（测试计量技术及仪器专业论文）基于wcdma基带信号发生器的研究与实现.pdf

摘要 在w c d m a 系统的研究和测试过程中，如何得到理想的符合标准的w c d m a 基带信号是一个关键问题，国内能够产生该种信号的仪器还寥寥无几。在这样的 情形下，一个用于w c d m a 基站测试的标准w c d m a 基带信号发生器有一定的应 用需求和很广泛的应用前景。本论文的目的就是设计一个基于w c d m a 下行链路 的基带信号发生器。 经过对3 g p p 协议仔细研究后，提出了w c d m a 基带信号发生器的总体实现 方案，根据模块化设计的方法，分别给出了基带处理过程中各处理模块的详细算 法，包括c r c 编码、编码、交织、速率匹配、扩频及滤波等模块的算法。在此理 论基础上，设计各个模块，产生标准的w c d m a 基带信号。论文最后给出了产生 的w c d m a 基带信号的时域波形和频域波形，与w c d m a 系统的要求一致。 关键诃：第三代移动通信w c d m a 基带信号发生器物理层 a b s t r a c t i nt h ep r o c e s so fw c d m as y s t e m sr e s e a r c ha n dt e s t ，h o wt o g e t t h ei d e a l w c d m ab a s eb a n ds i g n a li sak e yq u e s t i o n t h e r ea r ef e wi n s t r u m e n t st h a tc a n g e n e r a t et h ei d e a lw c d m ab a s eb a n ds i g n a li nt h em a r k e t a sar e s u l t ，aw c d m ab a s e b a n ds i g n a lg e n e r a t o rt h a tu s e df o rt h et e s to fw c d m ab a s es t a t i o ni su r g e n t l yn e e d e d b yt h em a r k e t t h ep u r p o s eo ft h i sp a p e ri st om e e tt h i sn e e d ，t h a ti st od e s i g nab a s e b a n ds i g n a lg e n e r a t o rb a s e d0 nw c d m ad o w n l i n k a f t e rac a r e f u ls t u d yo f3 g p pp r o t o c o l ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o n f i g u r a t i o no f t h ew c d m ab a s eb a n ds i g n a lg e n e r a t o ra n de x p l a i n st h ea r i t h m e t i co fe a c hm o d u l e ， i n c l u d i n gc r c ，c h a n n e lc o d i n g ，i n t e r l e a v i n g ，r a t em a t c h i n g ，s p r e a d i n ga n df i l t e r i n g t h e n ，t h ep a p e rr e a l i z e se a c hm o d u l e ，a n dg e n e r a t et h ei d e a lw c d m ab a s eb a n ds i g n a l a tt h ee n do f t h ep a p e r , w ew o u l df o u n dt h ew a v e f o r mi nt i m ed o m a i na n di nf r e q u e n c y d o m a i n ，t h e ya g r e ew i t ht h ed e m a n do f w c d m as y s t e m k e y w o r d ：3 gw c d m ab a s eb a n ds i g n a lg e n e r a t o rp h y s i c a ll a y e r 西安电子科技大学 掌位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 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：也不包含为获得西安电子科技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做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 日期：塑 ：j ! 姿 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技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西安电子科技大学。