（通信与信息系统专业论文）tdscdma无线接口物理层实现技术研究.pdf

摘要 本文首先深入研究了t d s c d m a 无线接口的通信协议及规范，并建立了其 系统实现模型。然后讨论了实现模型中各模块的具体实现算法，主要算法包括： c r c 校验、传输块级联和码块分段、信道编码及译码( 1 3 、1 2 卷积码编译码、 1 3t u r b o 码编译码) 、无线帧平衡、第一交织及解交织、无线帧分段、速率匹配 及去匹配、传输信道复接及去复接、物理信道分段、第二交织及解交织、物理信 道映射、扩频及解扩、加扰及去扰、调制及解调、加高斯白噪声、建立干扰模型， 并以c 、v i s u a lc + + 6 0 、m a t l a b 为开发平台，开发了t d s c d m a 无线接口仿真 软件t d - s c d m a s i m v l 0 。运用该软件，对t d s c d m a 无线接口进行仿真，透 过对仿真结果的分析，讨论t d s c d m a 无线接口性能，并对影响系统性能的若 干因素进行了分析与评估。最后，把基带收发过程的核，t l , 程序移植到硬件平台上， 进行硬件实现。 关键词：t d s c d m a 无线接口0 $ p 信道编码交织扩频 a b s t r a c t f i r s t l y , t h i sp a p e rd e e p l ys t u d i e st h et d s c d m aw i r e l e s si n t e r f a c ep r o t o c o l s a n ds p e c i f i c a t i o n s ，a n ds e t su pas y s t e mr e a l i z a t i o nm o d e l s e c o n d l y , t h ec o n c r e t e a l g o r i t h mo fe a c hm o d u l ei nt h er e a l i z a t i o nm o d e li sd i s c u s s e d t h em a i na l g o r i t h m s i n c l u d e da r e ：c r ca t t a c h m e n t , t r a n s p o r tb l o c kc o n c a t e n a t i o na n dc o d eb l o c k s e g m e n t a t i o n , c h a n n e lc o d i n g d e c o d i n g ( i 2o r1 3r a t ec o n v o l u t i o nc o d i n g d e c o d i n g ， 1 3r a t et u r b o c o d i n gd e c o d i n 曲， r a d i of r r m e e q u a l i z a t i o n , f i r s t i n t e r l e a v i n g d e i n t e r l e a v i n g , r a d i o f r a m es e g m e n t a t i o n ，r a t em a t c h i n g d e m a t c h i n g , t r a n s p o r t c h a n n e lm u l t i p l e x i n g d e m u l t i p l e x i n g ，p h y s i c a lc h a n n e ls e g m e n t a t i o n , s e c o n d i n t e r l e a v i n g d e i n t e r l e a v i n g , p h y s i c a l c h a n n e l m a p p i n g ，f r e q u e n c y s p r e a d i n g d e s p r e a d i n g ，s c r a m b l i n g d e s c r a m b l i n g ，m o d u l a t i o n d e m o d u l a t i o n , a w g n c h a n n e lm o d e l ，a n di n t e r f e r e n c em o d e l t h e n 丽也t h ec l a n g u a g e ，v i s u a lc + + 6 0 ， a n dm a t l a b ，t h ea u t h o rd e v e l o p st h es o f t w a r eo ft d - s c d m a s i mv 1 0 w i t ht h e s o f t w a r e ，w es i m u l a t et h ep r o c e s so ft d s c d m aw i r e l e s si n t e r f a c e t h r o u g ht h e a n a l y s