（通信与信息系统专业论文）tdscdma上行链路传输信道编码复用以及解码解复用的研究和实现.pdf

摘要 摘要 t d - - s c d m a 标准是第一个由中国提出的，以我国知识产权为主的、被国际 上广泛接受和认可的无线通信国际标准。这是我国电信史上重要的里程碑。2 0 0 9 年1 月7 日，中国政府向中国移动颁发了t d s c d m a 业务的经营许可，t d s c d m a 正式进入商用。 本文主要研究t d s c d m a 上行链路物理层的核心技术之一的传输信道编解 码和复用解复用技术。t d s c d m a 采用了一种比较完善的业务编码复用方案，经 过复杂的编码和复用过程，各业务才能进行扩频加扰和调制，然后天线以适当的 功率发送出去。传输信道编码和复用技术是各种业务正常传送的基础，本论文将 对此进行深入的研究。 本文首先分析亍t d s c d m a 传输信道编码和复用技术的协议及规范，并对编 码复用以及解码解复用过程建立仿真模型。讨论了模型中各模块的具体实现算法， 主要包括c r c 校验解校验、传输块级联和码块分段、信道编码及解码、无线帧均 衡解均衡、第一交织及解交织、无线帧分段、速率匹配及速率解匹配、传输信道 复用解复用、物理信道分段、第二次交织及解交织、物理信道映射和解映射。 确定各模块算法后，在m a t l a b 中对t d s c d m a 上行链路物理层传输信道 编码复用和解码解复用过程进行了仿真，验证了算法的正确性。在仿真的基础上， 采用m s c 81 4 4 d s p 芯片，对物理层接收端解码解复用过程进行了实现。最后，得 到相应的误码率曲线图，并对结果进行了分析。 在课题t d s c d m a 的上行链路物理层信号处理的整体研究与d s p 实现中， 本文的研究与实现的成果发挥了重要的作用。 关键词：t d s c d m a ，物理层，信道编码和复用，信道解码和解复用 a b s t r a c t a bs t r a c t t h et d s c d m as y s t e m ，w h i c hi sf i r s tp u tf o r w a r db yc h i n a ，h a sb e e nw i d e l y a c c e p t e da n dr e c o g n i z e db yt h ei n t e r n a t i o n a lo ni n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d sf o rw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s t h i si sa l l i m p o r t a n t m i l e s t o n ei nt h e h i s t o r yo fc h i n e s e t e l e c o m m u n i c a t i o n s o nj a n u a r y7 ，2 0 0 9 ，t h ec h i n e s eg o v e r n m e n ti s s u e dc h i n am o b i l e t h et d s c d m ab u s i n e s sl i c e n s e ，t h e nt d s c d m a 。sf o r m a le n t r yi n t ot h eb u s i n e s s i nt h i s p a p e r , a ni n d e p t ha n a l y s i so nt h ec h a n n e lc o d i n g d e c o d i n ga n d m u l t i p l e x i n g d e m u l t i p l e x i n gp r o t o c o la n ds p e c i f i c a t i o no ft d s c d m as y s t e mi s m a d e w es e tu pa s y s t e mr e a l i z a t i o nm o d e l t h e n ，t h ea l g o r i t h mo fe a c hm o d u l ei nt h e r e a l i z a t i o nm o d e li sc o n f i m e d t h em a i na l g o r i t h m si 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 ks 