章主要介绍e v - d o 前向链路的r a k e 接收机实现，主要包括系统搜索同步、信道估 计、合并和商阶解调，最后通过在衰落信道下的仿真验证r a k e 接收机的正确性。 第四章主要研究了应用于e v - d o 前向链路的均衡技术。当e v - d o 前向链路工作于高速 率情况下，码问干扰成为制约接收机性能提高的瓶颈，而均衡可以很好的抵消码间干扰。这 里主要研究基于m m s e 估计原理的码片速率均衡技术( l m m s e 均衡器、l m s 均衡器) 。 一3 一 东南大学硕士学位论文 第二章e v - d o 前向链路物理层简介 2 1 e v - d o 简介 e v - d o 简称e v o l m i o nd a t ao n l y ，是e d m a 2 0 0 0 在提高分组数据传输能力方向的演进版 本。之所以提出e v - d o 的概念，主要是基于以下考虑。一般无线通讯业务可以分为数据业 务和语音业务。相比较于语音业务，数据业务有突发性、不对称性、延迟要求低、不同类型 的数据业务需要不同的q o s 等级和数据流量需求大的特点，它追求的是在现有资源下如何 最大化数据吞吐量。随着时代的发展，尤其是i n t e m e t 的迅猛发展，数据通信越来越成为无 线通信的发展趋势。由于c d m a 2 0 0 0 没有专门为数据业务进行优化，因此数据吞吐量无法满 足越来越高的要求，而e v - d o 就是在c d m a 2 0 0 0 基础上针对数据业务的特点提出的。它的 前向链路支持的速率最高为2 4 m b p s ，反向链路支持的速率最高为1 5 3 6k b p s 。下面我们简 单介绍一下e v - d o 中采用的区别于c d m a 2 0 0 0 的新技术。 2 1 1 时分复用 c d m a 2 0 0 0 在前向链路上采用码分多址方式，在任意时刻基站的功率由导频信道、同步 信道、寻呼信道和大量的业务信道来分配，由于业务信道上的用户数且以及不同用户之间功 率配比不停变化，导致基站始终不能以全功率发送；尤其是当用户处于衰落信道下，基站为 了保证正常通信需要给该用户分配的能量配比变化非常大，造成基站的发送能量出现更大的 波动，这些情况都导致基站发送效率降低。而e v - d o 前向链路采用了时分复用( t i m e - d i v i s i o n - m u l t i p l e x e d ) 方式，基站在任意时刻给单一用户满功率发送数据，消除了其它用户对基站发 送功率的分享，这神方式可以保证基站发送效率最高”。 2 1 2 虚拟软切换 c d m a 2 0 0 0 的软切换指的是移动台在业务状态下首先和基站a 通信，当移动台进入基站 a 和b 的切换区时，移动台同时和基站a 、b 通信，完全进入基站b 后，断开基站a 的连 接，保持基站b 的通信。c d r n a 2 0 0 0 的软切换方式可以大大降低业务状态的掉话率，但是移 动台在切换区占用了多个基站的业务信道，造成了信道资源的浪费。实际上，软切换用信道 容量的牺牲来保证信道质量，而e v - d o 追求的是信道的数据吞吐量最大化，显然软切换不 能满足其目的。 e v - d o 的虚拟软切换描述如下( 假设移动台处于基站切换区) ：首先，移动台在业务信 道下不停测量当前基站和邻近基站的导频，并向网络端报告最强的前向链路导频测量结果； 其次，网络端选择适当的基站和移动台通信。值得注意的是，在前向链路的业务信道上移动 东南大学硕士学位论文 台始终只能帮单一钓基站保持通信，不存在宏分集接收；反岛链路私c d m a 2 0 0 0 的软切换类 似，移动台可以同时向多个基站发送数据，与之对应，移动台需要监控多个基站前向链路中 的功率控制子信道( r p c ) 。因此，虚拟软切换和软切换最主要的区别是在切换区间移动台 是否占用多个基站的前向链路业务信道“。 2 1 3 闭环速率控制 前面已经指出e v - d o 追求数据吞吐量的晟大化，在基站总功率受限的情况下，如何给 各个移动台分配功率，使之既能满足正常通信又可以充分利用信道资源。常用的有两个准鲥， 功率控制和速率控制。功率控制指的是基站给信噪比较差的移动台分配更高的功率；而速率 控制指的是基站给信噪比较差的移动台分配更低的数据速率。在本章附录l 中，我们已经分 析，随着移动台噪声干扰加大，采用适当降低移动台反向链路的容量的速率控制策略要优于 提高移动台反向链路的功率配比的功率控制策略。 e a r a a 2 0 0 0 采用的是功率控制，由于c 6 m a 2 0 0 0 的主要业务是话音业务，而功率控青0 可 以保证语音质量；e v - d o 采用的是速率控制，它的主要业务为数据业务，而速率控制可以 明显提高信道总容量。 