（信号与信息处理专业论文）wcdma系统的仿真平台设计及空时二维信号处理技术的研究.pdf

摘要 、 毛3 s 童；l 本文差要讨论熬是空时信号处理技术在w c d m a 中魏应爆及棚关绩囊测试乎台 的研制7 1 ：发。论文的主要讨论的内容包括以下几个方面： 文章在第二部分中讨论了w c d m a 的物理链路甏的伤真平台系统的设计和开 发。在这一罄分中，善先攒述了系统熬总体设计方案，势裁w c d m a 甥理层物趱信 道的分类及帧结构进行了介绍，然后较深入地讨论了系统中的部分主要模块的设 计和系统的优化。 在本文熬第三部分中，主要讨论了3 g 中躲空时信号处理技术。善先分毒耍了无 线衰落信道的复杂特性，并建立了适合研究空时信号处理的矢爨信道；接着从时 域角度介绍了针对c d m a 通信系统的传统r a k e 接收技术；然后从空域角度讨论了 天线阵列黪信号楚瑾技术，毳薛究了鑫遥应簿戮信号链理熬多嵇不闲算法；最震将 空域和时域相结合，给出了应用于w c d m a 的基于导频辅助的空时二维r a k e 接收 机。 荚键词：w c d m a 、速率匹配、囱适应天线阵列、阵列信号处理、空时二维信号处 理、2 dr a k e 接收机 a b s t r a c t t h i s p a p e rm a i n l y c o n c e r n st h e a p p l i c a t i o no fs p a c e - t i m es i g n a lp r o c e s s i n g t e c h n i q u et o w c d m a s y s t e ma n dt h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n tw o r ko fr e l a t i v e s i m u l a t i o na n dm e a s u r e m e n tp l a t f o r m t h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e ri n c l u d e st w o a s p e c t s a sf o l l o w s ： i nt h es e c o n dp a r to ft h i s p a p e r , w ed i s c u s st h ed e s i g n & d e v e l o p m e n to fa s i m u l a t i o np l a t f o r mf o rw c d m a p h y s i c a ll a y e ra n d l i n kl a y e r i nt h i sp a r t ，f i r s t l yt h e w h o l ed e s i g ns c h e m ei sd e s c r i b e d ，a n da ni n t r o d u c t i o no fw c d m a p h y s i c a ll a y e r s d i f f e r e n tt y p e so f p h y s i c a lc h a n n e l sa n d t h e i rf l a m es t r u c t u r e sa r eg i v e n ，a n dt h e nt h e d e s i g nw o r k o fs o m em o d u l e sa n dt h eo p t i m i z a t i o nw o r ka r ed i s c u s s e di nd e t a i l i nt h et h i r dp a r t ，w em a i n l yd i s c u s st h es p a c e t i m es i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n i q u ei n 3 州gn m b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m i nt h i sp a r t ，a f t e rt h es t u d yo ft h ec o m p l i c a t e d c h a r a c t e r i z a t i o no fw i r e l e s sf a d i n gc h a n n e l s ，av e c t o rc h a n n e lm o d e l ，w h i c hc a n b e u s e di nt h er e s e a r c ho fa n t e n n aa r r a y , i sp r o p o s e d s u b s e q u e n t l y , t h et r a d i t i o n a lr a k e r e c e i v e ri si n t r o d u c e df r o mt h ep o i n to f v i e wo ft i m ed o m a i n a f t e rt h a t ，w ed i s c u s s