学校有 权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公前i 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论文。同时本人保证， 毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大 学。 导师签名之蕾沁 r 期：塑 ! ! ! 兰立 f tj m ：皇业：! ：塑 第一章绍论 第一章绪论 1 1 论文选题背景 第三代移动通信技术是当今世界最受关注的话题之一。相对第一代模拟通信 系统( 1 g ) 和第二代数字通信系统( 2 g ) ，第三代通信系统是指将无线通信与互 联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流 等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。随 着3 g 技术、业务以及市场环境的同趋成熟，国内3 g 商用的呼声也越来越高。 3 g 能够提供更大的系统容量、更丰富的业务服务类型，将使移动通信进入一 个全新的发展阶段，目前正在开发的有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 这三 种主流c d m a 系统。其中w c d m a 以其优越的性能，获得了全世界的关注，对 其系统的研究也越来越如火如荼。在w c d m a 系统的研究和测试过程中，如何得 到理想的符合杯准的w c d m a 基带信号是一个关键问题，国内能够产生该种信号 的仪器还寥寥无几，在这样的情形下，一个用于w c d m a 基站测试的标准w c d m a 基带信号发生器有一定的应用需求和很广泛的应用前景。本论文的目的就是设计 一个基于w c d m a 下行链路的基带信号发生器。 1 2 课题概述 该课题的总任务是需要设计一个基于c d m a 2 0 0 0 ，w c d m a , t d s c d m a 等一 系列标准基带信号源。目前任务是设计关于w c d m a 的基带信号源。原理框图如 图1 1 所示： ，一 图1 1 系铣椎幽 s ( t ) 信号源 1 输出 基于w c d m a 基带信号发生器的研究与实现 信号源产生两个独立的、带宽受限的基带信号，分别对载波进行b p s k 调制， 调制后的两信号在同一带宽内的频谱相互正交。将两路信号叠加，输出即为四相 相移信号： s ( t ) = i ( t ) c o s c o t + q ( t ) s i n q f 式( 卜1 ) c d m a 信号是伪随机序列，互相关接近于零，具有很好的独立性，而且频谱 非常宽，经滤波后可限制在一定频谱范围内。因此c d m a 信号完全符合四相相移 键控调制对基带信号的要求。在本课题中我们的任务就是需要实现w c d m a 基带 信号的产生，该基带信号不是真正的通讯信号，因此没有语音、抗衰落、网络等 通信技术方面的指标要求。 1 3 本文所完成的工作 本论文详细描述了w c d m a 物理层标准。明确了各个编码具体的算法理论， 用c 语言编写了包括c r c 编码、尾比特添加、卷积编码、速率匹配、交织、扩频、 滤波等模块的实现程序。以上功能均在p c 机上得到实现，并且用m a t l a b 对编码 的输出结果进行图形显示，满足w c d m a 标准要求。 第二章第二代移动通信系统 第二章第三代移动通信系统 2 1 概述 随着社会的发展，人们期望能随时随地、及时可靠、不受时空限制地进行信 息交流。移动通信系统由于综合利用了有线和无线传输方式，能解决人们在活动 中与固定终端或其它移动终端进行通信的要求，从而可提高工作效率，节约人力、 物力和时间，有很大的社会效益和经济效益。 移动通信系统按用途、频段、制式、入网方式等不同，可以有不同分类方法。 如果按使用对象分，可分军用、民用：按用途和区域分，可分为陆上、海上、空 间：按经营方式分，可分为公共网、专用网；按无线电频道工作方式分，可分为 同频单工、异频单工、异频双工：按信号性质分，可分为模拟，数字；按调制方 式分，常用的可分调频、调相、调幅；按多址接入方式分，可分为频分多址( f d m a ) 、 时分多址( t d m a ) 、和码分多址( c d m a ) 。 数字蜂窝通信系统采用什么样的多址方式，一直是人们非常关注的问题。从 原理上讲，无论是频分多址( f d m a ) 、时分多址( t d m a ) 或码分多址( c d m a ) 所能提供的系统容量都是一样的。但是，结合具体的应用环境和工作环境，能得 到的通信容量就不同了，甚至有较大差异。码分多址最早用于卫星通信。 美国q u a l c o m m 公司子九十年代初推出窄带c d m a 通信系统，及i s - - 9 5 通信 系统，该系统采用码分多址( c d m a ) 的扩频技术。码分多址( c d m a ) 能够为 系统提供更大的系统容量。以后，码分多址技术在移动通信领域占有越来越重要 的位置。移动通信技术呈现出加快发展的趋势，不断推出新的技术与新的系统。 