（电路与系统专业论文）cdma2000+1x反向链路系统的研究与设计.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 c d m a 2 0 0 0lx 反向链路系统的研究与设计 摘要 目前我国对于3 g 问题的讨论已经到了白热化的程度，3 g 的实施也只是时间上的问题。对于我国的第三代移动通信将采 用何种体制的研究也已经逐渐清晰，而c d m a 2 0 0 0 数字蜂窝移 动通信技术已成为中国联通的首选标准。在这种背景下，本文 对c d m a 2 0 0 0l x 做了较为深入的研究。 本文在深入了解国际c d m a 2 0 0 0 组织3 g p p 2 规定的第三代 移动通信系统c d m a 2 0 0 0l x 反向链路的协议标准的基础上，用 通信系统仿真软件m a t l a b 进行了包括发射机和接收机两部分 的c d m a 2 0 0 0l x 反向链路系统的仿真，并对系统进行了性能分 析。实验结果表明该仿真系统完全达到了实际系统的目标b e r 等指标，与实际系统十分近似。 本文利用模块化思想设计了一个蒙特卡洛动态系统仿真模 型。该模型将同类型数据进行封装，这样工程、研究人员只需 1 太原理土大学硕士研究生学位论文 要改变初始化对话框中的参数设置，就可以进行各种无线配置 方案下的各种通信信道的仿真。仿真结果显示出了该仿真系统 在工程研究实践中的有效性和方便性。 在本系统中，可以进行无线配置为3 和4 的系统仿真，该 系统通信信道包括反向基本信道、反向补充信道1 、反向补充 信道2 、反向专用控制信道、反向公共控制信道、反向导频信 道和反向增强接入信道。同时本论文对系统在不同环境下的通 信性能进行了研究和分析。实验结果表明该仿真系统在不同的 通信环境下的有效性。 最后本文在系统仿真的基础上，对c d m a 2 0 0 0l x 反向链路 的链路预算进行了研究，分析了3 g 通信应采用的链路预算模 型，计算了不同环境下的c d m a 2 0 0 0l x 反向链路最大路径损耗 和最大覆盖范围。 关键词：c d m a 2 0 0 0l x ，模块化，y l a t l a b ，链路预算 2 太原理丁：大学硕士研究生学位论文 d e s l g n & r e s e a r c ho f t h ec d m a 2 0 0 01xr e v e r s el i n k a b s t r a c t n o w a d a y st h e d i s c u s s i o na b o u t3 gd i g i t a lc e l l u l a rm o b i l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e si sv e r yh o t i ti s i n s i g h tt h a tt h e e x e c u t i o no f3 g , w h i c hs y s t e mw es h o u l da d o p ti no u rs t a t eh a s b e e nv e r yc l e a r c d m a 2 0 0 0d i g i t a lc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yh a sb e c o m et h ef i r s ts e l e c t i o no fc h i n au n i c o ma st h e 3 gs t a n d a r d i nt h i sb a c k g r o u n d ，w el u c u b r a t et h ec d m a 2 0 0 0l x s y s t e m t h ep h y s i c a ll a y e rs t a n d a r df o rc d m a 2 0 0 0l xr e v e r s el i n k s y s t e m si si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r b a s e do nt h ea c q u a i n t a n c e ，t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o fas i m u l a t i o nm o d e lf o rt h e c d m a 2 0 0 0lxr e v e r s el i n ki sp r e s e n t e dw i t ht h ec o m m u n i c a t i o n s s y s t e ms i m u l a t i o no ft h es o f t w a r em a t l a b t h e r ea r et r a n s m i t t e r 3 太原理：l 人学硕士训f 究生学位论文 a n dr e c e i v e ri nt h es i m u l a t i o ns y s t e mo fr e v e r s el i n k f u r t h e rm o r e w ea