s e v e r a ld i f f e r e n ta l g o r i t h m si na d a p t i v ea r r a ys i g n a lp r o c e s s i n gf r o mt h ea n g l eo f s p a c ed o m a i n i nt h ee n do f t h i sp a r t ，w ed i s c u s st h es p a c e t i m es i g n a lp r o c e s s i n g t e c h n i q u ea n dp r e s e n t a s p a c e - t i m e t w od i m e n s i o n sp i l o t 。a i d e dr a k er e c e i v e ri n w c d m a s y s t e m k e y w o r d s ：w c d m a ，r a t em a t c h i n g ，a d a p t i v e a n t e n n aa r r a y ，a r r a ys i g n a p r o c e s s i n g ，s p a c e t i m es i g n a lp r o c e s s i n g ，2 d _ r a k e r e c e i v e r i i j ! 是型l ! 盎鲎! ：兰型! 堂笪熊兰 第一部分绪论 第1 章第三代移动通信的发展 1 1 移动通信的发展 移动通信诞生以来，其发展速度令人惊叹。第二代移动通信系统正在以1 j 所 未有的速度发展蓿；第三代数字移动通信系统处予商用化的前夕，它将能提供语 音、数掇、视频等多媒传业务。下饯移动通信系统( b e y o n d3 g ) 的疆究工俘遣 正在展开。 第一三代移动通信系统( i m t - 2 0 0 0 ) ，亦即未来移动通信系统，是代有能力彻 底怒决第一、二代移动遥售系统主要磐遴豹最选遴豹移凌逶售蓉绞。第三饯移动 通信系统一个突出特色就是，要在未来移动通信系统中实现个人终端用户能够在 全球范围内的任何时l i j 、任何地点，与任何人，用任意方式、商质量地完成任何 信息之闽瓣移动逶售与传输。霹觅，第三代移动遴信+ 分重裁令大在逶售系绞中 的自主因素，突出了个人在通信系统中的主要地位，所以又叫未来个人通信系统。 众所阁知，在第二代数字移动通信系统中，通信标猴的无序性所产生的酉花 卉藏弱露，虽然穰大遗键进了移魂道信蘸斓燕聱性懿高速茇震，但遣较强憨到约 了移动通信后期全球性的进一步开擒，即包括不同频带利用在内的多种通信标准 并存局面，使得“全球通”漫游业务很难真正实现，同时现有带宽也无法满足信 息内容帮数据类鍪嗣懿增长的需要。第二我移动邋信瑟投灭黪涎额软疆传资源帮 已经占有的庞大市场份额决定了第三代移动通信只能与第二代移动通信在系统 疗嘶兼容地平滑过渡，同时也就使得第三代移动通信标准的制定显得复杂多变， 难以确定。 伴随芬兰赫尔辛基国际电联( i t u ) 大会雌幕的徐徐落下，在由中国所制订的 t ) 一s c l ) m a 、美圈所制订的c d m a 2 0 0 0 和欧洲所制订的w c d m a 所组成的最后三个提 案中，几经周拼后，最终将确定一个提案绒凡个提案兼容来 擘为第三找移动遵信 的蔗式隧骣据准( t m t 一2 0 0 0 ) 。显然，第三代移动通信系统将会以宽带c o m a 系统 为主，所谓c d m a ，即码分多址技术。移动通信的特点漤求采用多址技术，多址 第部分绪论 技术实际上就是指基站周围的移动台以何种方式抢占信道进入基站和从基站接 收信号的技术，移动台廷有占领了菜一信邋，才有可能完成移鞠通信。强前已经 实趔懿多壬韭技术嘉应餍予第一代和第二代移动通俗中的频分多址( f d m a ) 、时分 多址( t d m a ) 和窄带码分多址( c o m a ) 三种。f d g a 是不同的移动台占用不同的 频率。f d 凇是不同静移动台占用同一频率，僵占埔的时溺不同。c o m a 是不瀚酌 移动台占用围一频率，但各带毒不鄹的随规码序，默示区分进行扩频，因此硒一 频率所能服务的移动台数量是由随机码的数量来决定的。多址技术的性能比较见 表l 所示。宽带c d m a 不仅其有c d 淞所拥有的一韬优点，雨且运行带宽耍宽褥多， 捩予撬能力也缀强，技递信号功能受趋完善，能实现无线系统大容量秘毫密度地 覆盏漫游，也更容易管理系统。第三代移动通信所采用的宽带c d m a 技术完全能 够满足现代用户的多种需要，满足大容量的多媒体信息健送，其有更大的灵活性。 第三 弋移动逶镕系统可以使全球蕊国内戆经侮用户龋馒爨的小戮廉徐穆动 台，实现从陆地到海洋到卫星的全球立体通信联网，保证全球漫游用户在任何地 方、任何时候与任何入进行通信，并能提供具有商线电话的语齑质量，提供镏能 嬲、瀣务，多媒体、分鬃无线奄、娱零及众多懿突黎 # 话渡务。第三代移动遂缤系 统的特点是：综合了蜂窝、无绳、寻呼、集群、无线扩频、无线接入、移动数据、 移动卫星、个人通信等各类移动通储功能，提供了与固定电信网络兼容的商质量 竖务，支待低遮率话音秘数据渣务，以及不对称数据馋稔。簧三代移溺遥锫系统 可以实现移动性、交互性和分布式三大业务，是一个通过微微小区，到微小区， 到宏小区，直到“随时随地”连接的全球性卫星网络。