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 , r a d i of r a 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 e i n g a n d d e i n t e r l e a v i n g ， 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 ，r a d i of 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 tc 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 ，p h y s i c a l c h a n n e lm a p p i n g ，e t c a f t e rt h ea n a l y s i so fa l g o r i t h m s ，t oe n s u r et h em e t h o di s r i g h t ，w es i m u l a t et h e p r o c e s so fc h a n n e lc o d i n g m u l t i p l e x i n ga n dd e c o d i n g d e m u t i p l e x i n go ft d s c d m a f o ru p l i n kb a s e do nm a t l a b t h r o u g hs i m u l a t i o nr e s u l t ，t h et e c h n o l o g yo fc h a n n e l d e c o d i n ga n dd e m u l t i p l e x i n gf o ru p l i n ko fn o d ebr e c e i v e ri sp r o g r a m m e du s i n g m s c gi4 4 a d s t h e n ，w es e tu pat e s tp l a t f o r ma n dt h eb e r s n rp l o ti s p r e s e n t e d f i n a l l y ，w ed os o m ea n a l y s i so nt h er e s u l to fh a r d w a r er e a l i z a t i o n s i m u l a t i o na n dd e s i g no ft h i sp a p e ra sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ew h o l ef r a m eo f t d s c d m au p l i r t kb a s e b a n ds i g n a l p r o c e s s i n g ，b r i n gs o m ee x p e r i e n c e sa n dm a k e t e c h n i c a la c c u m u l a t i o nf o rf u r t h e rs t u d y k e y w o r d s ：t d s c d m a ，p h y s i c a ll a y e r , c h a n n e lc o d i n ga n dm u l t i p l e x i n g ，c h a n n e l d e c o d i n ga n dd e m u l t i p l e x i n g i i 图目录 图目录 图2 1 无线接口协议体系结构。5 图2 2 物理信道格式7 图2 3t d s c d m a 子帧结构8 图2 4t d s c d m a 帧结构上下行对称分配示图9 图2 5t d s c d m a 帧结构上下行不对称分配示图9 图2 6 突发结构9 图3 1 上行链路发送端符号级处理流程1 2 图3 2 卷积编码器1 6 图3 3 状态p c c c 编码器的结构l7 图3 4 第一交织后速率匹配总体方框图2 l 图4 1v i t e r b i 译码算法流程图2 9 图4 2t u r b o 码译码器组成结构框图2 9 图4 3s i s o 译码器框图3 l 图4 4 传输信道模型框图3l 图4 5 瓯( s ) 和成( j ) 的递推示意图一3 5 图5 一l 上行链路物理层仿真系统框图一3 8 图5 2 上行链路编码复用模块仿真，4 l 图5 31 2 2 k b p s 业务在传输信道上的处理流程一4 2 图5 43 4 k b p s 控制信息在传输信道上处理流程4 4 图5 51 2 2 k b p s 和3 4 k b p s 业务复用过程示例4 4 图5 - 6 符号级处理仿真系统框图：4 6 图5 7 传输信道编码复用及解码解复用过程误码率性能一4 7 图5 8c a s el 和c a s e3 信道情况下c h i pr a t e 不同的误码率性能4 8 图5 - 9c h i pr a t e 结合传输信道编解码复用解复用的仿真系统误码率性能4 9 图6 一lm s c 81 4 4 芯片外观。