n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo ft h i s s y s t e m a c c o r d i n g t ot h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ，w eb e l i e v et h a tt h es i m u l a t i o ns y s t e ma l m o s t r e a c ht ot h eo b j e c ta si ti s r e q u i r e di nt h ep r a c t i c a ls y s t e m ，f o r e x a m p l e ，b e r t h e r e f o r e ，t h eb o t hs y s t e ma r eq u i t ea p p r o x i m a t e w ed e s i g nam o n t ec a r l od y n a m i cs y s t e ms i m u l a t i o n w i t ht h em o d u l a r i z a t i o nc o n c e p t i o n i nt h i ss y s t e m ，w ee n c a p s u l a t e t h es a m et y p ed a t a ，s ot h ee n g i n e e r sa n dr e s e a r c h e r sc a ns i m u l a t ea l o to fc o m m u n i c a t i o nc h a n n e l so ft h ed i f f e r e n tr a d i oc o n f i g u r a t i o n b yo n l yc h a n g i n gt h ep a r a m e t e r ss e t t i n g t h ec o n s e q u e n c e so ft h e s i m u l a t i o ns y s t e md e m o n s t r a t et h a tt h es y s t e mi sn o to n l ye f f i c i e n t b u ta l s oc o n v e n i e n tt ot h ep r a c t i c eo ft h ee n g i n e e r i n ga n dr e s e a r c h t h i ss y s t e m ? sc o m m u n i c a t i o nc h a n n e li n c l u d er e v e r s ef u n d a m e n t a l c h a n n e l 、s u p p l e m e n t a r yc h a n n e l 1a n d2 、d e d i c a t e dc o n t r o l c h a n n e j 、c o m m o nc o n t r o lc h a n n e l 、p i l o tc h a n n e la n de n h a n c e d a c c e s sc h a n n e l i nt h i sp a p e r ，w ea n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo ft h i s s y s t e mi nt h ed i f f e r e n tc o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t f i n a l l y ，w er e s e a r c ht h er e v e r s el i n kb u d g e to fc d m a 2 0 0 0l x b a s e do n t h ec o r r e s p o n d i n gs y s t e ms i m u l a t i o n ，a n da n a l y z e w h i c h 4 太原理工大学硕1 ：研究生学位论文 m o d e l sl i n kb u d g e tw ec o u l da d o p ti n3 gc o m m u n i c a t i o n ，a n d c a l c u l a t e dt h eu l l a g eo ft h eu t m o s tp a t ha n dt h el a r g e s tb e s t r o w r a n g eu n d e rd i f f e r e n te n v i r o n m e n to ft h er e v e r s el i n ko fc d m a 2 0 0 0 k e yw o r d s ：c d m a 2 0 0 0l x ，m o d u l a r i z a t i o n ，m a t l a b ，l i n kb u d g e t 5 关于论文使用授权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保留和使用学位论 文的规定，即：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 可变的数据速率峰值，从每秒几个比特到1 7 1 2 k b i t s ( 最大数据速 率取决于生产厂家) ； 由于按实际数据量计费，使用户可以全天在线而只需付实际传输数 据量的费用； 现有业务的适用性以及新的应用： 无线接口上打包，优化无线资源共享； 可延伸到未来无线协议的能力。