下面就来总结第三代移动 通信的鏊本特 委帮它与第二代移动逶信系统豹墓本区潮。 1 、第三代移动通信的基本特征 ( 1 ) 舆有全球范围设诗豹，与霞定网络、监务及躅户互逢，无线接嚣靛类 型尽可熊少和蠢度兼容性； ( 2 ) 具有与圃定通信网络相比拟的高话音质鬣和高安全性； ( 3 ) 翼有在零趣采用2 m b s 高速率接入帮在广域蕊采餍3 8 4 k b s 按入速 率灼数据率分段使用功能； ( 4 ) 具有在2 6 h z 左右的商效频谱利用率，且能最大程度地利用有限带 北京邮电大学工学硕1 学位论文 宽； ( 5 ) 移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫 星业务共存和互连； ( 6 ) 能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据 传输的分组和电路交换业务； ( 7 ) 支持分层小区结构，也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互 联网的多种同步连接； ( 8 ) 语音只占移动通信业务的一部分，大部分业务是非话数据和视频信 息； ( 9 ) 一个共用的基础设施，可支持同一地方的多个公共的和专用的运营 公司： ( 1 0 ) 手机体积小、重量轻，具有真正的全球漫游能力： ( 1 1 ) 具有根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数，而不是以距 离为收费参数的新收费机制。 2 、宽带c d m a 与窄带c d m a 或g s m 的主要区别 i m q l2 0 0 0 的主要技术方案是宽带c d m a ，并同时兼顾了在第二代数字式移动通 信系统中应用广泛的g s m 与窄带c d m a 系统的兼容问题。宽带c d m a 技术可以说是 移动通信领域的后起之秀，它使用的是频分编码技术，与基于时分复用机制的 g s m 相比具有明显的优势： ( 1 ) 向下保持平滑兼容。为了保证运营商的投资，为未来通信运营提供 良好的技术基础，宽带c d m a 能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统 的平滑过渡。支持现存的覆盖结构，信令协议可以后向兼容，网络不再需要引入 新的呼叫模式。这种分层和模块化的结构也可以容易地综合t i a 或i t u 定义的新 功能。 ( 2 ) 可伸缩性强。宽带c d m a 技术在其他方面也表现了较强的功能伸缩 性，它可以支持先进的天线技术：它可以通过增加小区的覆盖范围从而减少了基 站数日；它的所有带宽的信道都能支持高速数据业务；它还可以经济地在各种环 境罩使用，如：室外大小区( 半径大于3 5 k m ) ，室外宏小区( 半径在卜3 5 k m ) ， 第一部分绪论 室内室外微小区( 最大i k m 半径) ，室内室外微微蜂窝( 半径小于5 0 m ) 。它 可以支持各稃模式下酌工作，如w l l ，车载，办公整环境，符合不同的移动要求。 ( 3 ) 操作更嬲便利。宽带c d m a 系统支持连续导频技术，也够支持毫 速移动终端；同时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； 支持自适应天线阵技术与多鬻户检测的技术；还支持基站闽的髯步操作以及支持 智熊网等，这些功戆黪应赐将会使邋售操作变褥燹如篱便。 ( 4 ) 支持与传统系统问的切换功能。宽带c d m a 技术支持多载波直接扩 颁系统，可以再利用现有的稚架设备，小送规划，操作系统，帐单系统等。在所 有坯麓下支持对稼或不对称黪数据速率。 ( 5 ) 信号抗衰落能力强。宽带c d m a 具有更大的抗衰落能力，这就意味 着在相同的输出功率下能提供范围疑广泛的性能，或者在同样酌覆盖范围下可降 低功率要求。另夕 ，瓣麴豹豢宽意昧罄套簧大弱憝力支持更毫繁塞业务和提供更 灵活的多种混合她务。 ( 6 ) 工作频段将大大拓宽。目前，无线通信技术的主要工作频段就是在 c d m ai s 一9 5 泼本下瑟8 0 0 m h z 频段，凝豹宽繁c d m a 憋慰该频段i 羧行了大褪度瓣提 升，宽带版本将适用于下列三个频段： d c s1 8 0 0 ( 1 7 l 1 7 8 5 g h z 及1 8 0 5 i 8 8 0 g h z ) 、u s p c s ( 1 8 5 1 9 g h z 及i 9 3 i 9 9 g h z ) 以及c e 瓣( 2 。0 2 7 g h z ) 。 ( 7 ) j 党外界于扰能力强。宽带c d m a 技术在宽广的无线频谱上支持多路 同步通话成数据传输。对每路话音、传真、数据或视像传输都分配一个网络的发 送端蟊接收漆帮麓誊 掰一特裳代璃，以便髂辕静翁崽霹在接投瀵重薪缀合。宽带 c d m a 的宽广频谱使它对于市区环境中干扰和多径传播环境具有更高的抗干扰能 力。宽带c d m a 对于扰的抵抗力使之成为多址接入系统的理想选择。 ( 8 ) 通信往畿大幅掇舞。