5 0 图6 2m s c 8 1 4 4 内部架构5 l 图6 3s c 3 4 0 0 内核子系统结构框图一5 1 图6 - 4c o d e w a r r i o r 界面5 2 v i 图目录 图6 5m s c 8 1 4 4 a d s 板以及对应u s b 下载线5 3 图6 6 接收端解码解复用模块5 4 图6 。7 解码解复用过程实现流程图5 5 图6 8 接收端解码解复用模块工程文件目录5 6 图6 - 9 解码解复用控制函数流程图5 7 图6 10 解码解复用控制函数接口5 8 图6 一l l 物理信道解映射流程图5 8 图6 一1 2 解第二次交织模块流程图5 9 图6 一1 3 比特解扰模块流程图6 0 图6 14 传输信道解复用流程图一：6 0 图6 一i5 速率解匹配模块流程图6l 图6 1 6 卷积码速率匹配模块流程图6 2 图6 一l7 第一次解交织流程图6 3 图6 18 信道解码模块流程图? 6 3 图6 一1 9 卷积码格图中的蝶形图6 4 图6 2 0 限制长度为9 的v i t e r b i 回溯原理6 5 图6 2lv i t e r b i 译码在d s p 上实现的流程图：6 6 图6 2 2t u r b o 码译码流程6 7 图6 2 3c r c l 6 解码模块流程图k 6 8 图6 2 4m s c 8l4 4 上实现的解码解复用过程测试框图6 9 图6 2 5m s c 8 1 4 4 上实现的解码解复用过程误码率图6 9 图6 2 6m s c 814 4 单核多核选择7 0 图6 2 7 上行链路基带接收端系统测试框图7 l 图6 2 8 基带系统s n r 与b e r 的关系7 2 图6 2 9c h i pr a t e 系统测试框图7 3 图6 3 0c a s e i 条件下系统性能对比一7 3 图6 3lc a s e 3 情况下系统性能对比7 4 v i i 表目录 表目录 表2 一l 突发中每个数据块包含的符号数，1 0 表2 2 突发各个部分的内容一1 0 表3 一l 第一次交织列置换规则2 0 表3 2 来自无线帧分块的可选比特模式一2 3 表3 3t r c h 无线帧初始校验比特类型2 4 表3 - 4 第二次交织列间置换模式2 7 表5 一l 上行链路仿真各传输信道参数4 1 表5 2 衰落信道模型参数4 l 表5 3 上行链路基带仿真参数一4 9 表6 一l 解码解复用模块代码情况6 1 表6 2 解第二次交织模块代码情况6 3 表6 3 比特解扰模块代码情况6 4 表6 4 传输信道解复用代码情况6 6 表6 5 第一次交织列置换方式6 9 表6 6 划分4 区域时，软信息变换对应关系( 定点存储) 7 1 表6 7d s p 中两种译码实现的性能比较。一7 3 表6 8 传输信道解复用之前的各模块占用c y c l e 数7 7 表6 - 9 传输信道解复用之后各传输信道d t c h 模块的c y c l e 数7 7 v i i i 缩略词表 n o d e b i d e l l l 2 l 3 r r c m a c u u u t r a n r l c s a p f e c t 心h d c h t c h d c c h u p p t s d w p t s g p s f c r s r b e r q p s k w c d m a s n r c r c 0 v s f u e u l t d s c d 0 压a 缩略词表 n o d e b 基站 i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i o r m e n t 集成开发环境 p h y s i c a ll a y e r 物理层 d a t al i n kl a y e r 数据链路层 n e t w o r kl a y e r 网络层 r a d i or e s o u r c ec o n t r o l 无线资源控制 m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 