i so fs i m u l a t i o nr e s u l t s ，t h ep e r f o r m a n c eo ft d - s c d m a w i r e l e s si n t e r e f a c ei s d i s c u s s e d , a n ds e v e r a lf a c t o r st h a ti n f l u e n c es y s t e mp e r f o r m a n c ea r ca n a l y z e da n d e v a l u a t e d f i n a l l yt h ec o r ep r o g r a mo f b a s e b a n d s e n d i n ga n dr e c e i v i n gp r o c e s si s t r a n s p l a n t e dt ot h eh a r d w a r ep l a t f o r m t h e nid os o m eh a r d w a r er e a l i z a t i o n k e y w o r d s ：t d - s c d m aw i r e l e s si n t e r f a c e d s pc h a n n e lc o d i n g i n t e r l e a v i n gs p r e a d i n g 创新性声明 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耿得的研 究成果。尽我所知，除了文中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 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，本人承担一切相关责任。 本人签名：诎日期加乩韬吼留甩 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。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍为西安电子科技大学。学 校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部 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。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名：触日期孤6 轴喝占日 导师签名： 固 日期撕凸旆；码署髓 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第三代移动通信，即国际电信联盟( i t u ) 定义的i 舭一2 0 0 0 ，俗称3 g 。近几年， 第三代移动通信的发展已经成为全球通信领域最令人关注的热点，因为它将影响 到今后十年的通信网络和业务的发展。第三代移动通信的主要特征是可提供移动 多媒体业务。i t u 针对3 g 规定了五种陆地无线技术，其中w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和 t d - s c d m a 是三种主流技术。 在三种技术中，前两种分别由欧美提出，t d - s c d m a 标准则由我国提出。作为 国际3 g 主流移动通信标准之一，t d - s c d m a 技术为世界各国的运营商和通信设备制 造商，尤其是那些后进入者提供了一个千载难逢的机会，大家将站在同一条起跑 线上，在未来t d s c d m a 的巨大市场中共同发展。作为具有中国自主知识产权的3 g 标准，t d - s c d m a 技术也为我国通信产业实现整体突破提供了机遇。 t d s c d m a 与其它两大标准相比，先天具有无可比拟的技术优势。 第一，t d s c d m a 采用了大量的代表未来移动通信发展方向的新技术。包括了 一些3 g 今后升级换代的技术，其中第一个技术就是智能天线技术，而目前3 g 的 三种标准里面只有t d - s c d m a 有智能天线技术。第二个技术是软件无线电技术，采 用这个技术的好处就在于未来3 g 业务运营过程中的任何更新换代只需要通过软件 的升级就可以实现，节省大量的成本。第三种技术就是三种标准都具备的下行包 交换高速数据传输技术。 第二，t d - s c d m a 频谱利用效率最高。如果采用f d d 方式，即上行和下行需各 占一个通道，而t d - s c d m a 采用了t d d 模式，t d d 使用的是单一频道。在无线频谱 资源日益紧张的今天，频率资源的利用率显得尤为重要。而t d d 模式占用的带宽 只是f d d 占用带宽的1 2 以下。目前国际电联采纳的三种标准里，t d - s c d m a 所占 用的频率资源是最低的，只有1 6 m ，而w c d m a 的是上下各为5 m ，总共需要i o m 带 宽。 第三，国际上3 g 频率的分配情况有利于t d s c d m a 的发展。