穰据g s m 遥信系统存在静容篷不是、语音失真 凄大、易搏线串线等缺点，宽繁c d m a 引用了许多技术来解决和克服了这些缺点； 目前宽带c d m a 不仅可以实现模拟网和g s m 网均不能做到的提供图像、视频和多 媒体盈务，还熊提供邋雳个入通信，提供辐清耀话音、离逮数糖、多爨俸、漫游 等多项业务，可甚至寒带c d 髓a 的数字控制信道还能支持诸如卫星通信、多方通 话、语音信箱等功能。 一苎塞业生查鲎三堂堡：兰堂堡鲎；i j ! ： ( 9 ) 扩展性灵活。传统的窄带c d m a 技术使得通信系统中的每个通信点， 在各个通信方向上静带宽进行了限定，只能在固定豹i 2 5 m h z 带宽范阐雨迸行有 效堪信，这搀在缀大程度上就划约了c d m a 灼进一步扩麟和发鼹。丽瑷在的爽繁 c d m a 根据这样的缺陷，进行全面的设计，现在的宽带c d m a 技术对每个通信点的 带宽进行了特殊定制，它运行通信终端稂攒使瑗癸求，来选择不同的带宽，可以 选择的謦宽为7 m h z 、i o m h z 、l o 。5 m h z 、1 4 m h z 及1 5 m h z 。 ( 1 0 ) 具有成本低形成的价格优势。由于频率利用率高，且网络设计施 工和扩容较为简便，意昧着运营商可以大大降低掰络建设与运营成本，觚丽带来 菱翼吸弓5 力戆绘楱饯势。 1 2 宽带c d m a 的不同标准 宽带c d m a 技术是未来通储的发鼹方向和潮流，为了迎合这种通信潮流，备大 电信公司纷纷囱基际逶信联鼗提交了各魏冬榉躲实施方案，在这些方褰中茏以欧 洲的w - c d m a 标准、北美的c d m a 2 0 0 0 标准、以及中国的t d c d m a 标准影响最大。 下面就分别简要的介绍这三种宽带c d m a 的标准： l 、磷一c d 淤 浚标准的全称为w i d e b a n dc d m a ，也叫c d h ad i r e c ts p r e a d ，这种标准是按 照因际电气通信协会制定的i m t 一2 0 0 0 规格之一“i m t d s ”开发出来的新技术。 w - c d m a 标准熬鼗裙提爨者是欧测毫僖联登绥会，它是蒸于王曼鸯g s m 阚络发矮褥 来的，它与目本提出的宽带c d m a 披术基本相同，目前豫在进一步融合，其支持 者主要是以g s m 系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美 的爱立信、鬻尔卡籍、诺基簸、鹈嘏、托懿，滋及基本熬n t t 、塞逶、夏罄等 厂商。这套系统自2 够架设在现有的g s m 网络上，对于系统提供商而言可以较轻易 地过渡，而g s m 系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此 w - c d m a 具有先天的市场往势。w - c d m a 系统瀚空中连接采用5 n l l z 、i o m h z 或2 0 m h z 蛇无线僖道，尽管一烘运营巅犍在只有5 m t h 的较窄的频谱宽度上提供3 g k 务， 大多数的运营商将分配更宽臼勺频谱：1 0 、1 5 、2 0 m h z 。w - c d m a 与c d m a 2 0 0 0 这两类 宽带c d m a 技术都蓓予f d d ( 颓分数字双工) 铺式，大多数关键按术菲鬻接近， 一陵能一 ：也基本没有太大差别。 第部分绪论 2 、c d m a 2 0 0 0 c d m a 2 0 0 0 乍为宽带c d m a 瀚一个踅要实施标礁，是i s - 9 5 体翩移动通信系统 的发展，獒第一阶段c d m a 2 0 0 0l x 在技术上已经成熟，可同时提供话密和分组数 据业务，物理层最大速率可达3 0 7 2 k b p s 。c d m a 2 0 0 0i x 目前已经在韩国开始商 用，这为j s 一9 5 体制的第二代通信系统向第三代道信系统的过渡跨出了稳健的一 步，怒c d m a 2 0 0 0 浆理想发展模式为从最褪的窄荣c d m a 技术肉c d m a 2 0 0 0 1 x 技术 发展，然后向c d m a 2 0 0 0 3 x ( 3 g ) 方向过渡。c d m a 2 0 0 0 技术提供了多种带宽范围 的选择柬支持从与t i a e i a 一9 5 一b 兼容的9 6 k b p s 到大于2 m b p s 的数据业务( 包 摄毫路积分组数据业务) ，竞诲运营商在缀多方霞实现最大的灵活性。c d m a 2 0 0 0 的信令既支持t i a e i a - 9 5 一b 的信令和呼叫模式，也支持扩展的c d m a 2 0 0 0 上层 结构支持的宽范围的先进业务。该系统可以提供综合的渡务，并伴有一套完善的 多业务弱时摄 乍熬模式。囊一代c d m a 2 0 0 0 技术撼供了鼗瘫最豢水平瓣无线频谱 利用率，可以在现有c d m a 数字无线网络上有效地翻番语音容量，并为用户提供 高速永不断线的甄联网涟接。 3 、t d - s c d m a 浚标猴是中图电信技术研究院所提出的，作为具有中国独立知识产权的新技 术，将成为在中国地区和w c d m a 同时采用的3 g 标准。该方案的主要技术集中在 大懑公司手中，它靛设计参照了t d d ( 辩分双工) 在不成黠熬频繁上麴跬城模式。 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 b m a 等基本传输方法。 