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 w c d m a 全名使w i d e b a n d c d m a ，中文译名为“宽带码分多址接入”。 它可支持3 8 4 k b p s 到2 m b p s 不等的数据传输速率，而g s m 系统目前只能 传送9 6 k b p s ，固定线路m o d e m 也只是5 6 k b p s 的速率，由此可见w c d m a 是无线宽带通信。w c d m a 的基本目标是一步实现i m t - 2 0 0 0 所提出的基 本要求，基本出发点是越过第二代，建立全新的符合i m t - 2 0 0 0 基本要求 的w c d m a 系统。 在g s m 向w c d m a 的演进过程中，仅核心网部分是平滑的，空中接 口的变化很大，所以无线接入网部分的演进将是革命性的。 1 2 23 g p p 2 ：is - 9 5 向c d m a 2 0 0 0 的演进策略 c d m a o n e 向c d m a 2 0 0 0 演进的策略是：从i s 9 5 a ( 速率9 6 1 4 4 k b i t s ) 一i s 一9 5 b ( 速率1 1 5 2 k b i t s ) 一c d m a 2 0 0 0l x c d m a 2 0 0 0 。c d m a 2 0 0 0l x 能 提供更大容量和高速数据速率( 1 4 k b i t s ) ，支持突发模式并增加新的补充 信道，先进的移动交换中心( m a c ) 提供改进的业务质量( q o s ) 保证。 采用增强技术后的c d m a 2 0 0 0l xe v 可以提供更高的性能。 i s 9 5 b 与i s 9 5 a 的主要区别在于可以捆绑多个信道。当不使用辅助 业务信道时，i s 9 5 b 与i s 9 5 a 是基本相同的，可共存于同一载波中。 c d m a 2 0 0 0l x 则有较大的改进，c d m a 2 0 0 0 与1 s 9 5 是通过不同的无线配置 ( r c ) 来区别的。c d m a 2 0 0 0l x 系统设备可以通过设置r c ，同时支持1 x 终端和i s 9 5 a b 终端。因此，i s 9 5 刖b ，1 x 可以同时存在于同一载波中。 对c d m a 2 0 0 0 系统来说，从2 g 向3 g 过渡，可以采用逐步替换的方式。即 压缩2 g 系统的1 个载波，转换为3 g 载波，开始向用户提供中高速率的 业务。这个操作对用户来说是完全透明的，由于i s 9 5 的用户仍然可以工 作在3 g 载波中，所以2 g 载波中的用户数并没有增加，也不会因此增加 呼损。随着3 g 系统中用户增加，可以逐步减少2 g 系统使用的载波，增 3 太原理1 人学硕士研究生学位论文 一 一。_ - _ - _ - _ - 一 加3 g 系统的载波。通过这种方式，可以很好地解决网络升级的问题，网 络运营商通过这种平滑升级，不仅可以向用户提供各种最新的业务，而且 很好地保护了已有设备的投资。 在向第三代演进的过程中，需要注意的问题是基站收发信机( b t s ) 和基站控制器( b s c ) 等无线设备的演进闯题。在制定c d m a 2 0 0 0 标准时， 已经充分考虑了保护运营商的投资，很多无线指标在2 g 和3 g 中是相同 的。对b t s 来说，天线、射频滤波器和功率放大器等射频部分是可以再 利用的，而基带信号处理部分则必须更换。 1 2 3 我国c d m a 的发展现状 我国目前采用的c d m a 标准主要事参照美国标准，其中结合了我国 的实际情况。如美国标准中对空中接口注重c d m a 与a m p s 双模兼容， 而在我国则没有这种要求，因此其频率、基本频道的设置及i m s i ( 国际 移动用户识别码) 等方面都需要进行修改；在a 接口上，美国的标准兼 容了多种制式，而在我国只需要其中的c d m a 一种：同样，网络接口i s 4 1 系列标准也需要进行必要的修改。 c d m a 规范定义了支持提供给各承载业务和用户终端业务的补充业 务。补充业务向用户提供包括补充业务授权、补充业务操作和补充业务应 用等功能。补充业务授权包括业务授权和业务去授权：补充业务操作支持 c d m a 系统中所定义的七种业务操作即授权、去授权、登记、删除、激 活、去激活及请求、临时激活及临时去激活操作。在上述操作中授权和去 授权一般由网络运营商进行，其余操作可由用户在移动台上操作。补充业 务应用有网络自动调用和用户主动发起两种方式，它改变并加强了用户终 端业务和承载业务的服务。 