（通信与信息系统专业论文）wcdma系统ue端广播信道解码的研究与设计.pdf

摘要 摘要 w c d m a 作为第三代移动通信系统空中接口的主导技术之一，其终端的发展一 直被认为是w c d m a 产业链上的一个瓶颈。虽然近几年w c d m a 终端的爆炸式发 展已经吸引了很多的消费者，但是其终端在芯片功耗方面、与系统对异频硬切换和 同频硬切换的支持方面，以及w c d m a 与g s m g p r s 之间的异系统切换等方面仍 存在不足。 为了能够尽可能的降低w c d m a 终端基带芯片的功耗，并使其支持快速硬切换 以及异系统间切换，本论文基于现有的硬件算法和软硬件接口，以工程实践设计为 准绳，理论为依据，将w c d m a 系统u e 端广播信道解码的软件调度算法划分为三 部分并按照前后关联的循序进行研究与设计。 第一部分，针对帧号同步过程进行分析、研究与设计；为了设计出性能稳定的 帧号同步调度算法，本论文将其引入到下行时域同步流程中去分析和设计，在研究 其他文献中关于下行时域同步过程的基础上提出了“下行时域同步数据库”概念， 并优化了下行时域同步算法的设计；基于这种优化后的下行时域同步算法，重新设 计了帧号同步调度算法，并在调试开发环境中对该调度算法进行验证。 第二部分，针对s i b 块解码调度算法进行分析、研究与设计；在对s i b 块解码 调度算法设计之前，分析了高通公司s i b 模块的设计，并在其设计的基础上结合实 际情况提出了能够使硬件资源利用率相对提高的“非持续性s i b 块解码调度算法”， 并在调试环境中对该调度算法进行功能验证和硬件资源利用率的分析。 第三部分，为了降低s i b 块解码过程中多径干扰的影响，引入“峰值跟踪合并 算法，然后结合3 g p p2 5 1 0 1 协议中对于多径环境下b c h 解码性能的要求，对“峰 值跟踪合并算法 的性能进行分析，验证其在降低多径干扰影响方面的有效性。 关键词：w c d m a ，s i b ，帧号同步，峰值合并，b c h 解码 a b s t r a c t a b s t r a c t w c d m aa r et h ea i ri n t e r f a c eo fo n eo fl e a d i n gt e c h n o l o g yi nt h et h i r dg e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w h o s et e r m i n a lh a sa l w a y sb e e nc o n s i d e r e dt o b ea b o t t l e n e c ki nt h ed e v e l o p m e n to f w c d m a i n d u s t r yc h a i n w c d m at e r m i n a l se x p l o s i v e g r o w t hi nr e c e n ty e a r s ，h a sa t t r a c t e dal o to fc o n s u m e r s ，b u tb e c a u s eo ft h et e r m i n a li n c h i pp o w e rc o n s u m p t i o n ，a n d h a r ds w i t c h i n gb e t w e e ni n t r af r e q u e n c ya n di n t e rf r e q u e n c y , a sw e l la sw c d m aa n dg s m g p r sf o rt h es w i t c h i n gb e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m s ，t h e r e a r es t i l li n s u f f i c i e n t i no r d e rt or e d u c et h ep o w e rc o n s u m p t i o no fw c d m ab a s e b a n dc h i pa n dm a k ei t h a r dt os u p p o r tr a p i ds w i t c h i n ga n dt h es w i t c hb e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m s d e s i g no f e n g i n e e r i n gp r a c t i c ea sac r i t e r i o n ，b a s e do nt h e o r y , t h i sp a p e r , b a s e do nt h ea l g o r i t h m so f h a r d w a r ea n di n t e r f a c eb e t w e e nh a r d w a r ea n ds o f t w a r ew h i c hh a se x i s t e d ，r e s e a r c ha n d d e s i g no nt h es c h e d u l e i