窄带c d m a 系统和g s m 系统是当今广泛应用的两种移动通信系统。 伴随着移动增值业务的不断发展，迈向3 g ( 3 r dg e n e r a t i o n ，第三代移动通信) 则是全球移动运营商的必然选择。与前两代系统相比，第三代移动通信系统的主 要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持 1 4 4 k b s ，步行慢速移动环境中支持3 8 4 k b s ，静止状念下支持2 m b s 。其设计目标 是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范 围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业 务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。3 g 将提供更大的系统容量， 更丰富的业务类型，将使移动通信进入一个全新的发展阶段。 基丁w c d m a 基带信号发生器的研究与实现 2 2 第三代移动通信的特点 第三代移动通信系统具有以下特点： ( 1 ) 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将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。它将使用 共同的频段，全球统一标准。 ( 2 ) 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，随着发展一般也仅能提供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。它应能支持从话音分组数据到多媒体业务；应能根 据需要，提供带宽。u 规定的第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须 满足在以下三个环境的三种要求。即： 。快速移动环境，最高速率达1 4 4 k b i t s 。室内环境，最高速率达2 m b i t s 。室外到室内或步行环境，最高速率达3 8 4 k b i t s ( 3 ) 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。 ( 4 ) 高频谱效率、高服务质量、低成本、高保密性。 2 3 c d m a 技术 i t u ( 国际电信联盟) 针对3 g 规定了5 种陆地无线技术，其中w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 是3 种主流技术，均为c d m a 方式，另外2 种技术为 t d m a 方式。这5 种技术分别是：( 1 ) i m t - 2 0 0 0c d m a d s ( i m t - 2 0 0 0 直接扩频 c d m a ) ，即w c d m a 。它可以在一个宽达5 m h z 的频带内直接对信号进行扩频：( 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 ) ，即c d m a 2 0 0 0 。这是由美国提出 的技术，由1 个或多个1 2 5 m h z 的窄带直接扩频系统组成的一个宽带系统；( 3 ) i m t - 2 0 0 0c d m a t d d ( i m t - 2 0 0 0 时分双工c d m a ) ，包括t d s c d m a ( 又称为低码 片速率t d d ，l c rt d d ) 和h c rt d d ；( 4 ) 由北美提出的u w c 1 3 6 ；( 5 ) 欧洲的 d e c t ，完全是由于频谱原因才作为3 g 标准的。t d m a 和c d m a 两种系统各有 优势，t d m a 的技术比较成熟，通信容量比f d m a 系统大，中近期满足使用要求： c d m a 系统可以提供更大的通信容量，适应未来通信发展的需要。下面将对c d m a 技术作详细的介绍，t d m a 跟我们的课题关系不大，在此将不再介绍。 第一章第二代移动通信系统 2 3 tc d m a 的三个标准简介 1 w c d m a 全称为w i d e b a n dc d m a ，是欧洲提出的宽带c d m a 技术，其扩频码速率为 3 8 4 m c h i p s ，载波带宽为5 m h z ，采用频分双i ( f d d ) 方式，需要成对的频率规划。 w c d m a 标准由第三代合作伙伴计划组织( 3 0 p p ) 韦0 订，已有r 9 9 、r 4 和r 5 三个 版本完成定稿。目前在全球己经安装和试开通的w c d m a 网络都是基于r 9 9 版本 的，其最大的特征在于网络结构上继承了g s m g p r s 核心网结构，与g s m 不同 的是在无线接入网部分引入了全新的无线接口w c d m a ，并采用了分组化传输， 更有利于实现高速移动数掘业务的传输。 w c d m a 的优点主要表现在以下几方面：比第二代移动通信系统有更好的性 能，包括更大系统容量和更大的覆盖区域，且可以从第二代系统逐步演进；提供 更加灵活的服务，包括支持更宽范围的服务，最高可支持2 m b s 的高速数掘业务； 采用更加灵活的系统操作，包括支持基站间的异步操作，支持自适应天线阵技术 与多用户检测的技术，支持非平衡频带下采用时分双工的模式，采用单信元频率 复用等。 