在世界上大多数 国家3 g 频率拍卖采用的是f d d + t d d 的方式，t d s c d m a 在北美、亚太、欧洲都已 经有了可用的频带资源，应该说在三种技术制式里，t d - s c d m a 是唯一可以在全球 漫游的技术制式。在f d d 模式下的w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 ，由于存在着绝对的竞争， 欧洲不会允许c d m a 2 0 0 0 进入，同样w c d m a 进入美国恐怕也很难。 第四，t d - s c d m a 建网成本低，从g s m 升级到t d - s c d m a 比升级到w c d m a 成本要 2 t d s c d m a 无线接口物理层实现技术研究 低1 5 2 0 。 1 2t d - s c d m a 发展概述 1 9 9 8 年6 月3 0 日，中国首次向i t u 推出第三代移动通信国际标准t d s c d m a 建议。2 0 0 0 年5 月，大唐集团代表中国政府提交的t d - s c d m a 技术，被国际电联 批准为第三代移动通信国际标准，这是百年来中国电信发展史上的重大突破。2 0 0 2 年1 0 月t d s c d m a 产业联盟成立。2 0 0 5 年7 月t d - s c d m a 顺利接受产业化专项测试， 实际上今年6 月3 0 号由信息产业部组织的大规模外场测试，t d - s c d m a 的2 5 7 项测 试项目都顺利通过，这标志着t d s c d m a 的产品，所有技术性能都已经得到了实验 的验证。目前，t d s c d m a 已具备商用能力，在第三代移动通信蓬勃发展的今天， 必将极大地推动我国通信产业的发展。 1 3 项目来源和研究方向 本文课题名称“t d s c d m a 物理层的研究”，论文选题来源于与某公司的合 作项目。 第三代移动通信是一种既有地面系统，又有卫星系统的全球覆盖的综合系统， 业务包括语音、宽带数据、图像和多媒体业务等，具有高智能度的、能支持个人 通信的全球化的先进通信系统。t d - s c d m a 具有许多技术优势，必将在第三代移 动通信系统中占有重要地位。 本文主要研究方向是t d - s c d m a 物理层基本技术的研究。通过深入分析 t d s c d m a 的物理层通信协议。并在此基础之上，对无线接口性能进行了理论分 析，最后建立无线接口技术实现模型，并利用c 、v c + + 6 0 对物理层基带收发过 程进行软件实现，根据软件仿真结果，分析了t d s c d m a 物理层技术的性能。最 终在硬件板上实现基带收发过程。 1 4 本文主要内容 本文内容主要可分为以下几个部分： 第一章介绍了t d s c d m a 的研究背景和意义，项目来源与主要研究内容及其 目前在国内外的研究发展状况。 第二章分析了t d - s c d m a 无线接口( i r r r at d d ) 协议结构，物理信道结构， 业务类型以及业务复接与信道编码。 第三章先介绍了上行链路实现模块，用软件实现上行链路各个模块的功能， 并对每一模块的实现算法进行了深入的分析。各模块均用标准c 语言编写，各模 第一章绪论 3 块之间都留有适当接口接着介绍了软件中若干关键技术的实现方法，并就仿真 软件的总体构架及其主要函数调用关系进行了详细的介绍。 第四章讨论了t d s c d m a 物理层技术的硬件实现。首先介绍了硬件电路板的 基本结构：接着简介t m s 3 2 0 c 6 7 1 1 的基本结构及工作原理；并介绍了基带收发过 程的硬件实现。 第五章先建立了t d s c d m a 无线接口系统实现模型，并在此模型基础上介绍 了如何评估系统性能( 统计误比特率) 。接着给出软件仿真实现的结果，并进行分 析；最后给出硬件实现的结果及分析，并提出解决方法。 第二章t d - s c d m a 无线接口的基本通信协议 5 第二章t d s c d m a 无线接口的基本通信协议 2 i 引言 第三代移动通信系统( i t u r 的正式名称为i m t - 2 0 0 0 ) ，其前身为f p l m t s ( 未来公共陆地移动通信系统) 。下面将第三代移动通信系统无线传输技术的3 种 主流标准作以简单的介绍。 1 ) t d - s c d , m a 方案 t d s c d m a 标准是由中国提出的3 g 无线通信标准，也被称为低码片速率的t d d 工作方式。t d s c d m a 的主要特点如下： t d - s c d m a 的码片速率为1 2 8 m c h i p s ， 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 的数据业 务。所以频谱利用率高，而且成本低廉。智能天线技术是t d s c d m a 采用的关 键技术，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，可明 显提高系统容量。