媒质接入控制 ui n t e r f a c ei nam o b i l en e t w o r k 移动用户网络接口 u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k 通用陆地无线接入网 r a d i ol i n kc o n t r o l 无线链路控制 s e r v i c ea c c e s sp o i n t服务访问点 f o r w o r de r r o rc o r r e c t i o n 前向纠错码 t r a n s p o r tc h a n n e l传输信道 d e d i c a t e dc h a n n e l 专用信道 t r a f f i cc h a n n e l 业务信道 d e d i c a t e dc o n t r o lc h a n n e l 专用控制信道 u p l i n kp i l o tt i m es l o t 上行导频时隙 d o w n l i n kp i l o tt i m es l o t 下行导频时隙 g u a r dp e r i o d 保护时隙 s p r e a d i n gf a c t o r 扩频因子 c h i pr a t e 码片级处理 s y m b o lr a t e 符号级处理 b i te r r o rr a t e 误比特率 q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g 四相相移键控 w i d e b a n dc d m a 宽带码分多址 s i g n a lt on o i s er a t i o 信号信噪比 c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k 循环冗余校验 o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r 正交可变扩频因子 u s e re q u i p m e n t用户终端 u p l i n k上行链路 t i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n o u sc o d e 时分一同步码分多址 d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s - d ( - 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 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作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 日期：刁年f 月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 斟 导师签 日期： 第一章绪论 第一章绪论 如今移动通信已进入3 g 时代，即第三代移动通信技术。它由国际电联在1 9 8 5 年提出。先后有国家提出了w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 以及t d s c d m a 。t d s c d m a 是时分同步码分多址技术，由中国的大唐电信集团提出，在2 0 0 0 年5 月被国际电 联承认并采纳为第三代移动通信系统的三大国际主流标准之一。 本章首先介绍了t d s c d m a 系统的提出及发展前景，然后对t d s c d m a 系 统的特点进行了简单的探讨。 1 1 t d s c d m a 系统的概述 t d s c d m a 标准的提出是我国技术创新的一次重要体现。在国际通信领域， 它为我国争取了荣誉，与此同时，彻底改变了完全由国外通信协议标准占领市场 的局面，为本国的通信事业的发展带来了前所未有的机会和挑战。而且， t d s c d m a 系统的实现将带动相关产业的迅猛发展，构建成硬件、软件，实现和 维护相结合- 的产业群体，必然会带动本国经济的跨越式发展f 1 1 。 到目前为止，第三代移动通信技术共有四个主流的国际标准：欧洲和日本共同 提出的w c d m a ，美国提出的c d m a 2 0 0 0 ，中国提出的t d s c d m a 以及最后加 入的w i m a x 。 从经济、技术、市场、潜力以及支持度等角度，会发现，在未来中国的第三 代移动通信技术发展中，t d s c d m a 系统相比其他协议将会是最有竞争力和最具 规模的系统，具有极为广阔的前景【2 】。 