如今，我国的第二代移动通信市场仍以g s m 占有较大市场份额，但 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 中国联通所运营的c d m a 业务的发展已逐渐显示出其技术及业务的优 势。在今后较长一段时间里，中国的移动通信市场可能还是会以g s m 和 c d m a 两者同时并存的形式存在，直至向第三代移动通信演进。 1 2 43 g 标准统一及向后兼容问题的最佳解决方案软件无线电 第三代移动通信系统在标准统一和实现后向与2 g 系统兼容问题上存 在巨大的障碍。3 g 标准是一个大家族，牵涉到不同国家和企业的切身利 益，没有达到统一的唯一系统。i t u 最终批准w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 i “、 t d - s c d m a 、u w c 一1 3 6 和d e c t 等5 种制式为i m t - 2 0 0 0 标准，宽带 c d m a l3 j 技术将是主流。在几种主流宽带技术中，w c d m a 和c c l m a 2 0 0 0 系统性能基本相似，但在具体技术上仍存在较大差别，具体见系统性能比 较表】一1 。 表1 - 1w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 系统性能比较 项目w c d m ac d m a 2 0 0 0 信道带宽5 1 0 ，2 0 m h z1 2 5 1 0 1 5 2 0 m h z c h i p 速率 n 4 0 9 6 m h zn = i ，2 4n 1 2 2 8 8 m h z 1 4 - - 1 ，3 ，6 ，9 ，1 2 多址方式d s c d m a d s - c d m a 、m c c d m a 职工方式f d d t d df d d 帧长1 0 m s2 0 m s 可变扩频因子和多码r i 检测：高速可变扩频因子和多码盲检测；低速率业务 多速率概念 率业务；盲检测：低速率业务或事先预定好需高层信令参与 卷积码r ；1 2 ，v 3 ，k = 9 ：卷积码r = 1 2 。1 3 ，3 4 k = 9 f e c 编码 r s 码( 数据)t u r b o 码 卷积码：帧内交织 交织块交织 r s 码：帧间交织 数据调制：o p s k b p s k数据调制：q p s k b p s k 调制 扩频调制：q p s k 扩频调制：q p s k o q p s k 前向：专用导频信道( t d m )前向：公共导频倍道 相干解调 反向：专用导频信道( t d m )反向：专用导频信道( c d m ) f d d ：开环+ 快速闭环( 1 6 k h z )开环十快速闭环 功率控制 t d d ：开环+ 慢速闭环( 8 0 0 h z ) 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 功率控制速半 1 6 0 0 次，秒 8 0 0 次秒 捧站问j n j 步异步同步删步( g p s ) 扇区问切换 扇区间切换 训换小区问切换 毂频问切换 小区问切换 前向：w a l s h ( 信道化) + g o l d 序列 前向：w a s h ( 信逆化) + m 序别2 1 5 2 1 8 ( 区分小区)( 区分小区) 扩频 反向：w a l s h ( 信道化) + g o l d 序刘 反向：w a l s h ( 信道化) 十m 序列2 4 1 2 4 1 ( 【塞= 分用户)( 区分用户) 小区复用系统 11 多用户榆测困难困难 软容量 可以实现可以宴现 在移动通信系统后向兼容问题上，w c d m a 系统向后兼容g s m ，c d m a 2 0 0 0 系统向后兼容c d m a o n e ( i s 9 5 ) ，g s m 的主流技术为t d m a ，c d m a o n e 主流技术为c d m a ，t d m a 和c d m a 属于不同的多址方式。在码分多址 通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来 区分，而是用不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分 ( 例如用w a l s h 码来区分信道，用p n 码区分用户) ；在时分多址系统中， 把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，每一个时隙就是一个 通信信道，分配给一个用户，不同用户靠不同时隙进行区分。 软件无线电为移动通信系统提供一种新型的结构，那就是利用统一的 硬件平台，而把尽可能多的无线通信功能用软件来实现。这样，无线通信 系统就具有很好的通用性、灵活性，使系统互联和升级变得非常方便，这 使得软件无线电可能成为继模拟通信到数字通信和固定通信到移动通信 之后的无线通信领域的第三次突破。只有软件无线电技术才能解决3 g 标 准统一及3 g 系统后向兼容问题。 1 3 本论文的主要工作和研究目标 在我国，第三代移动通信技术正以惊人的速度发展并迅速地在移动通 信市场扩张。本论文将运用模块化的思想建立个c d m a 2 0 0 0l x 反向链路 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 通信系统。