通过与联合检测相结合，它在传输铎量方1 i i 表现非凡。通过引进智能天线，容量 还可以逡一步臻离。餐链天线凭臀英定囱经洚鬣了小送闻频率复瘸鹱产生的于 扰，并通过更赢的频攀复用率来提供更高的话务量。綦于高腹的业务灵活性， t d - - s c d m a 无线网络可以通过无线网络控制器( r n c ) 涟接到交换网络，如同三 代移动避信中辩电路鞠包交换鼗务掰定义煞那撵。在最终豹叛本墨，诗划诖 t d s c d m a 无线网络与i n t e r n e t 直接相逡。t d s c d m a 所呈现的先进的移动无线 系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3 g 业务所设计的，它运行在不成对 的射频獭谱上。t d s c d m a 梅输方翔酶对城鑫遥浅资源分配可取褥独立于对称监 务负载关系的频谱分配的最饯利用搴。因此，t o s c d 舭a 通过最佳自适应资源的 分配和最佳频谱效率，可支持速率从8 k b p s 到2 m b p s 的语音、互联网等所有的 l e 窳螺电犬学工学硪生学位论义 蹑数务。 相比w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 来说，t d s c d m a 的进展还稍爨缓慢，无论是在 系统容量、系统覆盖、资源分配、功率控制、数据传输等方面，都无法和w c d m a 程c d m a 2 0 0 0 这嚣穆稼准稷魄。麸按术的城验性爱瘦来番，弘c 淞魏c d m a 2 0 0 0 的搽本技术沿用了传统的窄带c o m a 技术，而窄带c d i a 技术的实用性早已被世界 所j “泛接蹙，也经受了实践的检验，t d c d m a 标准比较适合运用于目前在g s m 上 已有较大投入静因家来发爱第三找移动通信系统。 1 3 本文的主要工作 如前两小节的内容所介绍的，目前第三代移动通信的产业化准备已经就绪， 处于大蕊模藏焉纯懿裁夜。因魏，在本文中，凌围绕筹三代移动逶售系统寒讨论 物理层决议建模仿真和空时信号处理技术。 本文的后续内容分为两大部份。 在紧狻着豹第二部分中，主要讨论了就b 淞懿甥瑾镳臻瑟静镑真平台系绫蕊 设计和开发。在这一部分中，首先介绍了系统的总体设计和模块，然后就w c d m a 物理层物理信道的分类及帧结构进行了介绍，然旖较深入地讨论了系统中的部分 主要稹浚的设计鞠系统静优化。 在本文的第三部分中，主要讨论- yc d m a 中的空时镫号处理技术。在这一部 分中，首先介绍了无线信道的复杂特性，并建立了适合研究空时信号处理的矢量 信道；竣蓿飘时域角度介绍了钎对c d m a 通信系统翡健统r 嫩罐缓牧技术；然 后从空域角度讨论了天线阵列的信母处理技术，讨论了阵列信号处理的多种不同 算法；最后将空域和时域相结合，介绍了殿用于w c d m a 的基于导频辅助的空 时二维r a k e 接收机。 第二部分w c d m a 物理链路层仿真平台系统开发 第二部分w c d m a 物理链路层仿真平台系 统开发 第2 章系统总体介绍及模块划分 2 1 项目总体介绍 第三代移动通信的最大特点在于可支持具有不同q o s 的变速率的多种业务， 这要求其具有将多种多媒体业务复接在一起传输的能力。w c d m a 采用一套比 较完善的业务复接方案，各种业务必须经过一套复杂的编码复接流程才能进行扩 频调制。本项目的工作就是编程实现编码复接的功能，把数据流从业务信道经过 编码复接后映射到一定的物理信道上。 w c d m a 编码复接方案主要包括c r c 校验，纠错编码，速率匹配，交织等。 具体的上行和下行链路的编码复接方案如图2 1 和2 2 所示。其中，每个传输信 道( t r c h ) 承载一个业务，对于不同时延要求的业务，其发送时间间隔( t t i ) 是不同的( t t i 1 0 m s ，2 0 m s ，4 0 m s ，8 0 m s j ) 。 首先介绍上行信道数据处理流程，参见图2 1 。 将各个传输信道一个发送时间间隔( t t i ) 内的数据划分为各传输块( t b ) ； 并在每端末尾加上c r c 校验比特，以便收端进行差错检错； 然后把加了c r c 的数据块按传输间隔合并后，再按编码块划分； 对编码块进行纠错编码； 编码后的数据进行无线帧均衡，即加上一定数量的填充比特，使得该传输信 道分配到每帧( 1 0 m s ) 的数据长度相等； 对填充后的比特流进行第一次交织，即帧间交织； 当t t i 1 0 m s 时，必须进行无线帧分割： 对各个帧的业务信道的数据分别进行速率匹配，速率匹配作用有二， 第一为了复接后的总比特率与已分配的物理信道的数据传输率保持一致； 北京邮电人学t 学硕士学位论文 第2 可以瞬时的调整数据的信干比匹配信道： 将各传输信道的一个无线帧顺序复接在一起，组成编码复合传输信道； 对物理信道进行分段，即处理多码传输的情况： 对每帧数据进行第二次交织，即帧内交织； 映射到物理信道d p d c h 上，q p s k 调制的i 之路。 然后介绍下行信邀数据处理流程，并重点介绍与上行信道的不同之处，参见 图2 2 。 