第一，从经济效益来看，通信产品的市场之争实际上是技术标准之争。由于 中国没有自己的标准，更缺少核心技术专利，在建设第一代和第二代移动通信系 统的过程中，必须采用国外的专利，从而付出了上百亿美元的知识产权费。 t d - s c d m a 标准的提出为我国通信产业在未来通信世界中的发展创造了良好的机 遇。因为，t d s c d m a 网络由中国建立和发展，不会基于其他国外的技术标准， 仅知识产权费就将节约至少上百亿美元，而且有助于本国企业的发展。 第二，从技术先进性来看，t d s c d m a 技术与其他主流标准相比具有较为明 显的优势，本章第二节中做详细介绍。 电子科技大学硕士学位论文 第三，从中国通信产业的市场规模和潜力来看，可认为，中国的通信市场潜 力是两倍于欧洲市场以及美国市场和日本市场的总和，显然这是非常巨大的，会 对整个通信世界的格局产生影响。 第四，t d s c d m a 标准得到了中国政府和国内外各界人士的大力支持。政府 的投资以及人员的投入。 如今t d s c d m a 产业链基本已经成熟。2 0 0 9 年1 月，中国3 g 牌照的发放， 标志着t d s c d m a 商用的正式启动【引。 可以看出在起步阶段，t d s c d m a 系统的成本以及支持度优势就己显示出来。 而且把它交由中国移动通信公司来承担此业务，相信会有更好的发展。 1 2t d s c d m a 系统的主要特点 t d - - s c d m a 系统全面满足i m t 2 0 0 0 的基本要求。采用不需配对频率的t d d ( 时分双工) 工作方式，以及f d m 价d m a c d m a 相结合的多址接入方式。同时 使用1 2 8 m c p s 的低码片速率，扩频带宽为1 6 m h z 。 t d s c d m a 系统还采用了智能天线、联合检测、同步c d m a 、接力切换及自 适应功率控制等诸多先进技术1 4 】。 ( 1 ) 上行同步 在c d m a 移动通信系统中，下行链路总是同步的。所以一般所说同步 c d m a 都是指上行同步，即要求来自不同距离的不同用户终端的上行信号能 同步到达基站。特别是对t d d 的系统，上行同步能够给系统带来很大的好处。 它极大的提高了c d m a 系统容量和频谱利用率，同时，简化了硬件结构，降 低了成本。 ( 2 ) 低码片速率 t d s c d m a 系统中规定的码片速率为1 2 8 m c h i p s p s ，为w c d m a 系统中 码片速率的三分之一，使得接收机处理的数字信号量大大降低，极大的减小 了系统设备成本。而且利于采用软件无线电技术，提高系统移植性。还能够 在目前高性能的d s p 上采用智能天线，多用户检测，m i m o 等新技术来降低干 扰和提高容量。 ( 3 ) 智能天线 在基于c d m a 技术的移动通信系统中，采用智能天线技术可以提高系统 容量、减少用户间干扰、扩大小区的覆盖范围、提高网络的安全性以及实施 2 第一章绪论 用户定位等。所以于智能天线将在第三代和三代后移动通信系统中获得广泛 的应用。采用智能天线技术后必将影响到网络的许多功能，如无线资源管理 和移动性管理等。由于空间角度成为可利用的资源，所以在对系统资源进行 分配和管理时，既要考虑最大限度地利用系统容量，又要协调好各种资源之 问的相互关系，以便最大限度地降低用户之问的干扰，只有这样才能保证系 统的整体性能达到最优状态。由于资源类型的增加，特别是空间角度资源的 引入，系统的资源分配和管理算法比传统的移动通信系统要复杂得多，其难 度也大。因此，智能天线对系统无线资源管理的影响是非常复杂的，有关这 方面的课题将是未来移动通信技术领域研究的重点和热剧5 1 。 ( 4 ) 接力切换 t d s c d m a 系统中的切换是为保证移动用户通信的连续性或者基于网 络负载和操作维护等原因，将用户从当前的通信链路转移到其它小区的过程。 切换过程是无线资源管理功能中的重要一部分。用户终端在最初的小区 与网络实现连接之后，由于各种原因有可能离开这个小区的服务范围。 t d s c d m a 系统中的切换过程就是将用户终端的连接切换到其他小区，从而 使得通信服务不中断。t d s c d m a 系统切换的主要功能是通过相应的测量报 告及有关准则来维持通信链路的连接。 1 3 课题内容以及意义 论文研究内容是课题“t d s c d m a 上行链路基站物理层系统在d s p 上的设计 的一部分。课题来源是与某公司的合作。 第三代移动通信技术的最大特点是支持实时可变速率业务和非实时可变速率 业务等。这就需要系统把不同的业务复用在一起。 