其中重点内容是反向链路仿真器特别是基带模块的功能设计。 本文在m a t l a b 环境中进行了系统仿真，得出了其仿真实验结果，并分析 了系统仿真结果。 在论文的结构上，本文主要内容安排如下： 第一章介绍了本论文的研究背景和无线通信系统设计技术的发展 情况。 针对本论文的主要工作，第二章阐述了c d m a 2 0 0 0 系统的信道调制 参数和技术。在信道调制中的关键技术包括：差错控制技术、扩 频码、数据速率、基带滤波和功率控制，这一章为本论文的研究 提供了理论基础。 第三章介绍了国际组织3 g p p 2 规定的c d m a 2 0 0 0l x 物理层协议的 标淮，为本论文的系统仿真模块的设计提供了的数据基础。 第四章给出了在m a t l a b 仿真软件环境下，c d m a 2 0 0 0l x 反向链路 发射机的仿真模型和结果，并对仿真结果进行了分析。 第五章给出了反向链路接收机的仿真器和仿真结果，并对系统在 不同通信环境下的性能进行了分析。 第六章针对c d m a 2 0 0 0l x 反向链路的链路预算进行了研究，分柝 了3 g 通信应采用的链路预算模型，计算了不同环境下的c d m a 2 0 0 0 1 x 反向链路最大路径损耗和最大覆盖范围。 7 太原理- t 大学硕士研究生学位论文 第二章c d m a 2 0 0 0 信道调制参数和技术 c d m a 2 0 0 0 物理层标准为了实现和系统的兼容以及从2 g 到3 g 的演进 的平滑过渡，在信道调制参数和应用的无线链路技术上兼容了i s 一9 5 标准 的规定，同时为了实现c d m a 2 0 0 0 所规定的高速无线数据等功能和业务， 与i s 一9 5 标准相比，又增加了一些新的参数和技术，主要包括差错控制技 术、扩频技术、扩频调制技术、功率控制、射频滤波等。 2 1 差错控制技术 c d m a 2 0 0 0 系统为了实现信息数据的可靠传输，针对不同的数据速率的 业务需求，综合采用几种不同的差错控制技术【1 7 郴1 ，主要包括帧质量指示 符( f q i ，f r a m eq u a l i t yi n d i c a t o r ) 、前向纠错编码( f e c ，f o r w a r de r r o r c o r r e c t i o n ，包括卷积码和t u r b o 码) 。 2 1 1 帧质量指示符 一般情况下，数据帧都包含帧质量指示符，也即f q i 。帧质量指示符 对于接收端来说，有两种作用：首先，通过检测帧质量指示符可以判决当 静帧是否错误：其次，帧质量指示符可以辅助确定当前的数据速率。帧质 量指示符( f q i ) 由帧的所有比特( 除c r c 自身、保留位和编码器尾比 特外) 计算而得到。不同的信道以及不同的数据速率一般采用不同的比特 数目的帧质量指示符。 一种1 6 比特的帧质量指示符计算结构如图2 1 所示。 8 查堕堡查堂堡主竺塞竺堂壁笙苎 口1 比特存储单正 。摸2 加 图2 1 f i g 2 1 2 1 2 前向纠错编码 信息位输入开关向l ： 最后1 6 比特开关向下 16 比特的帧质量指示符计算结构 c a l c u l a t ec o n f i g u r a t i o no f1 6b i t sf q i c d m a 2 0 0 0 中前向链路和反向链路都采用卷积码或t u r b o 码作为前向 差错控制编码。低信息比特速率采用卷积码，大于或等于1 9 2 k b i t s 的 信息数据速率一般采用t u r b o 码。 c d m a 2 0 0 0 标准中对于s r i 反向纠错编码的选用表见表2 1 。 表2 - 1s r i 中各反向信道的f e c 要求 l is t 2 一lf e cd e m a n di ns r lr e v e r s ec h a n n e l 信道类别f e cr 接入信道卷积码 i 3 增强型接入信道卷积码1 4 反向公共控制信道卷积码l 4 反向专用控制信道卷积码l 4 反向基本信道 卷积码 i 3 ( r c i )1 2 ( r c 2 )1 似r c 3 和r c 4 ) 反向补充码分信道卷积码 1 1 3 ( r c l ) i 2 ( r c 2 ) 卷积码或t u r b o 1 4 ( r c 3 ，n 反向相干解调 在i s 9 5 中，反向信道没有导频信号，数据是通过非相干解调得到的。 c d m a 2 0 0 0l x 增加了反向导频信道，因此基站可以利用反向导频信道的扩 频信号获得相干信号，实现相干解调。通过反向相干解调能够提高反向链 路的性能，降低移动台的发射功率，提高系统容量。 t u r b o 码 t u r b o 码具有优异的纠错性能，适用于高速率传输中对译码时延要求 不高的数据业务，并可降低对发射功率的要求，增加系统容量。在 c d m a 2 0 0 0l x 中，t u r b o 码仅用于前向补充信道和反向补充信道。 t u r b o 编码器由两个r s c 编码器、交织器和删除器组成，其中每个 r s c 编码器产生两路校验位信号，这两个输出信号经删除复用后形成 t u r b o 码。