当然w c d m a 也有它自身的缺陷，连续的接收和发送数据，在类似于无线的 运行环境中纯w c d m a 技术并不能提供很好的于扰消除技术，在相同或相近的频 谱中，如果同时存在t d 模式的c d m a 系统，束自于t d d 系统的干扰将使得 w c d m a 系统几乎无法工作。 2 c d m a 2 0 0 0 是由北美的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 以及韩国的s a m s u n g 等公 司联合提出的基于i s 9 5 的无线传输技术。因为在北美和韩国，应用i s 9 5 技术规 范的c d m a o n e 系统已走向大规模的商用，考虑其大量的用户和系统设备，为能 与其充分地后向兼容，故提出了c d m a 2 0 0 0 的概念。其系统的核心网是基于 a n s i 4 1 的，同时通过网络扩展方式提供在基于g s m m a p 的核心网上运行的能 力：它沿用了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( 功控速率为8 0 b p s ) ，需要g p s 同步等。但c d m a 2 0 0 0 也做 了很多实质性的改进：采用i ；i 向快速寻呼信道技术以减少移动台激活时间和节省 移动台功耗；利用反向导频信道进行连续导频相干解调，使得信道上数掘波形连 续这样可减少对外界电磁干扰，改善搜索性能；增强媒体接入控制功能，能控 制多种业务接入物理层，保证多媒体的实现，与i s 一9 5 相比，可以满足更宽带和更 多业务的要求。 c d m a 2 0 0 0 扩频码速率为l ，2 2 8 8 m c h i p s ，载波带宽为1 2 5 m h z ，与w c d m a 一样采用的是频分双工( f d d ) 方式，也需要成对的频率规划。c d m a 2 0 0 0 在的向信 基f w c d m a 基带信号发生器的研究与实现 道上有两种实现方式，一种是直接扩频方式，一种是多载波方式，分别对应于 c d m a 2 0 0 0 一i x ( 包括c e l m a 2 0 0 0 1 x e v - d o 和c d m a 2 0 0 01 x e v d v ) 和 c d m a 2 0 0 0 3 x 的标准，但目前c d m a 2 0 0 0 技术的进展主要集中在对c d m a 2 0 0 0 l x 的研究上。 3 t d s c d m a t d s c d m a 是我国第一次向i t u 提交的r t t 技术解决方案，它作为i m t 2 0 0 0 无线接口技术规范建议r s p c 的一部分获得批准，这标志着t d s c d m a 成为与 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 并驾齐驱的三大标准之一。 t d s c d m a 通信系统的优缺点主要来源于时分双工( t d d ) 的传输模式，它也 是采用直接序列扩频的码分多址技术，码片速率为1 2 8 m 印s 传输带宽为1 6 m h z ； 由于采用了t d d 方式，因而前向和反向链路的数据信息可以在相同载频的不同时 隙相互发送。其优点是大大节省了通信频谱资源，可动态调整上下行数据传输速 率，特别适合处理上下行不对称的i n t e m e t 型数据业务；而且由于工作在t d d 方 式下，电波传输具有对称特性，因此可采用诸如智能天线等新技术降低基站的发 射功率，从而达到提高性能、降低成本的目的；它与t d m a 的g s m 系统之间有 比较好的兼容性，所以在g s m 向t d ，s c d m a 演进过程中，g s m 系统的基站可不 必做太大改动，这样大大减少系统设备的资金投入。但是由于t d s c d m a 采用多 时隙不连续传输方式，抗多径衰落和多普勒效应能力比连续传输的f d d 方式差， 在接收端采用联合检测方法；而且采用t d d 技术的基站覆盖范围不够f d d 方式 的大，但比较适合于大城市业务量密集的地区。 t d s c d m a 的无线传输方案灵活地综合了f d m a 、t d m a 和c d m a 等基本 传输方法，通过与联合检测相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能 天线，容量还可以迸一步提高，智能天线凭借其定向性降低了小区i 日j 频率复用所 产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务灵 活性，t d 。s c d m a 无线网络可以通过无线网络控g i j s ( g n c ) 连接到交换网络，如 同第三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样，在最终的版本黾，计划 让t d s c d m a 无线网络与互联网直接相连。 2 3 2 三种候选c d m a 技术的比较 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 与t d s c d m a 都属于宽带c d m a 技术。