在t d s c d m a 系统中，为了提高系统性能，增加系统容量，同时灵活的复用 不同的业务，需要物理层做出相关处理。t d s c d m a 系统采用了较为完善的传输 信道编码复用方案，要求不同速率的业务必须经过相同的传输信道编码复用过程 处理后，形成系统规定的物理信道，才能在此物理信道上对数据进行扩频、加扰 以及调制等操作，然后把数据以适当的功率发送到无线信道。本论文将对 t d s c d m a 上行链路物理层系统中的核心技术之一的传输信道编码复用以及解 码解复用技术进行深入的研究。 论文中首先深入分析了t d s c d m a 系统的物理层通信标准。但标准中，传输 3 电子科技大学硕士学位论文 信道编码复用模块中的几个主要算法，如卷积码解码和t u r b o 码解码算法，并没 有做出严格的规定，对于不同的环境需要可以做不同的选择。因此，本文基于对 t d s c d m a 系统协议的研究，对上线链路传输信道编码复用以及解码解复用过 程划分具体模块，并按协议要求提出相应的算法。然后针对不同的算法仿真选择 后，建立上行链路的传输信道编码复用以及解码解复用仿真模型。最后对 t d s c d m a 系统上行链路解码解复用过程进行d s p 实现并做了相关测试。 1 4 论文的章节安排 论文主要涉及到t d s c d m a 上行链路物理层传输信道编码复用以及解码解 复用过程的m a t l a b 仿真与接收端传输信道解码解复用过程的d s p 实现。通过深 入分析t d s c d m a 系统的物理层协议以及上行链路传输信道编码复用过程，建 立了上行链路物理层系统传输信道编码复用以及解码解复用实现模型，对该模型 用m a t l a b 进行仿真，最后对接收端传输信道解码解复用过程进行了基于m s c 8 1 4 4 d s p 的实现。 第一章：介绍t d s c d m a 系统的提出、发展和意义，对论文涉及的内容以及 方法做了简单说明。 第二章：介绍了t d s c d m a 系统物理层系统的一些基本概念。 第三章：详细介绍和分析t d s c d m a 系统上行链路传输信道编码复用的协 议和各个模块的算法。 第四章：研究讨论了t d s c d m a 系统上行链路传输信道解码解复用中关键 模块。 第五章：首先介绍了项目中t d s c d m a 系统上行链路物理层系统的仿真，然 后对仿真中的上行链路传输信道编码复用以及解码解复用过程做了详细介绍，最 后给出了传输信道编码复用以及解码解复用过程和物理层系统的仿真结果。 第六章：介绍了项目采用的多核d s p 芯片m s c 8 1 4 4 ，然后对上行链路接收端 传输信道解码解复用过程中，各模块的d s p 实现进行了详细介绍，最后分析了传 输信道解码解复用过程的性能以及对整个系统的贡献。 第七章：对本文所研究的内容作了总结，并对课题下一步的研究提出了展望。 4 第二章t d s c d m a 系统的物理层 第二章t d s c d m a 系统的物理层 t d s c d m a 物理层与其他标准存在很大差异。本章将重点介绍t d s c d m a 系统的物理层相关内容。主要涉及到传输信道和物理信道的基本概念。 2 1 物理层功能 第三代移动通信系统的空中接口，由l l 、l 2 和l 3 组成，如图2 1 所示1 6 1 ： l 2 l 1 蚓 郦 啦 裂 逻辑信道 传输信道 图2 1 无线接口协议体系结构 物理层( l 1 ) 在空中接口中是最底层，主要对比特信息进行处理。 物理层与数据链路层( l 2 ) 的m a c 子层及网络层( l 3 ) 的r r c 子层相连。物理层 通过传输信道，把数据传向高层。传输信道仅仅是数据传输以及处理的载体。高 层对物理层进行控制。 为了提供准确的数据传输服务，物理层必须完成以下功台a t 6 1 ： 传输信道的前向纠错编解码； 传输信道复用解复用； 物理信道的加扰，调制扩频和解扰，解调解扩； 码组合传输信道到物理信道的映射； 宏分集的分集合并和切换； 发送功率控制； 频率和时钟同步； 5 电子科技大学硕士学位论文 r f 处理； u e 定位( 智能天线) ； 物理信道的功率控制； 速率匹配以及速率解匹配； 上行同步； 上行和下行波束成形( 智能天线) 。 当网络成员提供可兼容的承载业务时，它们应该能够成功地交互工作。然而， 相同的结构采用不同的实现方案，可能会导致u e 和网络之间的不兼容，应该避免 这种情况。 2 2 传输信道 传输信道作为物理层提供给高层的服务，通常分为公共传输信道和专用传输 信道。 公共传输信道：通常此类信道上的信息是发送给所有用户或一组用户的，但 是在某一时刻，该信道上的信息也可以针对单一用户，这时需要用用户设备的i d 进行识别； 专用传输信道：此类信道上的信息在某一时刻只发送给单一的用户，因此u e 是通过物理信道来识别的。 