帅d s c d m a 采用了越区”接力切换，技术，它是一种改进的硬切 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 的占用时间。廷) t 阻s c d m a 系统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，所以升级费用较低。 2 ) w c d m a 方案 w c d m a 标准是主要由欧洲e t s i 提出。带宽为5 m i l z 或5 m h z 以上的c d m a 称为宽 带c d m a 。w c d m a 系统支持宽带业务，可有效支持电路交换业务、分组交换业务。 灵活的无线协议可在一个载波内对同一用户同时支持话音、数据和多媒体业务。 通过透明或非透明传输块来支持实时、非实时业务。业务质量可通过如延迟、误 比特率、误帧率等调整。 3 ) c d m a 2 0 0 0 c d m a 2 0 0 0 技术，或称i m t 一2 0 0 0c d m a m c ，是由北美最早提出的另一种较具竞 争力的第三代移动通信技术，其核心网络采用演进方式的i s - 9 5c d m a 的核心网络 ( a n s i 一4 1 ) ，能与现有的i s 一9 5c d m a 后向兼容。c d m a - 2 0 0 0 采用m c - c d m a ( 多载 波c d l i a ) 多址方式，可支持话音、分组、数据等业务，并且可实现q o s 的协商。 从这3 个标准来看，t d s c d m a 方案有许多优良的性能，而且是我国自主提 出的第三代移动通信标准，考虑到以上两点，本文将研究t d s c d m a 物理层的相 关技术，及无线接口的性能。本章将要介绍的就是3 g p p t s 在2 0 0 0 年5 月确定的 6 t d - s c d m a 无线接口物理层实现技术研究 t d - s c d m a 无线接口的基本通信协议和规范。 2 2u m t s 协议结构2 j u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o n m u n i c a t i o ns y s t e m ) ，通用移动通信系统， 是欧洲电信标准协会e t s i 所定义的欧洲第三代移动通信系统。图2 1 为u m t s 协 议结构。图2 1 中示出了u m t s 的几个实体：用户设备( u e ) 、u m t s 地面无线接入 网络( u t r a n ) 、核心网( c n ) ，也示出了实体间的参考点u u ( 无线接口) 和1 u ( c n u t r a n 接口) 以及分为接入层面和非接入层面的高层功能。 接入层面通过总体控制( g c ) 、通告( n t ) 、专用控制( d c ) 等业务接入点( s a p ) 为非接入层面提供业务。业务接入点在图2 1 中用圆环表示。 图2 1 中u u 接口有两种工作方式，f d d 和t d d 。对应的多址技术分别为宽 带c d m a ( w c d m a ) 和t d m c d m a 混合多址方式t d c d m a 。无线接口 u u 的协议结构在第三部分具体讨论。i u 接口指定在核心网( c n ) 和u t r a n 的边 界，i u 接口可以支持分组和电路业务。 图2 1u m t s 协议结构 2 3t d s c d m a 无线接口协议栈分层结构3 1 t d s c d m a 的无线接口( u u ) 的协议栈分层结构如图2 2 所示。无线接口被 分为三个协议层：自下而上是物理层( l i ) 、链路层( l 2 ) 和网络层( l 3 ) 。l 2 层 进一步分为下述子层：媒质接入控制( m a c ) 、无线链路控制( r l c ) 、分组数据 汇聚协议( p d c p ) 和广播多播控制( b m c ) 。l 3 层和r l c 层分为控制平面和用 第一二章t d s c d m a 无线接口的基本通信协议 7 户平面，在控制平面无线资源控制( r r c ) 为l 3 的最底层，它是l 2 层与地面无 线接入网( u t r a n ) 的接口。图中椭网圈表示业务接入点，各层的主要功能如下： 物理层( l 1 ) 。在物理信道上传输原始比特，为m a c 层和更高层提供信息 传输服务。包括物理信道的调制与扩频、信道的编译码、软切换的实施、频率和 时间( c h i p ，b i t ，m o t ，f r a m e ) 的同步及闭环功率控制等。 数据链路层( l 2 ) 。m a c 层和r l c 层是数据链路层的两个主要组成部分。m a c 层和物理层间的业务接入点提供了传输信道，r l c 层和m a c 层间的业务接入点提供 了逻辑信道。m a c 层完成逻辑信道和传输信道问的相互映射，协调移动台之间对无 线物理信道的竞争等功能。r l c 层的主要任务是提供数据成帧、差错控制和链路控 制等功能。 网络层( l 3 ) 。负责将数据从物理连接的一端传到另一端，主要功能是路 由选择以及与之相关的流量控制和拥塞控制等。它还包括移动用户的位置管理、 越区切换以及用户身份认证等。