宽带c d m a 进一步拓展了标准的c d m a 概念，在一个相对更宽的频带上扩展信号，从而减少 由多径和衰减带来的传播问题，具有更大的容量，可以根据不同的需要使用不同 的带宽，具有较强的抗衰落能力与抗干扰能力，支持多路同步通话或数掘传输， 且兼容现有设备。w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 与t d s c d m a 都能在静止状态下提供 第二章第二代移动通信系统 2 m b i t s 的数据传输速率，但三者的一些关键技术仍存在着较大的差别，性能上也 有所不同。 l 、双工模式 w c d m a 与c d m a 2 0 0 0 都是采用f d d ( 频分数字双i ) 模式，t d s c d m a 采用t d d ( 时分数字双工) 模式。f d d 是将上行( 发送) 和下行( 接收) 的传输 使用分离的两个对称频带的双工模式，需要成对的频率，通过频率来区分上、下 行，对于对称业务( 如语音) 能充分利用上下行的频谱，但对于非对称的分组交 换数据业务( 如互联网) 时，由于上行负载低，频谱利用率则大大降低。t d d 是 将上行和下行的传输使用同一频带的双工模式，根据时间来区分上、下行并进行 切换，物理层的时隙被分为上、下行两部分，不需要成对的频率，上下行链路业 务共享同一信道，可以不平均分配，特别适用于非对称的分组交换数掘业务( 如 互联网) 。t d d 的频谱利用率高，而且成本低廉，但由于采用多时隙的不连续传输 方式，基站发射峰值功率与平均功率的比值较高，造成基站功耗较大，基站覆盖 半径较小，同时也造成抗衰落和抗多普勒频移的性能较差，当手机处于高速移动 的状态下时通信能力较差。w c d m a 与c d m a 2 0 0 0 能够支持移动终端在时速5 0 0 公里左右时的正常通信，而t d s c d m a 只能支持移动终端在时速1 2 0 公罩左右时 的正常通信。t d s c d m a 在高速公路及铁路等高速移动的环境中处于劣势。 2 、码片速率与载波带宽 w c d m a ( f d d d s ) 采用直接序列扩频方式，其码片速率为3 8 4 m c h i i p s 。 c d m a 2 0 0 0 一1 x 与c d m a 2 0 0 0 一3 x 的区别在于载波数量不同，c d m a 2 0 0 0 1 x | 为单 载波，码片速率为1 2 2 8 8 m c h i p s ，c d m a 2 0 0 0 3 x 为三载波，其码片速率为1 2 2 8 8 3 - - - - 3 6 8 6 4 m c h i p s 。t d s c d m a 的码片速率为1 2 8 m c h i p s 。码片速率高能有效地利 用频率选择性分集以及空间的接收和发射分集，可以有效地解决多径问题和衰落 问题，w c d m a 在这方面最具优势。 载波带宽方面，w c d m a 采用了直接序列扩频技术，具有5 m h z 的载波带宽。 c d m a 2 0 0 0 1 x 采用了1 2 5 m h z 的载波带宽，c d m a 2 0 0 0 3 x 利用三个1 2 5 m h z 载 波的合并形成3 7 5 m h z 的载波带宽。t d s c d m a 采用三载波设计，每载波具有 1 6 m 的带宽。载波带宽越高，支持的用户数就越多，在通信时发生网塞的可能性 就越小。在这方面w c d m a 具有比较明显的优势。 t d s c d m a 系统仅采用1 2 8 m c h i p s 的码片速率，采用t d d 双工模式，因此 只需占用单一的1 6 m 带宽，就可传送2 m b i t s 的数掘业务。而w c d m a 与 c d m a 2 0 0 0 要传送2 m b i t s 的数掘业务。均需要两个对称的带宽，分别作为上、下 行频段，因而t d s c d m a 对频率资源的利用率是最高的。 3 、智能天线技术 智能天线技术是t d s c d m a 采用的关键技术，已由大唐电信中请了专利，目 8 基丁w c d m a 荩带信号发生器的研究与实现 前w c d m a 与c d m a 2 0 0 0 都还没有采用这项技术。智能天线是一种安装在基站 现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性， 并可以同时获取基站和移动台之i 日j 各个链路的方向特性。t d s c d m a 智能天线的 高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性( 无线环境和传输条件相 同) 而获得的。智能天线还可以减少小区间及小区内的干扰。智能天线的这些特 性可显著提高移动通信系统的频谱效率。 4 、越区切换技术 ， w c d m a 与c d m a 2 0 0 0 都采用了越区“软切换”技术，即当手机发生移动或是 目前与手机通信的基站话务繁忙使手机需要与一个新的基站通信时，并不先中断 与原基站的联系，而是先与新的基站连接后，再中断与原基站的联系，这是经典 的c d m a 技术。“软切换”是相对于“硬切换”而言的。