2 2 1 传输信道的一些相关概念 t d s c d m a 系统物理层中，不同业务数据的编码复用以及解码解复用过程 是在传输信道上进行的。在讨论该核一t 3 技术时，会涉及到一些有关传输信道的基 本概念，下面进行简单的说明1 7 j 。 传输块( t b ：t r a n s p o r tb l o c k ) ：物理层和上层之间，进行数据交换的最小单位， 其中包含比特数据，分为用户信息以及控制信息； 传输块集( t bs e t ) ：传输块的集合； 传输块长度( t bs i z e ) ：一个传输块中包含的比特个数； 传输时间间隔( t t i ：t r a n s p o r tt i m ei n t e r v a l ) ：传输块在传输信道上传输的周期 时间，一个传输块发送出去后，经过一个传输时间间隔才可发送另一个传输块。 ，丌i 在集合 1 0 m s ，2 0 m s ，4 0 m s ，8 0 m s 中取值。 6 一 第二章t d s c d m a 系统的物理层 2 3 物理信道 t d s c d m a 系统采用四层数据存储结构：无线帧、子帧、时隙和码道。数据 在物理信道上是按照t d s c d m a 系统规定的时隙结构存储的。不同的业务数据经 过传输信道编码复用处理后，映射到物理信道统一的时隙结构上，但时隙在子帧 中的配置会有所不同。时隙通过扩频码以及扰码对不同类型和不同用户信号的信 号进行区分，而且不同时隙可以传送上下行不同的数据，这样完成码分以及时分 复用技术。图2 2 给出了t d s c d m a 系统中物理信道上的存储信号格式瞵j 。 r a d i of r a m e ( 1 0 m s ) f r a m e # if r a m e # i + l s u b f r a m e ( 5 m s ) l j -l s u b f r a m e # 2 is u b f r a m e # 2 i + l 一 - - - _ ，- - ，- - - d w p t sg p u p p t s ( 7 5 u s )( 7 5 u s )( 12 5 u s ) 图2 2 物理信道格式 t d s c d m a 系统的物理信道首先被分配到无线帧中的特定时隙，然后进行发 送。无线帧的时隙分配可以是连续的，也可以是不连续，即每一帧的相应时隙都 可以分配给某物理信道或仅有部分无线帧中的相应时隙分配给该物理信道。物理 信道的时隙分配有相关的动态分配方案，可以高效的处理数据。 一个时隙上的物理信道由三部分组成：数据、m i d a m b l e 和保护时间间隔。它 的持续时间就是一个时隙。数据可以是用户数据或者是系统的控制信息。保护时 间间隔用于无线信道中m i d a m b l e 码的传输保护。一个发射机可以同时发射几个时 隙或者一个时隙的几个物理信道。几个物理信道的数据部分必须使用相同扩频因 - 7 - 电子科技大学硕士学位论文 子的不同正交扩频码扩频，但应使用相同的扰码加扰。物理信道中的m i d a m b l e 码 部分要使用同一个基本的m i d a m b l e 码，但可使用此基本m i d a m b l e 码产生的不同 m i d a m b l e 码。 时隙上的一个物理信道也叫一个突发，它的数据部分由信道码扩频后，再由 扰码加扰。信道码是一个正交扩频码，扩频因子可以取l ，2 ，4 ，8 或1 6 ，物理信 道中包含数据的多少与所用的正交扩频码的扩频因子有关。信道码主要用于区分 不同的用户，扰码用于区分用户所在的不同小区，突发中的m i d a m b l e 码长为 1 4 4 c h i p s 。 一个物理信道是由频率、信道码、时隙和无线帧分配来定义的。构造一个物 理信道的同时，就给出了它相应的初始结构。 1 2 8 m c h i p s d w p t s ( 9 6 c h i p s ) 转换点 r l 州t s tt s 2 tt s 3 t li t s 4t s o t s 毋t 5 图2 3t d s c d m a 子帧结构 2 3 1 t d s c d m a 系统的帧结构 在t d s c d m a 系统中，一个无线帧的长度为1 0 m s ，可以分成两个5 m s 的子 帧，每个子帧又分为6 7 5 u s 的7 个常规时隙和3 个特殊时隙：下行导频时隙、保护 间隔和上行导频时隙。时隙具有的物理内容取决于相应长度的突发，下行导频时 隙用于下行同步以及用户接入小区，上行同步导频时隙用于上行同步建立与保持， 保护时隙是上下行时隙的保护间隔1 6 1 。 