n ga l g o r i t h mo fu e s i d eb r o a d c a s tc h a n n e ld e c o d i n gi nw c d m a s y s t e m ，i na c c o r d a n c ew i t ht h eo r d e r l yc o n d u c tb e f o r ea n da f t e rt h er e l a t e d ，w h i c hi s d i v i d e di n t ot h r e ep a r t s t h ef i r s tp a r t ，a n a l y s i s ，r e s e a r c ha n dd e s i g nf o rt h ep r o c e s so ff l a m en u m b e r s y n c h r o n i z a t i o n ；i no r d e rt od e s i g ns t a b l ea l g o r i t h mo ff r a m en u m b e rs y n c h r o n i z a t i o n , t h i sp a p e ri n t r o d u c e t h ep r o c e s so fd o w n l i n ks y n c h r o n i z a t i o ni nt h et i m ed o m a i nt o a n a l y z ea n dd e s i g nt h ep r o c e s so ff r a m en u m b e rs y n c h r o n i z a t i o n ，b a s e do nt h es t u d yo f o t h e rl i t e r a t u r eo nt h ep r o c e s so ft h ed o w n l i n ks y n c h r o n i z a t i o ni nt i m e d o m a i n ，t h i sp a p e r a d v a n c et h ec o n c e p to f ”d o w nt i m e - d o m a i ns y n c h r o n o u sd a t a b a s e a n dt h e no p t i m i z et h e a l g o r i t h mo fd o w n l i n ks y n c h r o n i z a t i o no ni nt i m ed o m a i n ，r e - d e s i g nt h ef r a m en u m b e r s y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h m ，a n dd e b u gt h i ss c h e d u l i n ga l g o r i t h mo nt h ed e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t t h es e c o n dp a r t ，a n a l y s i s ，r e s e a r c ha n dd e s i g nf o rt h es c h e d u l i n ga l g o r i t h mo fs i b b l o c kd e c o d i n g b e f o r ed e s i g n i n gt h es c h e d u l i n ga l g o r i t h mf o rs i bb l o c kd e c o d i n g ，t h i s p a p e ra n a l y s et h ed e s i g no fs i bm o d u l et oq u a l c o m m ，a n dt h e nb a s eo nt h e a c t u a l c o n d i t i o n sa n di t sd e s i g n ，t h i sp a p e rd e s i g n ”n o n - p e r s i s t e n ts c h e d u l i n ga l g o r i t h mf o rs d 3 b l o c kd e c o d i n g ”w h i c hc a nb em a d et ob r i n gr e l a t i v e l yh i g hu t i l i z a t i o no fh a r d w a r e r e s o u r c e a f t e r w a r d sv a l i d a t e i n gt h es c h e d u l i n ga l g o r i t h ma n da n a l y s i n gt h eu t i l i z a t i o no f h a r d w a r er e s o u r c eb a s e do nt h i ss c h e d u l i n ga l g o r i t h mi nt h ed e b u g g i n ge n v i