r r c ( r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) 为l 3 控制平面 的最底层，用来处理l 3 层用户终端和接入网( u t r a n ) 之间的控制平面信令。 c 平面信令u - 平丽信令 图2 2无线协议栈的分层结构 8 t d s c d m a 无线接口物理层实现技术研究 2 4 逻辑信道、传输信道与物理信道【4 】 m a c 层在逻辑信道上提供数据传输服务。根据m a c 层提供的不同类型的数据传 输业务定义了一组逻辑信道类型，每个逻辑信道类型由它所传输的信息类型定义。 逻辑信道可以分为控制信道与业务信道。 传输信道是层l 提供到高层的业务。根据其传输方式或所传输数据的特性， 传输信道分为两类：专用信道和公共信道。 物理信道由无线帧和时隙的分层机构组成，与传输信道相对应，物理信道也 分为专用物理信道和公共物理信道。一个无线帧由两个子帧组成，每个子帧由7 个常规时隙和3 个特殊时隙组成，其长度为1 2 8 0 0 c h i p 。常规时隙由包含数据比特 的字段组成，一个时隙的长度为8 6 4 c h i p ，每时隙的比特数取决于物理信道的信息 传输速率。3 个特殊时隙分别是上行引导时隙，下行引导时隙和保护时隙。基本的 物理资源是信道化码、频率。另外上行链路在i 、q 支路上发送不同的信息流。这 样一个物理信道对应一个特殊的载波频率、信道化码，对上行链路还包括相对相 位( 0 或9 0 0 ) 。 2 5 1 概述 2 5 物理信道结构4 】 所有的物理信道都采用三层结构：无线帧、子帧和时隙，依据不同的资源分 配方案，子帧或时隙码的配置结构可能有所不同。所有物理信道的每个时隙间都 需要有保护间隔。在t ds c d m a 系统中时隙用于在时间域和码域上区分不同用户信 号。在t d m a 系统中，使用时隙来在时域和码域上区分不同用户信号。图2 3 给出 了物理信道的信号格式。 t d d 模式下的物理信道由突发构成，这些突发仅在分配到的无线帧中的特定时 隙发射。无线帧的分配可以是连续的，即每一帧的相应时隙都可以分配给某物理 信道，也可以是不连续的分配，即仅有部分无线帧中的相应时隙分配给该物理信 道。一个突发由数据部分、中间码部分和一个保护时隙组成。一个突发的持续时 间就是一个时隙。一个发射机可以同时发射几个突发，在这种情况下，几个突发 的数据部分必须使用不同信道码，但应使用相同的扰码。中间码部分必须使用同 一个基本中间码，但可使用不同的中间码。 突发的数据部分由信道码和扰码共同扩频。信道码是一个0 v s f 码，扩频因子 可以取1 ，2 ，4 ，8 或1 6 ，物理信道的数据速率取决于所用的0 v s f 码所采用的扩 频因子。0 v s f 即正交可变扩频因子，是用来扩频的实值信道化码序列。突发的中 间码部分是一个长为1 4 4 c h i p s 的中间码。 第二二章t d s c d m a 无线接口的基本通信协议 9 ，因此，一个物理信道是由频率、时隙、信道码和无线帧分配柬定义的。建立 一个物理信道的同时，也就给出了它的初始结构。物理信道的持续时间可以无限 长，也可以是分配所定义的持续时间。 lfr a me # jfr a me # l + 1 l s b f rc ( 5 ms ) 、“l isu b 打a mc # 2 jsub f r a me # 2 i + l l 2 5 2 帧结构 2 5 2 1 概述 图2 3 物理信道信号格式 一个t d m a 帧的长度为1 0 m s ，分成两个5 m s 子帧，每一个子帧又分成长度为 6 7 5 u s 的7 个常规时隙和3 个特殊时隙：d w p t s ( 下行导频时隙) 、g ( 保护间隔) 和 u p p t s ( 上行导频时隙) 。每一个5 m s 的子帧由7 个常规时隙组成。在这7 个常规时 隙中，t s 0 总是分配给下行链路，而t s l 总是分配给上行链路。上行链路的时隙和 下行链路的时隙之间由一个转换点分开，在t d s c d m a 系统中的每个5 m s 的子帧中， 有两个转换点( u l 到d l 和d l 到u l ) 。子帧结构如图2 4 。 1 2 8 m c h i p s d w p t s ( 9 6 c h i p s ) t 转换点 t s o j t s l tt s 2 tt s 3 tt s 4 lt s 5 0r s 6 j , 图2 4t d - s c d m a 子帧结构 1 0 t d s c d m a 无线接口物理层实现技术研究 2 5 2 2 特殊时隙 t d - s c d m a 每个子帧中有3 个特殊时隙：下行导频时隙、上行导频时隙和保护 时隙。每个子帧中的下行导频时隙d w p t s ( s y n c _ d l ) 是为下行导频和同步而设计的， 由n o d e1 3 以最大功率在全方向或在某扇区上发射。这个时隙通常是由长为 6 4 c h i p s 的s y n c _ d l 和3 2 c h i p s 的保护码间隔组成，其结构如图2 5 所示。 图2 5d w p t s 的突发结构 s y n c d l 是一组p n 码，为了方便小区测量的目的，设计的p n 码集用于区分相 邻小区，该p n 码集在蜂窝网络中可以重复使用。