t u r b o 译码器则由两个软判决译码器、交织器和去交织器构成， 经对输入信号交替译码、软判决多轮译码、过零判决后得到译码输出。 2 1 太原理工人学硕士研究生学位论文 灵活的帧长 与i s - 9 5 不同，c d m a 2 0 0 0l x 支持5 m s 帧、1 0 m s 帧、2 0 m s 帧、4 0 m s 帧、8 0 m s 帧以及1 6 0 m s 帧等多种帧长，不同类型信道可以使用不同的帧 长。前向基本信道、前向专用控制信道、反向基本信道、反向专用控制信 道采用5 m s 帧或2 0 m s 帧，前向补充信道、反向补充信道采用2 0 m s 帧、 4 0 m s 帧或8 0 m s 帧，话音信道则采用2 0 m s 帧。一般说来，较短的帧长度 可以减少时延，但解调性能较差，而较大的帧长度则可以降低对发射功率 要求，尤其适用于传输高速率的数据业务。 增强的媒体接入控制功能 c d m a 2 0 0 0 的媒体接入控制予层控制多种业务接入，保证多媒体的实 现。媒体接入控制子层支持话音业务和电路数据业务，并且支持不同的服 务质量( q o s ) ，与i s 9 5 相比，可以满足更高传输速率和更多业务种类的 要求。 3 3c d m a 2 0 0 0 反向业务信遒简介 在c d m a 2 0 0 0 中，单载波c d m a 2 0 0 0 ( 即c d m a 2 0 0 01 x ) 的反向业务信 道使用无线配置3 和4 ( r c 3 和r c 4 ) ，三载波c d m a 2 0 0 0 ( c d m a 2 0 0 03 x ) 则采用无线配置5 和6 ( r c 5 和r c 6 ) 。 c d m a 2 0 0 0l x 反向业务信道数据帧在调制之前一般要经过c r c 编码、 卷积编码、信号重复、信号抽取以及交织等过程。图3 2 所示是无线配置 3 ( r c 3 ) 数据帧在调制之前的处理流程f 2 6 j 。 。q 习咂对僵引习懂阡 太原理工火学硕十研究生学位论文 从图3 2 所示可以看到，r c 3 支持多种类型的数据帧，这些数据帧的 长度从1 6 b i t 到6 1 2 0 b i t ，帧长可以是5 m s ，也可以是2 0 m s 、4 0 m s 或8 0 m s 。 每帧数据首先通过一个c r c 编码器产生特定长度的c r c 校验位，在 c d m a 2 0 0 0 中这些校验位被称为帧质量指示( f q i ，f r a m eq u a l i t yi n d i c a t o r ) 。 同时，为了使卷积编码器在对一帧数据完成编码之后内部状态能够自动复 位，r c 3 在每个数据帧的末尾添加8 b i t 的编码器尾部( e n c o d e r t a i lb i t s ， 如果采用t u r b o 编码器则这8 b i t 成为保留比特) 。我们通常所说的数据传 输速率是在完成上述两个过程之后的数据帧的传输速率，这其中包含了 c r c 编码产生的校验位和预留的8 b i t 数据。 c d m a 2 0 0 0l x 在r c 3 的反向业务帧中使用了码率为1 4 和1 2 的卷积 编码器，这两种编码器的约束长度都等于9 。因此，数据帧在卷积编码之 后长度分别增大到原来4 倍和2 倍，通过提供足够的信息冗余度来提高信 号的抗噪声性能。 r c 3 数据帧通过卷积编码器之后，还需要根据数据传输速率决定是否 对其实施信号重复，以及信号重复的倍数，从而把低速率的数据通过重复 提高到较高的速率。对于特定长度的数据帧，c d m a 2 0 0 0l x 还采用了抽取 ( p u n c t u r i n g ) 技术，以一定的比例去捧卷积编码信号中的某些数据。接 收端采用的卷积译码器能够根据抽取信号还原得到原来的数据。因此，信 号抽取技术能够在不影响信号解码的条件下实现更高的数据传输速率。 最后，c d m a 2 0 0 0l x 对每个反向业务帧实施交织( i n t e r l e a v i n g ) 。通过 交织，原先的数据传输顺序被打乱，数据帧中相邻的信息位在一定的时间 间隔之后才被传输。接收端通过相反的变换( 解交织) 可以得到交织前的 数据，从而能够有效的对抗由于信道衰落引起的突发传输错误。 对于r c 4 反向业务信道，数据帧在调制之前的处理过程也需要经过 c r c 编码、卷积编码、信号重复、信号抽取以及块交织等。同时，r c 4 2 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 中某些长度的数据帧在进行c r c 编码之前还需要添加l b i t 的保留比特 ( r e s e r v e db i t ) ，如图3 3 所示。 端。一厂i i i u 鼍嚣奚黔h 震篓揣卜l 釜ih 箍 嘲制t j 0 热卜 目3 3 r c 4 反向基本信道和反向补充信道 f i g3 3r c 4r e v e r s ef u n d a m e n t a lc h a n n e la n ds u p p l e m e n t a lc h a n n e l 与r c 3 类似地，r c 4 也支持5 m s 帧、2 0 m s 帧、4 0 m s 帧和8 0 m s 帧， 但是这些数据帧地长度与r c 3 不同，从而产生不同地传输速率。