e v - d o 闭环速率控制描述如下：移动台先预测信道质量，并根据预测结果( s 玳r ) 衡 量移动台能正确解码下一个数据包的最大速率，然后通过反向链路的速率请求信道( d r c ) 向基站申请下一个数据包的速率，最后基站按照移动台提出的速率申请发送下一个数据包， 显然，速率控制的关键是信道质量预测的准确性。如果移动台信道质量预测偏高，那么申请 的数据包可能出现不能正确解码；如果移动台信道质量预测偏低，虽然申请的数据包可以正 确解码，但是没有充分利用信道资源”1 。 2 i a 快速a r q 我们知道信道预测是根据接收的历史信息来预测的，其准确性主要取决于信道变化的快 慢( 车速) 、预测下一个数据的包长和邻基站的干扰，这些因素导致信道预测不够精确，而 移动台为了保证下一个数据包的正确解码，向基站申请数据速率往往偏低，这种现象在低速 率数据包申请时尤其明显( 般而言信噪比越低、申请的数据包越长，信道预铡越不准确) 。 e v - d o 采用了h a r q 机制来解决移动台申请速率偏低时造成信道资源浪费的问题。 和e d m a 2 0 0 0 不同，e v - d o 前向链路把物理层的数据包分成多个短时隙间隔发送。由于 前向链路数据包加入大量的编码冗余因此接收机可能对部分数据包正确解码。如果移动台 能够提前接收数据包，那么移动台在反向链路发送a c k 消息，通知基站停止后续的数据包 发送，以充分利用前向链路的信道资源。 东南大学硕士学位论文 从空中信道资源消耗角度来看，这种h a r q 机制不需要消耗前向链路的信道资源，仅 仅需要在反向链路上添加一个应答信道。从实现角度而言，基站仅需要在反向链路上增加 a c k 信道接收，在前向链路添加发包控制i 移动台在反向链路上增加a c k 信道发送，在前 向链路接收时对每个时隙的数据包进行一次尝试解码。 2 1 5 高阶调制 和c d m a 2 0 0 0 不同，e v - d o 的前向链路采用了8 p s k 和1 6 q a m 的高阶调制。高阶调制 的效率要高于q p s k 调制，但对移动台所处的信道环境和接收机的实现提出更高的要求。 参考e v d o 的最小性能标准，当移动台能够正常接收高阶调制信号时，接收机所需的信噪 比一般大于8 d b 。在高信噪比的信道中，信号的码间干扰就成为影响高阶调制信号接收的 主要因素。因此，e v - d o 前向链路接收机需要采用新的技术来克服码问干扰的影响。 2 2e v - d o 系统前向链路物理层简介 e v - d o 系统前向链路信道由下列时分复用的信道组成：导频信道、m a c 信道、控制信 道和业务信道。其中，m a c 信道可以分为3 个子信道：r a ( r e v e r s e a c t i v i t y ) 信道、d r c l o e k 信道和反向功率控制信道。 图2 e v - d o 前向链路物理信道 2 2 1 前向链路波形组成 e v - d o 前向链路分配的频宽为1 2 5 m h z ，它使用1 2 2 8 8 m c p s 的直接序列扩频。前向链 路由2 0 4 8c h i p s ( 1 6 6 6 m s ) 长度的s l o t 段组成，其中1 6 个s l o t 组成一个完整的帧。在每个 s l o t 数据段中，导频、m a c 信道和业务( 控制) 信道按照时分方式以同等功率发送，时分 方式见图3 。没有业务信道或控制信道的数据s l o t 段称为空闲s l o t 。基站在空闲s l o t 上只发 送导频和m a c 信道，以减少对其它基站的干扰。 东南大学硕士学位论文 i 蒜d a m m a cp i l o tm a cd a md m m a cp d o tm a c d a m “9 6“4 0 04 0 0“6 44 0 0 o c o i p sc r a p s c m p c o r p sc hc h | p c hc h i p s i 2 2 2 导频信道 图3 前向链路s l o t 结构 导频信道在每半个s l o t 的中间位置以全功率发送未经调制的信号，用于移动台的系统捕 获、相位和定时恢复、以及在解调时进行信道估计、合并，不同基站之间的导频相位相差 6 4c h i p 整数倍，同c d m a 2 0 0 0 中导频信道的差别在于这里的导频以时分方式发送。由于 e v - d o 中，移动台要通过测量前向导频的强度来估计自身所处环境下的信道质量，从而决 定由哪个基站向它传送数据、最大支持的数据速率是多少，因而采用时分方式的导频有一定 的优势。由于e v - d o 系统中采用的导频是满功率发送的，因此移动台估计出来的导频强度 能够快速准确的反映各基站的信号和干扰情况，对快速变化的信道环境也能适应，而不会像 c d m a 2 0 0 0 中那样容易受至n 系统业务负荷变动的影响。 