每个子帧中的u p p t s ( s y n c _ u l ) 是为上行导频和同步而设计的，s y n c u l 是一组p n 码集，设计该p n 码是用于在 接入过程中区分不同的u e 。保护时隙( g p ) 在n o d eb 侧，是由发射向接收转换的 保护间隔，时长为7 5 u s ( 9 6 c h i p s ) 。 2 5 2 3 t d - s c d m a 的突发结构 t d s c d m a 采用的突发结构如图2 6 所示，图中c p 表示码片长度，每个部分具 体内容见表2 1 。突发由两个长度分别为3 5 2 c h i p 的数据块一个长为1 4 4 c h i p s 的 中间码块和一个长为1 6 c h i p s 的保护时隙组成。 ! d a t as y m b o i s m i d a m b l ed a t as y m b o l s ：署 ： 3 5 2 c h i p s 1 4 4c h i p s 3 5 2c h i p s 昂 6 7 5p s v 图2 6突发结构 2 5 2 3 1 数据域 数据块的总长度为7 0 4 c h i p s ，其所包含的符号数与扩频因子有关。数据域用来 承载来自传输信道的用户数据或者高层的控制信息，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。在t d - s c d m a 系 统中，存在着3 种类型的物理层信令：t f c i 、t p c 和s s 。t f c i 即传输格式组合指 示，用于通知接收方当前激活的传输格式组合，接收方据此可以正确地对接收到 的数据进行解码。t p c 即传输功率控制，被通信的双方( 网络和u e ) 用来请求对 方增加或者减少传输功率。s s 即同步偏移控制符号，被网络端用来对u e 的传输时 第二章t d - s c d m a 无线接口的基本通信协议 l1 延进行控制，该符号仅在下行信道中有意义。 2 5 2 3 2 训练序列( m i d a m b l e ) 训练序列域在信道解码使被用来作为信道估计，不携带用户信息。训练序列 码也叫做m i d a m b l e 码，m i d a m b l e 码长1 4 4 c h i p ，传输使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。在同一小区同一时隙上的不同用户所 采用的m i d a m b l e 码由同一个基本的m i d a m b l e 码经循环移位后而产生。 整个系统有1 2 8 个长度为1 2 8 c h i p s 的基本m i d a m b l e 码，分成3 2 个码组，每 组4 个。一个小区采用哪组基本m i d a m b l e 码由基站决定，因此4 个基本m i d a m b l e 码基站是知道的，并且当建立起下行同步之后，移动台也是知道所使用的m i d a m b l e 码组。n o d eb 决定本小区将采用这4 个基本m i d a m b l e 中的哪一个。一个载波上的 所有业务时隙必须采用相同的基本m i d a m b l e 码。 2 6 业务复接与信道编码吲8 1 一个或多个传输信道( t r c h ) 经信道编码和复接后形成的单个输出数据流称 作编码组合传输信道( c c t r c h ) ，一个c c t r c h 可映射为一个或多个物理信道。在 l l 和m a c 间交互的所有传输信道规定为单向链路，即上行或下行，u e 可以同时具 有一个或多个传输信道。在l 1 和m a c 间信息交换的基本单元定义为传输块，典型 地，传输块为r l c 的一个协议数据单元( p d u ) ，l 1 为每一个传输块添加c r c 。 在同一时间使用同一个传输信道，在l l 和m a c 间交换的一组传输块称作传输 块集。传输块中的比特数定义为传输块的大小，在一个给定的传输块集中传输块 大小总是固定的，也就是说在一个传输块集中所有传输块应是相同大小的。传输 块集的比特数定义为传输块集的大小。 传输时间间隔( t t i ) 定义为传输块集的到达间隔，等于物理层在无线接口中 发送传输块集的周期。t t i 总是最小交织周期( 1 0 m s ) 的整数倍，i l a c 层每t t i 向 物理层发送一次传输块集。 在一个t t i 中l 1 到m a c ( 或m a c 到l 1 ) 发送传输块集的格式由传输格式( t f ) 确定，t f 由两部分组成，分别称作动态部分和半静态部分。动态部分的属性为： 传输块大小；传输块集大小；c r c 大小。半静态部分的属性为：传输时间间隔；使 用的差错保护方案( 差错保护类型t u r b o 编码、卷积编码或不编码；编码速率； 静态速率匹配参数；凿孔极限) 。 无线接口定义了两级速率匹配：传输信道的静态速率匹配和c c t r c h 的动态速 1 2 t d s c d m a 无线接口物理层实现技术研究 率匹配。静态速率匹配为传输信道半静态属性的一部分，动态速率匹配根据r r c 的请求，将调整传输到物理信道的物理层数据净荷的大小。