r o n m e n t t h et h i r dp a r t ，i no r d e rt or e d u c ei n f l u e n c eo ft h e m u l t i - p a t he n v i r o n m e n ti n i i a b s t r a c t t h ep r o c e s st os i bb l o c kd e c o d i n g ，t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c et h e ”p e a kt r a c k i n g m e r g i n ga l g o r i t h m , a n dt h e nc o m b i n e dw i t ht h ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so f3 g p p 2 5 1 0 1p r o t o c o lf o rm u l t i - p a t he n v i r o n m e n tb c hd e c o d i n g ，a n a l y z ea n dp r o v et h a t ”a l g o r i t h mo fp e a kt r a c k i n gc o m b i n e d ”i se f f e c t i v e n e s si nr e d u c i n gt h ei m p a c to ft h em u l t i p a t hi n t e r f e r e n c e k e yw o r d s ：w c d m a , s i b ，f r a m en u m b e rs y n c h r o n i z a t i o n , p e a km e r g e r ，b c hd e c o d e r 1 1 1 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 2 0 世纪2 0 年代，现代移动通信技术开始发展，到2 0 世纪7 0 年代，移动通信 各方面的相关技术己经形成了一定的储备。迈进2 1 世纪，随着网络，数据和多媒体 通信的迅猛发展，需要移动网络能够提供数字化、智能化、综合化、个人化的服务， 在这样的背景下，第三代移动通信技术应运而生。 国际电信联盟( i t u ) 在2 0 0 0 年5 月确定w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 以及w i m a x 四大主流无线接口标准，写入3 g 技术指导性文件2 0 0 0 年国际移动 通讯计划( 简称i m t - - 2 0 0 0 ) 1 1 。t ds c d m a 是由我国提出，并享有自主知识 产权的方案，因而受到国家的重视。欧洲提出的w c d m a 则是为了实现与g s m 网 络的兼容和从g s m 平滑过度到3 g 系统而设计的。我国现有的移动通信用户也绝大 多数是g s m 网络用户。移动运营商在部署3 g 的时候，期望能够实现与现有的系统 兼容和平滑过度，以节约投资。因此，w c d m a 对于我国是一个具有竞争力的候选 方案。 w c d m a 全名是w i d e b a n d c d m a ，它的数据传输速率支持3 8 4 k b p s 到2 m b p s 不等，并且即使在高速移动的状态，也可提供3 8 4 k b p s 的传输速率，而在低速或者 室内环境下，其传输速率可高达2 m b p s 2 1 。目前g s m 系统只能传送9 6 k b p s ，并且 固定线路m o d e m 也只有5 6 k b p s 的速率，因此w c d m a 可以看做是无线的宽带通 讯。 w c d m a 作为第三代移动通信系统空中接口的主导技术之一，其终端的发展一 直被认为是w c d m a 产业链上的一个瓶颈。虽然w c d m a 的终端的爆炸发展已经 吸引了很多的消费者，但是其终端仍然存在待机时间短、操作复杂、在视频电话类 业务互通方面，部分终端和系统对异频硬切换和同频硬切换的支持方面，以及 w c d m a 与g s m g p r s 之间的切换功能等方面的不足，因此全面解决芯片功耗、 电源技术存储、操作系统以及传输标准问题，提出完整的终端芯片性能优化方案，这 些都为后续w c d m a 终端研发提出了严峻的考验。 1 2 国内外研究状况 目前w c d m a 终端基带芯片供应商主要有高通、爱立信、德州仪器、飞思卡尔， 此外还有英飞凌、杰尔和博通。下面简要介绍各个公司w c d m a 终端基带芯片的发 重庆邮电大学硕士论文 展情况。高通在w c d m a 市场不断推出领先的h s d p a 芯片，已有3 8 款基于 m s m 6 2 7 5 和m s m 6 2 8 0 芯片组的h s d p a 手机正在研发设计中，并且它还宣布将推 出可以同时支持g s m 、g p r s 、u n i t s 和c d m a 2 0 0 0 的基带芯片，这将是首个横跨 两个主流3 g 标准网络的基带处理器m s m 7 6 0 0 。