将各个传输信道一个发送时间间隔( t t i ) 内的数据划分为各传输块( t b ) ； 并在每端末尾加上c r c 校验比特，以便收端进行差错检错； 然后把加了c r c 的数据块按传输间隔合并后，再按编码块划分： 对编码块进行纠错编码； 对各个帧的业务信道的数据分别进行按t t i 速率匹配；( 此处不同于上行， 上行按帧进行速率匹配，比较灵活，每帧都根据上层信令进行匹配。下 行速率是一个慢变的过程，分为固定位置或者灵活位置两种情况，插入 d t x 。) 若是固定位置，在此处插入d t x ；( 而上行的速率匹配算法比较灵活，因此 不需要插入d t x 。) 进行第一次交织，即帧间交织： 当t t i 1 0 m s 时，必须进行无线帧分割： 将各传输信道的一个无线帧顺序复接在一起，组成编码复合传输信道： 若是灵活位置，在此处插入d t x ； 对物理信道进行分段，即处理多码传输的情况； 对每帧数据进行第二次交织，即帧内交织； 与t p c ，p i l o t , t f i ，t f c i 等字段组成的d p c c h 时分复合，映射到物理信道 d p d c h 上，q p s k 调制的i ，q 支路。 第一部分w c d m a 物理链路层仿真平台系统开发 图2 - 1 用于上行链路的传输信道复用结构 1 0 - 北京邮电大学工学硕十学位论义 图2 - 2 用于下行链路的传输信道复用结构 第二部分w c d m a 物理链路层仿真f 台系统开发 上述过程介绍的是成帧的过程，解帧是成帧过程的逆过程，进行解帧之前按 照系统给定参数计算各个韭势信道在编码绷合信邋中的位置，进行相应的拆分， 解交织，孵速率匹配，译码等王l 乍。 我们的程序设计采用分层模块和数据流驱动的思想。根据功能划分模块，上 下层模块之间传递数据浃豹头指针和长度。 按照皇述数据处理麴漉疆秘功能，我髓按上述两圈黠系统遴行了模块功畿划 分，参见下页的四个模块流程图( 图2 - 3 图2 6 ) 。 系统哥强烈分为嚣个( 琵对) 大模块： 上行成帧发送模块； 上行解帧接收模块； 下行成帧发送模块； 下行解帧接收模块。 另努，我们对予b c h 售逆送行7 摹独黪处毽； b c h 发送模块； b c h 接收模块 j ! 重堕! ! 叁兰! 堂堡! ：堂垡堡壅 图2 - 3 上行成帧 第二部分w c d m a 物理链路层仿真i p 白系统开发 图2 ，4 上行解帧 1 4 - 北京邮电大学工学硕j 学位论文 图2 - 5f 行成i 喷 1 5 - 篁三塑坌! ! 旦竺皇塑些壁堕星堕塞兰鱼墨竺堑垄 图2 - 6 下行解帧 1 6 坚j ! ! 堕盔堂! 堂堡! ：堂垡堡塞 第3 章w c d m a 物理信道分类及帧结构 本项目的工作要将数据流从业务信道经过编码复接后映射到一定的物理信 道上，然后在收端再将物理信道中每帧的数据进行拆分，进行解交织、解速率匹 配、译码等处理后再将数据恢复到各业务信道。因此，下面介绍一下w c d m a 物理信道分类及帧结构。 物理层信道从逻辑上分为物理信道和传输信道： 3 1 传输信道 传输信道是物理层向高层提供业务信息的媒介。传输信道描述了如何在空中 接口上传送特定的数据。一般的，传输信道分为两类： 专用信道，对应于特定的移动终端； 通用信道，一般用于通用目的，如若必要，也可明确指定特定的用户。 专用传输信道 w - c d m a 系统中只有一种专用传输信道，即d e d i c a t e dc h a i l l l e l ( d c h ) 。d c h 信道可以是下行或上行传输信道。d c h 信道可以在整个小区或采用波束成形技 术覆盖的部分小区中传播。 通用传输信道 w c d m a 系统中存在六种通用传输信道：b r o a d c a s tc h a n n e l ( b c h ) 、 f o r w a r d a c c e s s c h a n n e l ( f a c h ) 、p a g i n g c h a n n e l ( p c h ) 、r a n d o m a c c e s sc h a n n e l ( r a c h ) c o m m o np a c k e tc h a n n e l ( c p c h ) 和d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ( d s c h ) 。 标记 标记是一种低层信令实体的快速传送方法，不需要在传输信道上发送相应的 信息块。w - c d m a 系统中用到的标记有：a c q u i s i t i o ni n d i c a t o r ( a i ) ，a c c e s s p r e a m b l ei n d i c a t o r ( a e 0 ，c h a n n e la s s i g n m e n ti n d i c a t o r ( c a i ) ，c o l l i s i o nd e t e c t i o n 第二部分w c d m a 物理链路层仿真、卜台系统开发 i n d i c a t o r ( c d i ) ，p a g ei n d i c a t o r ( p i ) a n ds t a t u si n d i c a t o r ( s i ) 。标记可以是布尔型( 两 值) 或三值的。