物理层可以根据r r c 的指示使用静态速率匹配和动态速率匹配。 数据在每个传输时间间隔( t t i ) 以传输块集的形式到达编码复接单元一次， t t i 是传输信道的特定信息，t t i 耿值于集 l o m s ，2 0 m s ，3 0 m s ，4 0 m s 中。上行编码 复接具体步骤：检错( c r c ) 、传输块级联和码块分段、信道编码、无线帧平衡、 第一交织、无线帧分段、速率匹配、传输信道复接、比特加扰、物理信道分段、 第二交织、子帧分割及物理信道映射。下行编码复接具体步骤：检错( c r c ) 、传 输块级联和码块分段、信道编码、速率匹配、固定位置d t x 指示插入、第一交织、 无线帧分段、传输信道复接、比特加扰、灵活位置d t x 指示插入、物理信道分段、 第二交织、子帧分割及物理信道映射。上下行编码复接单元的详细描述见第三章。 分段后的码块送给信道编码模块进行信道编码操作。t r c h 可用的信道编码方 案为卷积编码、t u r b o 编码、不编码。不同类型的t r c h 上使用的编码方案和编码 速率如表2 1 示。 表2 1 编码方案和编码速率 t 厄h 类型编码方案编码速率 b c h p c h 卷积编码 1 ，2 i r a c h 1 ，3 1 ，2 c p c h ，d c h ，d s c h ，f a c ht u r b o 编码 1 ，3 不编码 图2 7 ( a ) 、2 7 ( b ) 分别示例了上行链路3 4 k b p s 数据业务和6 4 1 2 8 1 4 4 k b p s 分组数据业务的检错、编码、交织、速率匹配过程，图2 7 ( c ) 示例了这两种业 务的复接过程，其它类型数据的编码复接过程请参阅参考文献3 g p pt r2 5 9 4 4 。 表2 2 为3 4k b p s 数据的编码复接参数，表2 3 为6 4 1 2 8 1 4 4k b p s 分组数据 的编码复接参数。 表2 23 4k b p s 数据的编码复接参数 传输块集1 4 8b i i s 传输块集大小0 。1 4 8b i t s c r c1 6b 陋 编码方式编码速率c c 编码速率= 1 3 t i4 0m s 第二章t d s c d m a 无线接口的基本通信协议 1 3 t r b k 级联 特 鹳r z i 3 织 分段 l 速率匹配 1 4 。 ic r c l 嬲 bt r b k s f b = 0 霉 幽2 7 ( a ) 3 4 k b p s 数据的检错、编码、交织、速率匹配示例 表2 36 4 1 2 8 1 4 4k b p s 分组数据的编码复接参数 t 吒h 个数 1 传输块大小 3 3 6 b i t s 6 4k b p s 3 3 6 + b b i t s ( b = 0 ，1 2 ，3 ，4 ) 传输块集大小1 2 8k b p s 3 3 6 + b b i t s ( b = 0 ，1 2 4 8 ) 1 4 4k b p s3 3 6 + bb i t s ( b = 0 ，1 ，2 ，4 ，8 ，9 ) c r c1 6b i t s 编码方式、编码速率t u r b o 编码r = 1 3 1 一r i2 0m s 表2 46 4 1 2 8 1 4 4k b p s 分组数据和3 4 k b p s 数据编码复接后的物理信道参数 数据速率( k b p s )最大符号速率( k s p s ) 物理信道数 6 4 2 4 01 1 2 8 4 8 0 1 1 4 44 8 01 验 堤授，i 黼 l比l煽l窆l帧 尾 积 一 线 加 卷 第 光 凄呲 吧 1 4 t d s c d m a 无线接口物理层实现技术研究 t r b k 级联 l l 加尾比特 第一 无线 彭 分段 l 速率匹配 第二交织 物理信 道映射 d h 瑚 3 3 6 c r c l 3 3 61 6 鞴 bt r b k s ( b ；o ，i 2 ，3 4 8 9 ) 督 t r c h 复接 图2 7 ( b ) 6 4 1 2 8 1 4 4k b o s 数据的检错、编码、交织、速率匹配示 2 釜兰耋 2 墨鏊耋 ：奎鳘耋 卫 卫 卫 卫田田田田 _ 一c f n l 4 n - - - - - 一c f n = 4 n + i - - - _ - - - 一c f n = 4 n + 2 - 一c f n 喇+ 3 图2 7 ( c ) 6 4 1 2 8 1 4 4k b p s 分组数据和3 4 k b p s 数据的复接过程示例 2 7 小结 本章简要的介绍了t d s c d m a 无线接口的基本通信协议，着重介绍了上行链路 的物理信道帧结构和业务编码复接方式，为下一章具体实现提供了理论依据。 验 央投l 黼嗽 l交+帧 第三章t d - s c d m a 无线接口物理层实现软件开发及仿真 1 5 第三章t d s c d m a 无线接口物理层实现软件开发及仿真 3 1 软件开发及仿真目的 上一章简要地介绍了t d s c d m a 无线接口的基本通信协议，本章在此基础上 具体介绍无线接口物理层基带收发过程实现的主要模块和算法。