每帧数 据首先通过一个c r c 编码器产生特定长度的c r c 校验位，在c d m a 2 0 0 0 中这些校验位被称为帧质量指示( f q i ，f r a m eq u a l i t yi n d i c a t o r ) 。同时， 为了使卷积编码器在对一帧数据完成编码之后内部状态能够自动复位， r c 3 在每个数整的末尾添加8 b i t 的编码器尾部( e n c o d e rt a i lb i t s ，如果采 用t u r b o 编码器则这8 b i t 成为保留比特) 。通常所说的数据传输速率是在 完成上述两个过程之后得到的数据帧的传输速率，这其中包含了c r c 编 码器产生的校验位和预留的8 b i t 数据。 另外，对于长度较大的补充信道数据帧( r c 3 长度不小于3 6 0 b i t 的数 据帧以及r c 4 长度不小于5 5 2 b i t 的数据帧) ，除了采用卷积编码方式之外， 还可以采用t u r b o 编码方式对数据帧进行编码。t u r b o 编码把卷积和交织 过程结合起来，能够增强信号的抗干扰能力，提高系统的 生能。 在完成c d m a 2 0 0 0l x 反向业务数据帧的编码和交织之后，这些数据帧 进入如图3 4 所示的调制器【捌进行q p s k 调镱l 。 从图3 4 所示中可以看出，反向业务信道数据帧的调制过程比较复杂。 归纳起来，它涉及到3 个过程：信道的正交化，p n 序列的产生以及币交 调制。在c d m a 2 0 0 0l x 中，移动台可以同时获得多种类型的反向信道，包 括反向基本信道、反向补充信道、反向导频信道、反向专用控制信道等， 2 4 太原理：l ：人学硕士研究生学位论文 它们都在同一个物理信道中传输，占用相同的频率资源。 w a l s h 掩码( ”一，或 “p - - + + ) 堑数乘法器 图3 4反向业务信道数据帧的调制过程 f i g3 4d e m o d u l a t i o no fd a t af r a m e si nr e v e r s et r a f f i cc h a n n e l c d m a 2 0 0 0l x 采用了正交w a l s h 序列来实现信道的正交化，不同信道 的数据采用不同的w a l s h 序列进行扩频，这些w a l s h 序列的码片速率都等 于1 2 2 8 8 m c h i p s 。例如一假设d l o ) 和d 2 0 ) 是两个信道在编码和交织后的 数据流，它们的符号周期分别为l 和疋。另外，我们假设序列d 。0 ) 和d ：0 ) 2 5 太原理】：- 人学硕十研究生学位论文 分别采用w a l s h 序列m “0 ) 和w 1 ，o ) 进行扩展，这两个w a l s h 序列的码片 速率为t ，整个序列的周期为- n r c ，其中一一2 ”，m 。0 , 1 。2 。在扩频 通信系统中，五 ，t 2 如。这两个信道在使用w a l s h 序列进行 扩频之后，产生的输出信号s o ) 一d 。0 ) - “0 ) + d ：0 ) - “0 ) 。我们知道，w a l s h 序列的特点是这些序列具有很好的自相关特性和互相关特性，即： r 彬“o 川“( f ； 芝，4 上 ( 3 。1 ) 因此，在接收端对d 。0 ) 进行解调时，只要用w a l s h 序列啦”0 ) 与接收 信号s “) 进行相乘和积分，即： 矗s o ) - 啦4 0 协一君d 。0 ) 啦“0 ) 彬1 0 协+ 盛d ：o ) ? o ) 比“0 k ( 3 - 2 ) 其中第二项积分等于0 ，从而得到关于第一个信道数据的积分输出。通过 这种方式，c d m a 系统能够把多个码分信道复用在一起，形成两个支路 的输出信号d ，) 和屹0 ) 。 关于c d m a 2 0 0 0l x 中r c 3 和r c a 反向信道调制的第二个要点是它的 p n 序列( 即伪随机噪声序列，p s e u d o r a n d o m n o i s e s e q u e n c e ) 。c d m a 2 0 0 0 1 x 通过一个长码产生器( l o n gc o d eg e n e r a t o r ) 产生一个码片速率为 1 2 2 8 8 m c h i p s 、长度为2 “一1 的伪随机序列( 1 支路和q 支路短码序列) 进行变换之后得到用于扰码的两个序列p 1 0 ) 和p o o ) 。 最后，序列p ，0 ) 和p 0 0 ) 对反向业务信道两个支路的输出信号d ，e ) 和 d 0 0 ) 进行扰码，得到另外两个输出序列s ，o ) 和跑o ) ，其中： 嗽僦p l 毵铸 b s ， 1 s 。o ) 一p 口o k o o ) + o h ，0 ) p 叫 太原理i ：人学硕十研究生学位论文 这两个输出序列在经过基带滤波之后分别调制到载波频率正 二，形成射频 输出信号。 3 4 反向链路的主要特性 l 、连续波形 所有的数据速率都采用连续导频和连续数据信道波形，连续的波形能 够实现在整个帧上的交织，使得交织在最大程度上实现帧的时间分集【2 1 0 导频信道和每个数据信道都使用单独的正交信道，可以很方便地调整导频 和物理数据信道的相对电平，而不用改变帧结构和帧中的某些符号的电平 功率。 