f d m a 和t d m a 系统都采用 “硬切换”技术，先中断与原基站的联系，再与新的基站进行连接，因而容易产生掉 话。由于软切换在瞬间同时连接两个基站，对信道资源占用较大。而t d s c d m a 则是采用了越区“接力切换”技术，智能天线可大致定位用户的方位和距离，基站和 基站控制器可根据用户的方位和距离信息，判断用户是否移动到应切换给另基 站的临近区域，如果进入切换区，便由基站控制器通知另一基站做好切换准备， 达到接力切换目的。接力切换是一种改进的硬切换技术，可提高切换成功率，与 软切换相比可以减少切换时对邻近基站信道资源的占用时j 日j 。 在切换的过程中，需要两个基站间的协调操作。w c d m a 无需基站间的同步， 通过两个基站间的定时差别报告来完成软切换。c d m a 2 0 0 0 与t d - s c d m a 都需 要基站间的严格同步，因而必须借助g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，全球定位系 统) 等设备来确定手机的位置并计算出到达两个基站的距离。由于g p s 依赖于卫 星，c d m a 2 0 0 0 与t d s c d m a 的网络布署将会受到一些限制，而w c d m a 的网 络在许多环境下更易于部署，即使在地铁等g p s 信号无法到达的地方也能安装基 站，实现真正的无缝覆盖。而且g p s 是美国的系统，若将移动通信系统建立在g p s 可靠工作的基础上，将会受制于美国的g p s 政策。有一定的风险。 5 、与第二代系统的兼容性 w c d m a 由g s m 网络过渡而来，虽然可以保留g s m 核心网络，但必须重新 建立w c d m a 的接入网，并且不可能重用g s m 基站。c d m a 2 0 0 0 3 x 从c d m a i s 一9 5 、c d m a 2 0 0 0 1 x 过渡丽来，可以保留原有的c d m a i s 9 5 设备。t d s c d m a 系统的的建设只需在已有的g s m 网络上增加t d s c d m a 设备即可。 第二章w c d m a 物理层 3 1 1 物理层接口 第三章w c d m a 物理层 3 1w c d m a 物理层概述 w c d m a 物理层在系统模型中处于最底层，是其它层完成其功能的基础。它 支持所有要求在物理介质上进行传输比特流的功能。物理层向m a c 及高层提供信 息传输业务，它为m a c 层提供了不同的传输信道。 物理层和m a c 层及r r c 层之间的接 _ j 是通过一种比较抽象的方式来实现的， 是通过一种原语来完成与上层之间的信息交换的。如图3 1 所示物理层和m a c 层 之间的原语称之为p h y 原语，物理层与r r c 之间通信的原语称为c p h y 原语。 第三层 第二层 第一一层 无线资蝉控制( r r c ) j l螺体接入磺( m a c ) c p h y 原语p h y 原语 物理层 3 1 2 物理层向上层提供服务 围3 1 物理层接口 物理层通过m a c 子层的传输信道实现向上层提供数掘传输服务。传输信道特 性由传输格式定义，传输格式同时也指明物理层对这些传输信道的处理过程。物 理层的操作精确地按照物理层的帧定时进行。传输块是物理层在帧定时内处理的 传输信道数据。传输块定时严格遵守物理层的锁定时，郎传输块的持续时间为1 0 m s 或者数个1 0 m s 。一个u e 可同时建立多个传输信道；每个传输信道都有其特征。 每个传输信道都可为一个无线承载提供信息比特流的佶输，也可用于l 2 和离甚的 信令消息传输。物理层实现传输信道到相同或不同物理信道的复用，在当i j i 无线 帧中，传送格式组合指示( t f c i ) 字段用于唯一标识编码复合传输信道中每个传 输信逍的传输格式。 第_ 三章w c d m a 物理层 3 1 1 物理层接口 第三章w c d m a 物理层 3 1w c d m a 物理层概述 w c d m a 物理层在系统模型中处于最底层，是其它层完成其功能的基础。它 支持所有要求在物理介质上进行传输比特流的功能。物理层向m a c 及高层提供信 息传输业务，它为m a c 层提供了不同的传输信道。 物理层和m a c 层及r r c 层之间的接口是通过一种比较抽象的方式来实现的， 是通过一种原语来完成与上层之间的信息交换的。如图3 1 所示物理层和m a c 层 之间的原语称之为p h y 原语，物理层与r r c 之间通信的原语称为c p h y 原语。 第三层 第二层 第层 匪受叵 。一一1 一一r 二_ 二一 l l 竺箸型一 c p h y 原wip h y 原语 l 竺竺墨f 3 i 2 物理层向上层提供服务 图3 。l 物理层接口 物理层通过m a c 子层的传输信道实现向上层提供数掘传输服务。传输信道特 性由传输格式定义，传输格式同时也指明物理层对这些传输信道的处理过程。物 理层的操作精确地按照物理层的帧定时进行。传输块是物理层在帧定时内处理的 传输信道数据。传输块定时严格遵守物理层的帧定时，即传输块的持续时间为l o m s 或者数个1 0 m s 。一个u e 可同时建立多个传输信道。每个传输信道都有其特征。 每个传输信道都可为一个无线承载提供信息比特流的传输，也可用于l 2 和高层的 信令消息传输。