基带收发过程的 主要模块将被移植到硬件板上，用于d s p 硬件实现。所以为了验证算法的正确性， 开发了用于无线接口物理层仿真软件t d s c d m a s i m l 0 。 3 2 无线接口软件实现模块 本章主要是对t d s c d m a 无线接口物理层基本技术实现进行验证，即就是主 要完成u u 接1 2 物理层功能的实现。u u 接口物理层功能模块如图3 1 所示，各模 块所具有的功能和实现方法将在下一节进行具体介绍，收发过程基于t d s c d m a 物理层协议提出。本文主要讨论t d s c d m a 无线接口上行链路的性能，仿真软件 中也只对上行链路进行了仿真程序设计，对于下行链路仿真，程序中留有接口。 3 3 基带处理软件实现 t d s c d m a 无线接口仿真软件主要是基于标准c 、v i s u a lc + + 6 0 和m a t l a b 平台开发的。其中标准c 用来实现大部分功能模块的算法；v i s u a lc + + 6 0 用来完 成仿真界面，便于对仿真软件的操作和控制；m a t l a b 主要用来处理复杂数据、 完成脉冲成形功能和绘制仿真结果曲线。下面将对t d s c d m a 无线接口各模块的 功能和实现算法进行详细介绍。 3 3 1c r c 校验模块 传输信道的检错是通过循环冗余校验( c r c ) 方式实现的。c r c 为2 4 、1 6 、 1 2 、8 或0b i t ，高层信令告知对每个t r c h 应使用哪个c r c 长度。对每个传输块， 使用整个传输块来计算c r c 的奇偶校验比特，这些奇偶校验比特根据下面的循环 生成多项式之一来产生： g c r c 2 4 ( d ) = d 2 4 + d 2 3 + d 6 + d 5 + d + l( 3 1 ) gc r c l “d ) = d 1 6 + d 1 2 + d 5 + l( 3 2 ) g c r c l 2 ( d ) = d 1 2 + d + n 3 + d 2 + d + 1( 3 3 ) g c r c g ( d ) = d 8 + d 7 + d 4 + d 3 + d + 1( 3 4 ) 循环码编码计算由下式来完成。 1 6 t d s c d m a 无线接口物理层实现技术研究 毫警稍+ 器 s ， g c r c ( d ) g d ) 。 其中m ( d ) 为信息码，r ( d ) 为余式，也就是校验码，n 为加校验码后传输块总 长度，k 为未加校验码时的传输块大小。最后，加c r c 校验后的传输块用多项式 可以表示为 a ( d ) = d - k m ( d ) + “d ) 。( 3 6 ) c 既 传输块的绒联和分段 上 信道编码 无线帧平衡 第一交织 无线帧分段 图3 1t d s c d m a 上行链路收发结构 毫 第三章t d - s c d m a 无线接口物理层实现软件开发及仿真 1 7 图3 2 为c r c 1 6 串行编码器结构图，在用软件实现时可采用移位寄存器结构。 先设定一个u n s i g n e di n t 类型变量r e g ，并初值赋为0 ，则该变量的1 6 个比特位代 表了1 6 个寄存器，采用循环结构，每输入一个传输块信息位，则根据串行编码器 结构进行相应的模2 加及向右移位操作，直到输入完一个传输块的信息位。r e g 变 量的1 6 个比特位即就是该传输块的c r c 1 6 校验比特，将校验比特附加到传输块 尾部进行发送。在接收端，对接收的传输块进行同样的c r c 校验操作，比较校验 位与接收的校验位，判断是否发生传输错误，并做相应处理。 图3 2c r c 1 6 串行编码器结构图 3 3 2 传输块级联与码块分段模块 一个1 1 1 中的所有传输块级联到一起后，如果在一个t t i 中的比特数大于码 块的最大允许比特数z ，那么在传输块级联后进行码块分段，分段后的码块具有相 同的大小。码块的最大长度取决于t r c h 的编码方式：卷积编码，z = 5 0 4 ：t u r b o 编码，z = 5 1 1 4 ；不编码，z 不受限制。 3 3 3 信道编译码模块 在第二章的业务复接与信道编码一节中，我们已经介绍了不同类型的t r c h 编 码方案和编码速率不同，如表2 1 所示。下面分别介绍卷积码编译码和t u r b o 码编 译码的实现方法。 3 3 3 1 1 2 、1 3 速率卷积码编译码嘲 卷积编码的约束长度为k - - 9 ，编码速率为1 2 和1 3 ，其配置如图3 3 所示。 l ，3 卷积编码器的输出次序为输出0 ，输出l ，输出2 交替输出；速率为1 2 时，输 出次序为输出0 ，输出1 交替输出。8 个尾比特( 值为o ) 应在编码前加到码块的 后面。编码器移位寄存器的初值为“全0 ”。 3 3 3 1 1 2 、1 3 速率卷积码编译码【5 l 卷积编码器采用用移位寄存器结构，在用软件实现时，先设一个u n s i g n e dc h a r 类型变量r e g 作为移位寄存器，r e g 的8 个比特位代表8 个寄存器，并给r e g 赋初 值0 。以1 2 卷积编码为例，每输入