标记通过特定的物理标记信道传送。 3 2 物理信道 物理信道是指具有特定的载波频率、扰码序列、信道码序列( 可选) 、持续时 间及相应的调制载波相位( 0o r 2 ) 的无线传播物理实体。w - c d m a 系统的一些 基本参数为： 码片速率：3 8 4 m c h i p s 无线帧：一个无线帧由1 5 个时隙组成，持续时间为1 0 m s ，相应的长度为3 8 4 0 0 码片 时隙：一个时隙由2 5 6 0 个码片组成。 3 2 1 上行物理信道 d e d i c a t e d u p l i n kp h y s i c a lc h a n n e l s 专用物理信道 w - c d m a 系统有两种上行专用物理信道：u p l i n kd e d i c a t e dp h y s i c a l d a t a c h a n n e l ( u p l i n kd p d c h ) 和u p l i n kd e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l ( u p l i n k d p c c h ) 。这两种信道的帧结构如图3 1 所示。 。h 二二二二二 至二二二二 i p i l o t丁f c i f b it p c in 甜。t b i t sn t f c lb i t s n f b ib i t sn t p cb i t s 1 2 5 6 。c “p 8 i ! ls l 。t # os l 。t # 1 il s l o l # i i s l o t # 1 4 图3 - 1 上行d p d c h d p c c h 的帧结构 北京邮i b 人学i _ 】：= 学硕上学位论文 c o m m o n u p l i n kp h y s i c a lc h a n n e l s 公用物理信道 p h y s i c a lr a n d o m a c c e s sc h a n n e l ( p r a c h ) p r a c h 信道用于承载r a c h 信道，采用s l o t t e da l o h a 接入方式，与特 定的捕获标记有关。 p h y s i c a lc o m m o n p a c k e tc h a n n e l ( p c p c h ) p c p c h 信道用于承载c p c h 信道，采用c s m a - c d 接入方式，与特定的捕 获标记有关。 3 2 2 下行物理信道 为了提高接收性能，w - c d m a 系统采用了空时发送分集技术( s t t d ) ，对除 s c h 信道之外的其他物理信道均可采用s t t d 技术，对于s c h 信道采用了时 间切换发送分集技术( t s t d ) 。 d e d i c a t e dd o w n l i n k p h y s i c a lc h a n n e l s ： w - c d m a 系统只有一种下行专用物理信道：d o w n l i n kd e d i c a t e dp h y s i c a l c h a n n e l ( d o w n l i n kd p c h ) 。上层生成的业务数据( d c h 信道) 与物理层生成的控制 信息( 导频序列、功率控制t p c 命令字和传输格式命令字t f c i ( 司 选) ) 通过时分 复用构成下行d p c h 信道。因此该信道可看作下行d p d c h 和下行d p c c h 的 复用。 图3 2 给出了下行d p c h 信道的帧结构。一帧时间为1 0 m s ，分为1 5 个时 隙，对应一个功率控制周期。 w - c d m a 系统采用o v s f ( i e 交可变长扩频因子) 码作为信道码，对于下行信 道，扩频因子s f = 4 5 1 2 ，s f = 5 1 2 的情况仅用于软切换时的压缩模式。 第二部分w c d m a 物理链路层仿真、卜台系统开发 啪c h 二二二二二 簋二二二二二 t ；i ，t22 5 6 0c h i p s ，n d m 。21 0 + 2 。b i t s ( k = 0 6 ) 图3 - 2f 行d p c h 信道的帧结构 c o m m o nd o w n l i n k p h y s i c a lc h a n n e l s ： c o m m o np i l o tc h a n n e l ( c p i c h l c p l c h 信道是固定速率信j 笸( 3 0k b p s ，s f = 2 5 6 ) ，承载预定义的序列。根据物 理特性和使用区域，c p i c h 信道分为两类：p r i m a r y a n ds e c o n d a r yc p i c h 。 整个小区中只有一个p - c p i c h 信道，采用固定的信道码，扰码为主扰码， p - c p i c h 可以是所有下行信道的相位参考。小区中可以有多个s - c p i c h 信道， 可以采用任意的s f = 2 5 6 的信道码，扰码可以为主扰码或辅扰码，可以在整个小 区或一部分区域中发送。s - c p i c h 可以作为下行d p c h 信道的相位参考。 