2 2 3 前向m a c 信道 m a c 信道在一个s l o t 中围绕导频两端以全功率发送长度为2 5 6 c h i p 的信号。它使用正 交的w a l s h 码来区分不同的子信道，各个子信道采用低阶的b p s k ( 同相分量、正交分量) 调制。 “m w a l s h 序刊 1 东南大学硕士学位论文 图4 m a c 物理信道结构 m a c 信道由反向激活( r a ) 信道、反向功率控制( r p c ) 信道和d r c 锁定信道构成。 m a c 信道采用的是6 4 阶w a l s h 码。由于r a 信道是公共信道它固定使用索引为4 的6 4 阶w a l s h 码。r p c 信道和d r c 锁定信道为专用信道，针对某一用户，它们以时分方式共享 一个6 4 阶w a l s h 码，其w a l s h 码由该用户的m a c 索引确定( 可用编号为5 6 3 ) 。 r a 信道的作用是用来动态控制反向链路上的负荷，当基站检测到反向负荷太大时，它 通过r a 信道上的比特流指示在反向链路上发送数据的移动台。以一定的概率随机降低其反 向数据速率，从而从整体上降低反向链路的发送功率；同时也可以降低移动台在接入过程中 的碰撞”。 d r c 锁定信道用来通知特定移动台。当前基站无法收到它在反向上发送的d r c 信道。 举例来说，反向链路由于某种原因( 例如前反向覆盖不平衡和反向负荷过重) 工作出现中断 时，可能发生这种情况：移动台通过d r c 报告给某基站它可以支持的前向数据速率，希望 能从该基站接收数据，但该基站却没能收到该d r c ，于是通过d r c 锁定信道通知该移动台， 使之暂停向该基站发送d r c 信息。d r c 锁定信道和r p c 信道是时分方式复用的，时分快 慢主要取决于参数d r c l o c k l e n g t h ，其长度越短，d r c 锁定信道占用的时问越长。d r c 锁 定信道可以指示当前移动台的反向链路情况，当移动台反向链路出现急剧恶化时，基站应选 择尽可能小的d r c l o c k l e n g t h 参数，加快d r c 锁定信道发送，不断更新d r c 信道接收的 情况，通知移动台在反向链路上减低速率或暂停发送，以减低基站对其它移动台的接收干扰。 r p c 信道用来对反向链路上发射的移动台进行功率控制。用于移动台的闭环功控。该 信道支持软切换，功能以及工作过程和c d m a 2 0 0 0 的功率控制信道相似。在单基站模式下， 当移动台收到r p c 信道的功率上升指示，移动台提高反向链路的发射功率：反之，则降低。 当移动台工作于虚拟软切换下，移动台会收到多个基站的r p c 信道；任意基站的r p c 信道 需要移动台降低发射功率时，移动台必须无条件遵守，以减少反向链路上的干扰o ”。 m a c 信道中除了r a 子信道类型外，可以有多个r p c 和d r c 锁定子信道；它们的信 道增益可以不停的调整，但是m a c 信道的总功率和导频信道样，保持满负荷发送。 2 2 4 控制信道 控制信道的作用有些像c d m a 2 0 0 0 中的同步信道和寻呼信道的组合，它的作用是广播系 统的公共配置参数消息，以及在没有激活的业务信道连接时向特定移动台发送寻呼消息，特 殊情况下，它也可用于发送用户数据。控制信道的速率有两种：7 6 8 k b p s 和3 8 4 k b p s 。它和 业务信道的时隙结构是完全相同的，调制方式也和业务信道上相应的速率的调制方式一样， 它和业务信道的区别在于使用不同的m a c 索引w a l s h 码。移动台在接收时需要同时监控 7 6 8 k b p s 和3 8 4 k b p s 速率的控制信道”1 。 一8 一 东南大学硕士学位论文 2 2 5 业务信道 业务信道的功能是给用户传送数据，多个用户以时分方式使用该信道。当传送数据时， 业务信道总是以满功率发射，没有功率控制，采用的是速率控制。它根据前向信道质量由低 到高提供一系列数据速率等级，如下袁所示；对于某一用户来说，这些速率是可以动态调整 的，其采用的编码方式和调制方式取决于多个因素，诸如当前无线信道质量、网络负载等。 