物理层实现传输信道到相同或不同物理信道的复用，在当前无线 帧中，传送格式组合指示( t f c i ) 字段用于唯一标识编码复合传输信道中每个传 输信道的传输格式。 基 二w c d m a 基带信号发生器的研究与实现 3 。l3 物理层功能 物理层主要功能包括传输信道的f e c 编解码、向上层提供测量及指示( 如 f e r 、s i r 、干扰功率、发送功率等) 、宏分集分布组合及软切换执行、传输信道 的错误检测、传输信道的复用、编码复合传输信道的解复用、速率匹配、编码复 合传输信道到物理信道的映射、物理信道的调制扩频与解调解扩、频率和时间( 码 片、比特、时隙、帧) 的同步、闭坏功率控制、物理信道的功率加权与组合、射 频处理等。 3 。2 。l 传输信道 3 2w c d m a 传输信道与物理信道 传输信道是由物理层提供给高层的服务。一个传输信道定义了通过空中接口 的数据怎样进行传输以及传输具有什么样的特点。传输信道到物理层的数据一一 映射关系由传输信道的传输格式( 或者是格式集合) 给出，传输格式包括信道编 码方式、速率匹配参数等。传输信道分为专用信道、公共信道。 专用信道( d c h ) 3 g p p 的协议定义的专用传输信道就是专用信道。其详细写法是：d e d i c a t e d c h a n n e l 。用于传送网络和特定手机间的数据和控制信息。控制信息和用户数据在 物理层进行同样的处理，但是处理的参数可以不同。 专用信道分为上行和下行两种，专用传输信道支持快速功率控制、按帧配置 的变速率信息传输、自适应天线技术支持下的天线分集技术和软切换。 公共传输信道( c o m m o nt r a n s p o r tc h a n n e l s ) r e l e a s e 9 9 和r e l e a s e 4 定义了六种公共传输信道：b c h 、f a c h 、p c h 、 r a c h 、c p c h 和d s c h ，下面就对这些公共传输信道的用途、特点一一描述。 广播信道：广播信道( b c h ) 是一个下行传输信道。广播信道用于向小区内的 移动台提供有关系统和小区配置的广播信息，始终在全小区内以低的恒定速率发 送。b c h 上最基本的广播内容是小区当前空闲的随机接入码序列序号、接入时隙 号和小区中其他物理信道所使用的分集方式等。手机只有在解调b c h 后l 能在小 区注册。所以b c h 必须覆盖整个小区，而且基站要为b c h 配置相对高的传输功 率。信道编码固定为1 2 速率的卷积编码。 前向接入信道：前向接入信道( f a c h ) 是一个下行传输信道，f a c h 在整个 小区或小区内某一部分使用波束赋形的天线进行发射。f a c h 仅当需要发送时力。发 送。当系统知道移动台所处的位置小区时，f a c h 向该移动台发送系统和小区的控 第三章w c d m a 物理层 制信息。如果基站收到来自手机的随机接入请求( r a c h ) 后，基站在f a c h 上向 手机传输数据，消息内包含头地址，以保证正确寻址。f a c h 也可以承载分组数掘。 小区可以配置多个f a c h ，但是必须配霞一个低速率的f a c h 以保证小区内所有 手机都能正确接收。f a c h 采用慢功率控制技术。 寻呼信道：寻呼信道( p c h ) 是一个下行传输信道，p c h 覆盖整个小区。它 是寻呼进程( 网络和手机终端建立通信的时候) 中向手机传送相关信息的下行传 输信道，手机在整个小区中应当可以接收到寻呼消息。p c h 的发射与物理层产生 的寻呼指示的发射是相随的，以支持有效的睡眠模式。 下行共享信道：下行共享信道( d s c h ) 是一个被一些u e 共享的下行传输信 道，是承载特定用户数据和或控制信息的传输信道。d s c h 与一个或几个下行d c h 相随路，d s c h 使用波束赋形天线在整个小区内发射或在一部分小区内发射。它的 作用与f a c h 类似，但是d s c h 支持快速功率控制和以帧为基础的变速率传输。 上面所列的传输信道除了d c h 既可用在上行也可以用在下行外，均是下行传 输信道。下述的是两个上行传输信道：r a c h 和c p c h 。 随机按入信道：随机接入信道( r a c h ) 是一个上行传输信道，承载手机到网 络的控制信息，如建立连接的请求，或手机到网络的小流量分组数掘的发送。在 进行小区规划时，必须保证基站可以接收到来自整个小区覆盖范围内任一位置的 随机接入信道，这间接地要求随机接入信道的实际数据速率相对低。r a c h 具备 碰撞监测机制，使用丌环功率控制。 公共分组信道：公共分组信道( c p c h ) 是一个上行传输信道，c p c h 与一个 下行链路的专用信道相随路，该专用信道用于提供上行链路c p c h 的功率控制和 c p c h 控制命令。c p c h 信道也具备碰撞检测机制。c p c h 传送分组用户数据的能 力强于r a c h 信道，它支持快速功率控制( 开环功率控制) 、物理层的冲突检测机 制和状态监视进程。c p c h 的传输时| 日j 可持续数帧，而r a c h 的消息仅持续1 2 帧。 还有一个下行传输信道：高速下行共享信道( h s d s c h ) ，它是在r e l e a s e 5 中增加的，跟我们的课题关系不大，所以在这里就不详述了。 