p r i m a r yc o m m o n c o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l ( p c c p c h ) p - c c p c h 是固定速率信道( 3 0k b p s ，s f = 2 5 6 ) ，承载b c h 传输信道。 s e c o n d a r yc o m m o n c o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l ( s - c c p c h ) s - c c p c h 用于承载f a c h 和p c h 信道。 s y n c h r o n i z a t i o nc h a n n e l ( s c h ) s c h 信道用于小区搜索，接收系统同步，由两个子信道构成：p r i m a r ya n d s e c o n d a r ys c h 。 p h v s i c a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ( p d s c h ) p d s c h 承载下行共享信道d s c h 。 a c q u i s i t i o n i n d i c a t o rc h a n n e l ( a i c h 、 a i c h 是固定速率信道( s f = 2 5 6 ) ，承载捕获标记( a i ) ，用于p r a c h 的接入捕 获。 北京邮电大学工学硕1 ：学位论文 c p c ha c c e s sp r e a m b l e a c q u i s i t i o ni n d i c a t o rc h a n n e l ( a p a i c h ) a p a i c h 是固定速率信道( s f = 2 5 6 ) ，承载c p c h 信道的捕获标记。 c p c hc o l l i s i o nd e t e c t i o n c h a n n e la s s i g n m e n ti n d i c a t o rc h a n n e lr c d c a i c h l c d c a i c h 是固定速率信道( s f = 2 5 6 ) ，承载c p c h 信道的碰撞检测标记 ( c d i ) 。 p a g i n gi n d i c a t o rc h a n n e l ( p i c h ) 寻呼标记信道( p i c h ) 也是固定速率信道( s f = 2 5 6 ) ，总是与一个s - c c p c h 信 道关联。 c p c hs t a t u si n d i c a t o rc h a n n e l ( c s i c h ) c s i c h 信道是固定速率信道( s f = 2 5 6 ) ，承载c p c h 信道的状态信息，总是 与c p c ha p a i c h 信道关联。 3 3 信道映射 传输信道和物理信道之间的映射关系如下图3 3 所示 d c h r a c h c p c h b c h 队刚= = 7 p c h d s c h d e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l ( d p d c h ) d e d i c a t e dp h y s i c a lc o n 订o lc h a n n e l ( d p c c h ) p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l ( p r a c h ) p h y s i c a lc o m m o n p a c k e tc h a n n e l ( p c p c h ) c o m m o np i l o tc h a n n e l ( c p i c h ) p r i m a r yc o m m o n c o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l ( p - c c p c h ) s e c o n d a r yc o m m o n c o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l ( s - c c p c h ) s y n c h r o n i s a t i o nc h a n n e l ( s c h ) p h y s i c a ld o w n l i n k s h a r e dc h a n n e l ( p d s c h ) a c q u i s i t i o ni n d i c a t o rc h a n n e l ( a i c h ) a c c e s sp r e a m b l ea c q u i s i t i o ni n d i c a t o rc h a n n e l ( a p - a i c h ) p a g i n gi n d i c a t o rc h a n n e l ( p i c h ) c p c hs t a