数据速率每编码包编码包的调制类型频率利用率重复率编码速率 ( k b p s )的比特数时隙数( b i t s c h i p ) 3 8 41 0 2 41 6 0 2 s k1 2 4 9 6 1 5 7 6 81 0 2 480 2 s k 1 1 2 4 81 5 1 5 3 51 0 2 44 0 2 s k1 6 2 4 1 5 3 0 7 2 1 0 2 42 0 2 s k 1 3 1 2i 5 3 0 7 22 0 4 840 2 8 k 1 6 4 9 21 6 6 1 4 41 0 2 41 0 2 s k2 3 1 i 3 6 1 4 42 0 4 820 2 s z 3 2 4 9 11 3 9 2 1 63 0 7 228 p s k 4 8 4 9 1 1 3 1 2 2 8 82 0 4 81 0 2 s k4 3 1 1 3 1 2 2 8 84 0 9 521 6 q a b l6 4 4 911 3 1 8 4 3 23 0 7 218 p s k21 1 3 2 4 5 7 54 0 9 61 1 6 q m8 3 1 1 3 表1 e v - d 0 前向链路业务信道参数 业务信道可以分为p r e a m b l e 子信道和业务数据信道。p r e a m b l e 子信道和业务数据信道 采用时分复用方式，它的作用是用来保证接收业务信道的用户能够判断出当前s l o t 是发送给 谁的，区分这些用户是调制p r e a m b l e 所用的6 4 阶w a l s h 码，w a l s h 码的编号与分配给用户 的m a c 索引一一对应。p r e a m b l e 子信道总在一个数据包的起始位置发送，用户捕获包头来 接收后续的数据包。p r e a m b l e 包头长度随着前向链路的速率不同而变化，速率越低( 隐含当 前信道质量较差，越难捕获包头) ，包头长度越长，反之，包头越短。 下面我们介绍一下业务数据信道结构。 9 东南大学硕士学位论文 控制信道，业务信道 物理数据包 鞫墨目毽目箩目唑目兰多e ol - jql jql iq l 一 ql jq 2 2 5 1 物理信道数据包类型 图5 业务数据信道结构 从表1 可以看出，物理信道数据包共有4 种不同长度，分别为1 0 2 4 、2 0 4 8 、3 0 7 2 和 4 0 9 6 c h i p 长度。它在物理层上传送的时间间隔从1 个s l o t 1 6 个s l o t 。由于e v - d o 在物理 层上支持r t a r q ，因此实际包传送的时间间隔往往小于所需的最长时长。数据包的长度不 能过短，否则得不到足够的t u r b o 编码增益；向样，数据包的长度不能过长，否则体现不出 h a r q 的优势且容易导致过长的译码延迟。 2 2 5 2 编码和调制 如图3 所示，前向链路的每个s l o t 上共有2 0 4 8c h i p ，其中共有1 9 2c h i p 导频、2 5 6c h i p m a c 信道，剩余的1 5 3 6 c h i p 用于数据包发送，因此每个数据包在时间上使用了1 5 3 6 + n 个 c h i p ，其中n 为不同速率下数据包所需要的s l o t 数。这里我们定义e v - d o 的频谱利用率为 数据包的比特数和数据包发送所占用的c h i p 时间比值。表1 已经列出了不同速率下频谱利 用率。频谱的可利用率主要由信道的质量来决定，显然，信道质量越好，频谱的可利用率越 高，前向链路可以采用高速数据速率来通信。 编码和调制类型的选择和频谱利用率密切相关。e v - d o 前向链路采用的是速率为1 3 或1 5 的t u r b o 编码( t u r b o 码在速率低于1 5 时，获得的额外编码增益不大，且大大增大 解码复杂度) 。编码效率低于2 5 时，我们采用低阶q j s k 调制和1 5 速率t u r b o 编码，然后 进行简单的符号重复获得额外的编码冗余；当编码效率大于2 5 时，我们需要采用1 3t u r b o 编码速率和更高阶8 p s k 或1 6 q a m 调制，根据相应的信道容量对符号重复或打孔。这种采 用t u r b o 编码和重复打孔的编码方式既简化了t u r b o 编解码又方便了h a r q 机制的引迸“。 l o 一 广 ，一 一 东南大学硕士学位论文 2 。2 。5 。3 信遘交织 e v - d o 前向链路交织器的目的主要有两个：把噪声、干扰引起的突发错误打乱为随机 错误：把连续打孔引起的信息量损失分散到整个辩码包中，经过交织后解码器的性能有很大 的提高。 按行顺序 写入矩阵 每列进行 e l l d - a m d 移位 每行进行 b n - r 钾司交织 按列顺序 读出 图6 t u r b o1 5 编码速率的交织示意图 上图为编码速率为l 5 的t u r b o 交织器示意图。经过t u r b o 编码后，编码序列分为5 个 并行的子序列u 、v o n 0 、v i n l 。对这些子序列分别进行交织后，读出并送给调制单元， 然后经过打孔得到不同速率的t u r b o 编码调制符号。下面简要说明一下。交织主要操作过程。 按行顺序写入矩阵：矩阵的大小取决于数据包( p a c k e t ) 的大小，行数由调制类型决定 ( 2 行一q p s k ，3 行- - s p s k