爱立信的w c d m a 终端基带芯片 很早就已经商用了，爱立信和高通是最早提供商用w c d m a 终端基带芯片的公司。 飞思卡尔很早就研发成功w c d m a 终端基带芯片，现在已推出h s d p a 终端基 带芯片。而在w c d m a 市场没有抢到第一波客户的英飞凌和杰尔，想以低廉的价格 将h s d p a 终端芯片推向大众市场，杰尔提出了价格低于1 5 0 美元的h s d p a e d g e 手机方案( 速率为3 6 m b p s ) ，而英飞凌则提出了要让采用其h s d p a 方案的手机( 速率 为7 2 m b p s ) 能在最短的时间，以最简便地方式设计和制造出来。想在w c d m a 市 场以低价格取胜的还有博通公司，该公司表示推出的第二代w c d m a e d g e 方案， 可使w c d m a 手机成本降至1 0 0 美元以下，且集成对移动电视的支持等众多多媒体 功能。目前博通公司已发布了7 2 m b p s 的h s d p a 终端基带芯片b c m 2 1 5 2 。【3 】【4 】 华为海思是国内最早开始设计w c d m a 终端芯片的公司，2 0 0 4 年即立案，2 0 0 5 年开始在中芯国际流片。然而，功耗与稳定性的问题一直不能解决，无奈之下，华 为只能先发展对功耗的要求低很多w c d m a 数据卡芯片，目前华为的w c d m a 数 据卡芯片已开始在华为的数据卡中试用。然而，华为仍未放弃对w c d m a 手机芯片 的努力。 中兴通讯的w c d m a 终端芯片状态与华为类似。中国的设备厂商要设计出能商 用的w c d m a 终端芯片仍有较长的路要走，功耗是最大的问题。习惯网络侧芯片开 发的这两家公司，对于终端芯片、特别是手机芯片的开发仍处于学习阶段。 可见w c d m a 终端芯片发展，无疑国外的公司走在前面，而中国最大的两家 w c d m a 终端厂商中兴与华为在该方面的研发仍处于起步阶段。对我国来说，加强 对3 g 及其后续演进技术的研发投入已经上升到国家战略的高度，w c d m a 终端特 别是终端芯片成为制约w c d m a 发展的瓶颈。加强对w c d m a 终端特别是终端芯 片的研发力度，对于w c d m a 发展壮大至关重要。b 3 g 4 g 时代的移动终端将是多 模移动终端，对我国来说加强对多模移动终端芯片的体系架构进行研究，开发出具 有自主知识产权的芯片对我国移动终端事业的发展具有特别重要的意义。【5 】【6 】【7 】 w c d m a 终端基带芯片技术发展到现在，虽然已有一定程度的成熟性，但目前 对于b c h 解码性能优化的研究在国内外仍未有标准的方案。高通公司在w c d m a 终 端基带芯片领域的技术上比其它对手至少领先2 年，目前他已做出单芯片的 h s d p a h s u p a 方案，将以前的四颗芯片解决方案( 一个基带芯片，一个电源管理芯 片，两颗射频芯片) 变成一颗，可以看出其终端基带芯片的设计已经相对比较成熟和 稳定。高通基带芯片在对b c h 解码的设计上，将其单独的作为一个模块即s 模块。 2 第一章绪论 其s i b 模块主要负责以下工作：帧号同步维护、收集当前小区所必需的s i b ；收集临 近小区的s i b ：提供接口使r r c 层内的各个模块可以访问这些s i b 的内容：监控这些 s i b 的内容，当发生改变时，及时进行更新；将收集的s i b 信息存储到数据库中，以 便于u e 再次进入该小区时能重用这些信息。 这种存储和快速查询方式的s i b 模块的设计提高了s m 块的利用率，减少了读取 邻区或者服务小区的s i b 块的次数，因此高通在读取s i b 块的调度方式上的设计也比 较简单，采用的是“持续帧解码 ，而其他几家国内外的终端芯片开发公司的方案 也多半沿袭了这种设计理念。但是由于芯片设计架构的不同，功能子模块的设计也 会有很大的差异，如何结合实际情况设计出符合要求的b c h 解码模块成为本文研究 的重点。 1 3 研究意义 移动通信系统的发展给移动终端的设计带来越来越大的挑战，因此需要研究移 动终端的设计复杂性。移动终端的性能和成本主要体现在芯片上特别是基带芯片上， 移动终端的研发重点是终端基带芯片。w c d m a 终端基带芯片为了完成初始小区驻 留、连接状态下的小区状态监测以及小区切换与重选，必须进行b c h ( 广播信道) 的解码以得到完成上述功能所必需的参数，比如：测量控制信息，公共物理信道的 配置参数，n a s 系统信息，小区选择和重选以及硬切换和异系统间切换的参数等。 可见，广播信道解码是终端实现小区驻留、注册网络、小区重选、切换甚至建 立连接发起业务的基础，是实现最重要的工作之一。为了适应复杂多变的无线环境， 实现在复杂的无线系统中的异频硬切换和同频硬切换以及w c d m a 与g s m g p r s 之间的切换功能，l i e 经常需要从网络侧获取大量的广播信息，而无线通讯中固有 的频偏、衰落、径生灭等各种不利因素对b c h 解码的误块率有很大的影响，因此 如何降低b c h 解码的误码率，如何优化解码的调度算法以提高效率、降低功耗， 已经成为w c d m a 终端技术研究的重点之一，具有重要意义。 因此本课题的研究意义在于： 研究和改进w c d m a 系统l i e 端帧号同步过程的软件调度算法，以实现快 速而稳定的帧号同步，减少l i e 切换和重选的时间； 研究和改进s i b 块解码的调度算法，以提高对硬件的利用率，降低w c d m a 基带芯片的功耗。 