传输信道经过c r c 校检、信道编码、速率匹配等操作就映射到各自的物理信 道，下面就介绍一下这些物理信道。 3 2 2 物理信道 物理信道分两种：一种是经由传输信道映射过来的物理信道，包括主公共物 理控制信道( p - c c p c h ) 、次公共物理控制信道( s c c p c h ) 、专用数据物理信道 ( d p d c h ) 、专用控制物理信道( d p c c h ) 、下行共享物理信道( p d s c h ) ；另一 基于w c d m a 基带信号发生器的研究与实现 种是物理信令信道，它们对于上层来说是不可见的，但是与物理层进程密切相关， 包括同步信道( s c h ) 、公共导频信道( c p i c h ) 、寻呼指示信道( p i c h ) 、捕获指 示信道( a i c h ) 、接入前缀一捕获指示信道( a p - a i c h ) 、c p c h 状态指示信道 ( c s i c h ) 、碰撞检测，信道分配指示信道( c d c a - i c h ) 。 专用数据物理信道( d p d c h ) 和专用控制物理信道( d p c c h ) 专用传输信道( d c h ) 映射到数据和控制两个物理信道，专用数据物理信道 ( d p d c h ) 承载的是用户的数据信息，而专用控制物理信道( d p c c h ) 承载的是 物理层的控制信息。专用数据物理信道( d p d c h ) 和专用控制物理信道( d p c c h ) 也分上行和下行，他们的帧结构是不一样的。在我们的课题中，主要打交道的是 下行的物理信道，这里也把上行的简要介绍一下。 上行专用物理信道分为上行专用物理数据信道( 上行d p d c h ) 和上行专用物 理控制信道( 上行d p o c h ) ，d p d c h 和d p c c h 在每个无线帧内是髟q 码复用。 上行d p d c h 用于传输专用传输信道( d c h ) ，在每个无线链路中可以有0 个、1 个或几个上行d p d c h s 。在每个层一连接中有且仅有一个上行d p c c h 。上行 d p c c h 用于传输层一产生的控制信息，层一的控制信息包括支持信道估计以进行 相干检测的已知导频比特( p i l o t ) ，传输格式组合指示( c i ) 、反馈信息( f b i ) 以及发射功率控制指令( t p c ) 。 图3 2 中表示了上行专用物理信道的帧结构。每个帧长为1 0 m s 分成1 5 个时 隙，每个时隙的长度为z 名= 2 5 6 0 c h i p s ，对应于一个功率控制周期，即一个功率控 制周期为1 叭5 m s 。参数k 决定每个上行d p d c h d p c c h 时隙的比特数。它与物 理信道的扩频因子s f 有关，s f = 2 5 6 2 。d p d c h 的扩频因子的变化范围为2 5 6 、 1 2 8 、6 4 、3 2 、1 6 和4 ，上行d p c c h 的扩频因子固定为2 5 6 ，即每个上行d p c c h 时隙有1 0 个比特。 i ) p l x l t 正。，= 2 5 6 0 个码片。 k = 1 0 。2 匕特( 七= 0 6 ) l 洲。比4 | t r “比特im l i c 特li t , c 比梅l 1 弋6 拥少 l “嚣 rr 躇 罅 鬈嚣ij l 一个无线帧：l = l o r e s 图3 2 上行专i j 物珲信道( d p d c h 和d p c c h ) 的帧结构 第三章w c d m a 物理层 上行d p d c h 确切的比特数和上行d p c c h 各个字段( 廊，嬲，髓f 和 。) 的比符数由高层按照业务类型不同配置不同时隙格式。导频比特。- 3 、 4 、5 、6 、7 和8 t f c i 将复用在上行d p d c h 上的不同传输信道的瞬时参数通知 给接收机，并与同一帧中要发射的数据相对应。有两种类型的上行专用物理信道： 包括t f c i 的( 如几个同时发生的业务) 和不包括t f c i 的( 如固定速率业务) u t r a n 决定是否需要发射t f c i 和是否要求所有的l i e s 在上行链路中支持t f c i 。 f b i 比特是手机反馈给u t r a n 的分集信息，即对闭环发送分集和站址选择分 集传输( s s d t ：s i t es e l e c t i o nd i v e 您i t yt r a n s m i s s i o n ) 提供反馈信令。f b i 比特由s 字 段和d 字段组成。其中s 字段承载s s d t 信令，d 字段承载闭环模式传输分集信 息。s 字段由0 、1 或2 个比特组成d 字段由0 或1 个比特组成。总的f b i 字段 的大小( 。，) 在不同时隙格式情况下不同。如果f b i 中s 字段、d 字段填不满 总比特数，则在f b i 中添“1 ”。如果同时使用衙环模式发射分集和s s d t 功率控截。 则要求s 字段由1 个比特组成。 t p c 比特与发射机功率控制指令对应。 下行专用物理信道与上行链路的d p d c h 和d p c c h 并行传输不一样。下行专 用物理信道只有一种类型即下行d p c h 。下行专用