如图2 3 所示，每个5 m s 的子帧都包含7 个常规时隙。这7 个时隙中，t s 0 时 隙总是分配给下行链路，t s l 时隙总是分配给上行链路。下行时隙把信息传给用户 终端，用户及时的在上行时隙做出回应，提高系统效率。这种帧结构对一些新技 术有很好的支持，如智能天线技术和上行同步技术。 图2 - 4 和图2 5 给出了对称分配时隙和不对称分配时隙，上下行链路的例子。 8 一 第二章t d s c d m a 系统的物理层 图2 4t d s c d m a 帧结构上下行对称分配示图 图2 - 5t d s c d m a 帧结构上下行不对称分配示图 2 3 2 突发结构 突发结构分为两种：不包含控制信息的结构和包含控制信息的结构。如图2 6 则是包含控制信息t p c 以及s s 的突发结构。常规的突发结构包含两个长度为 3 5 2 c h i p s 的数据块、一个长度为1 4 4 c h i p s 的m i d a m b l e 码和一个长度为1 6 c h i p s 的 保护时间间隔。两个数据块的总长度为7 0 4 c h i p s ，所采用的扩频因子决定了突发中 包含的数据符号数，对应关系如表2 1 所示。突发中各部分内容如表2 2 所示。 图2 - 6 突发结构 表2 1 突发中每个数据块包含的符号数 扩频因子( q )每个数据块符号数( n ) l3 5 2 21 7 6 48 8 84 4 1 62 2 9 电子科技大学硕士学位论文 表2 - 2 突发各个部分的内容 码片号区域长度区域长度区域内容 ( c n ) ( c h i p 数目) ( s ) 0 - 3 5 13 5 22 7 5 数据 3 5 2 4 9 51 4 41 1 2 5m i d a m b l e 4 9 6 8 4 73 5 22 7 5 数据 8 4 8 - 8 6 3 1 6 1 2 5 保护间隔 突发结构中的m i d a m b l e 码，用于信道估计和功率控制，并且在上行同步保持 中发挥着重要的作用。在同一个小区内，到达基站的同一个时隙的不同用户，采 用的m i d a m b l e 码均由一个基本m i d a m b l e 码循环移位得到。每个基本m i d a m b l e 是 相互正交的。 t d s c d m a 系统中，基本的m i d a m b l e 码长为1 2 8 c h i p s ，共有1 2 8 个，按不同 的小区分为3 2 组，每组4 个。 2 4 小结 本章介绍了t d s c d m a 系统物理层的一些基础概念，对传输信道和物理信道 结构进行了详细的说明，为传输信道编码复用以及解码解复用过程分析打下理论 基础。 1 0 第三章t d s c d m a 系统物理层传输信道编码复用 第三章t d s c d m a 系统物理层传输信道编 i _ q 复用 上一章介绍了t d s c d m a 系统物理层的一些基本概念，并且对传输信道和物 理信道的结构进行了说明。本章详细分析了t d s c d m a 系统上行链路物理层传输 信道的复用编码以及码组合传输信道到物理信道映射协议，为传输信道编码复用 以及解码解复用过程仿真工作和d s p 实现打下理论基础。 3 1 传输信道编码复用过程 为了提高系统性能和对多种不同业务进行传输，最后形成系统规定的数据存 储结构，t d s c d m a 系统的物理层在传输信道上需要对用户或者系统控制数据进 行编码和复用处理，然后再映射到物理信道对应的时隙位置上进行加扰，扩频与 调制。 t d s c d m a 系统物理层传输信道编码复用过程主要包括c r c 校验、传输块 级连和码块分割、信道编码、第一次交织、无线帧均衡、无线帧分割、速率匹配、 传输信道复用、第二次交织、比特加扰、传输信道到物理信道的映射等步骤。整 个过程处理的数据是以传输时间间隔町i 为周期、按数据类型分类的传输块。经 过处理后，数据成为以5 m s 无线子帧为结构，存储在不同时隙物理信道上的比特 序列，再经过加扰、扩频和调制发送出去一j 。 t d s c d m a 系统中物理层传输信道编码复用过程，分为上行链路和下行链路 两种情况。上行链路是数据在用户终端进行传输信道编码复用后发往基站端，下 行链路是数据在基站端进行传输信道编码复用后发往用户终端。上、下行链路的 处理细节稍有不同，但总的过程是一致的。本文将以上行链路为例进行分析。 上行链路传输信道编码复用过程的的具体步骤如图3 1 所示。 传输信道编码复用过程实质上是把原始发送数据变为安全可靠的且符合 t d s c d m a 系统标准存储结构的数据流，然后映射到一个或多个物理信道。 。 不同的业务，在一个传输时间间隔里，每