2 、不同长度的w a l s h 序列正交信道 在c d m a 2 0 0 0l x 系统中使用的正交信道与i s 9 5 不同，在c d m a 2 0 0 0l x 系统的导频信道和其他物理数据信道中使用的是不同长度的w a l s h 正交 序列来实现不同速率的信道正交调制，用较短的w a l s h 序列和较高的速率 信道调整。 3 、速率匹配 在反向链路的中使用了不同的方法来匹配数据速率和w a l s h 扩展器 输出的速率。其中包括符号删除、符号重复来调整编码速率。设计的方法 首先尽量使用低速编码，但并不把速率降低到最低，因为速率降低，增益 也会降低，这样会增加编码器的复杂性。 4 、反向功率控制 反向功率控制有三种：丌环、闭坏和外环。开环功率控制根据移动台 接收功率来设置发射功率。闭环功率控制包括从基站到移动台的8 0 0 b p s 反馈环路，以此来设置移动台的发射功率。外环功率控制的实现有所不同， 一般通过在基站中调整闭坏功率控制门限束确保所需的e e r 。 2 7 太原理j ：人学硕士研究生学位论文 第四章c d m a 2 0 0 0i x 反向链路发射机的系统仿真 本论文设计了个可以通过同一个物理信道传输不同业务信道的数 据的移动台发射机，业务信道包括反向基本信道、反向补充信道1 、反向 补充信道2 、反向专用控制信道、反向公共控制信道、反向导频信道和反 向增强接入信道。反向信道的发射机部分包括信道编码和扩频调制两个部 分，各个信道的编码部分大致相同，其结构和参数如第二章所介绍。 4 1 反向链路信道编码的仿真 4 1 1c r c 编码器 在第二章中已经介绍过c r c 编码器，对于长度为1 6 b i t 的c r c 编码 器适用于r c 3 中长度等于2 4 b i t 、3 6 0 b i t 、7 4 4 b i t 、1 5 1 2 b i t 、3 0 4 8 b i t 、 6 12 0 b i t 的数据帧，以及r c 4 中长度等于2 4 b i t 、5 5 2 b i t 、1 1 2 8 b i t 、2 2 8 0 b i t 、 4 5 8 4 b i t 的数据帧；对于长度为1 2 b i t 的c r c 编码器适用于r c 3 中长度等 于1 7 2 h i t 的数据帧，以及r c 4 中长度等于2 6 7 b i t 的数据帧：对于长度为 1 0 b i t 的c r c 编码器适用于r c 4 中长度等于1 2 5 b i t 的数据帧的帧质量指 示：对于长度为8 i t 的c r c 编码器适用于r c 3 中长度等于8 0 b i t 的数据帧 以及r c 4 中长度等于5 5 b i t 的数据帧：对于长度为6 b i t 的c r c 编码器适 用于r c 3 中长度等于1 6 b i t 和4 0 b i t 的数据帧，以及r c 4 中长度等于2 i b i t 的数据帧。 本论文设计了一个能够根据信道的无线配置自动选择相应的c r c 编 太原理工大学硕士研究生学位论文 码器，并在输入的数据帧后面添加特定长度的帧质量指示( f q i ) 。c r c 编 码器在s i m u l i n k 下的组成如图4 。1 所示。图4 2 是c r c 编码器的输出波 形。 ，、镕胡继，# 匝 也幢 图4 1c r c 编码器的结构 f i g4 1c o n f i g u r a t i o no f c r ce n c o d e r 4 1 2 卷积编码器 图4 2c r c 编码器的输出信号 f i g4 2o u t p u to fc r ce n c o d e r c d m a 2 0 0 0l x 的反向链路卷积编码速率为1 2 、1 3 和1 4 。其结构在 第三章中已经介绍。 1 4 码率的卷积编码器产生的输出序列的长度是输入信号序列的4 倍， 它有4 个生产多项式，分别为g oi 工8 + 并7 + x 6 + 工5 + x 4 + z 2 + 1 ， 9 1 兰z 8 + x + 工5 + z 4 + j 3 + 1 ， 9 2 竺z 8 + z 6 + 工3 + 工+ 1 ， 9 3 一z 8 + x 5 + x 4 + x 3 + x + 1 。同样，1 1 3 码率的卷积编码器产生的输出序 列的长度是输入信号序列的3 倍，1 2 码率的卷积编码器产生的输出序列 的长度是输入信号序列的2 倍，并可得出它们的生产多项式在此不再累 述。卷积编码器的结构如图4 3 所示。 叶至悃一制 图4 3 卷积编码器的结构 f i g4 3c o n f i g u r a t i o no ft h ec o n v o l u t i o n a l 太原理：1 ：人学硕二 ：研究生学位论文 图4 4 ( a ) 是卷积编码器的输出波形与信源波形的比较，图4 4 ( b ) 是 卷积编码器的输出波形与卷积编码器的输入波形( 即c r c 编码器的输出波 形) 的比较。 堕塑笙登2 耋塑旦罂竺壁垒堡兰 图4 4 ( a ) 卷积鳊码器的输出信号 与信源波形比较 f i g4 4 ( a ) t h ec o m p a r eo ft h e c o n v o l u t ，i o n a lc o