针对无线通信中的多径衰落对b c h 解码的影响，引进峰值跟踪合并算法， 用以有效的降低多径衰落环境下b c h 解码的误块率，提高硬件利用率，加快广播 信息的获取时间，降低芯片功耗。 3 重庆邮电大学硕士论文 1 4 论文的结构 本论文研究的主要内容是研究设计w c d m a 系统的广播信道解码，包括硬件算 法说明和软件的调度实现。全文共分五章，其中第一章就课题背景，w c d m a 系统 下b c h 解码的国内外的发展现状以及研究意义进行说明。第二章则主要介绍了 w c d m a 系统f d d 模式下的物理层标准，主要侧重下行链路公共信道的描述。 第三章对b c h 解码的硬件算法进行描述，包括r a k e 合并，级联方式，v i t e r b i 解码等。通过这一章的描述，可以熟知下行数据流的处理过程，为后面基于该硬件 设计的软件调度算法的设计打下基础。 第四章为本文的重点，本章针对毕业设计过程中用到的开发和调试环境，包括 基站，e v b 板，测试软件等进行了简要描述。然后将b c h 解码软件调度功能划分 为三部分并按照前后关联的循序进行阐述。 对下行时域同步过程中的帧号同步过程进行分析、研究和设计；在对帧号 同步调度算法进行设计之前，分析了其他文献中关于下行时域同步过程设计的优缺 点，在其设计的基础上提出了“下行时域同步数据库”概念，优化了下行时域同步 算法的设计；基于这种优化后的下行时域同步算法，重新设计了帧号同步调度算法； 并在调试开发环境中对该调度算法进行验证。 s i b 块解码调度的分析、研究与设计，在对s i b 块解码调度算法设计之前， 研究了高通公司s i b 解码模块的设计，并在其设计的基础上结合实际情况提出“非 持续性s i b 块解码调度算法 ，并在调试环境中对该调度算法进行功能验证和性能 分析。 为了降低s i b 块解码过程中多径干扰的影响，引入“峰值跟踪合并算法， 然后结合3 g p p2 5 1 0 1 协议中对于多径衰落环境下b c h 解码性能的要求，对加入“峰 值跟踪合并算法 后的b c h 解码b l e r 进行分析。首先引用了本项目组算法人员 基于现有的硬件设计( 未加入多径跟踪合并) ，在协议规定的信道环境下对b c h 解 码误块率进行仿真的结果；然后在协议中规定的多径干扰的信道环境下，利用调试 环境对加入“峰值跟踪合并算法 后在b c h 解码的误块率进行统计，并将其与算 法仿真的结果进行比对，从而验证其抗多径干扰的有效性。 第五章论文总结与展望，总结了论文获得的成果，遇到的困难，将来的改进。 4 第二章w c d m a 系统的物理层描述 第二章w c d m a 系统的物理层描述 为了便于分析w c d m a 系统的下行链路的信道解码技术，本章对w c d m a 系 统的f d d 模式的物理层标准做了简要介绍。本文参考3 g p p 关于w c d m a 系统的 物理层技术标准( t s 2 5 系列) 。篇幅所限，本章只介绍了与本论文密切相关的主要 内容，具体细节可参考相关文献【8 】- 【1 2 1 。 2 1w c d m a 系统下行物理信道 本节介绍了与b c h 解码相关的物理信道，包括：主同步信道( p s c h ) 、从同 步信道( s s c h ) 、主公共导频信道( p c p i c h ) 、主公共控制物理信道( p c c p c h ) 。 并在最后一小节对这四个物理信道的帧定时关系进行了描述。 2 1 1 公共导频信道c p i c h c p i c h 为固定速率( 3 0 k b p s ，s f = 2 5 6 ) 的下行物理信道，用于传送预定义的比特 符号序列。 c p i c h 的结构如图2 1 。 6 。c “晒s ，2 i 二二 s l o t 舯 s l o t 撑l s l o t 撕s l o t # 1 4 i r a d i of r a m e ：t f = 1 0 m s 。 图2 1c p i c h 帧结构 在小区的任意一个下行信道上使用发射分集( 开环或闭环) 时，两个天线使用相 同的信道化码和扰码来发射c p i c h 。在这种情况下，对天线1 和天线2 来说，预定 义的符号序列是不同的。 c p i c h 又分为基本公共导频信道p c p i c h 和辅助公共导频信道( s c p i c h ) ，它 们的用途不同，区别仅限于物理特性。p c p i c h 为如下信道提供相位参考：s c h 、 基本c c p c h 、a i c h 、p i c h 、a p - a i c h 、c d c a - i c h 、c s i c h 和传送p c h 的辅助 5 重庆邮电大学硕士论文 c c p c h 。s - c p i c h 信道可以作为只传送f a c h 的s - c c p c h 信道和或下行d p c h 的相位基准。如果是这种情况，高层将通过信令通知l i e 。 2 1 2 基本公共控制物理信道( p c c p c h ) 基本c c p c h 为一个固定速率( 3 0 k b p s ，s f = 2 5 6 ) 的下行物理信道，用于传输b c h 。 与下行p d p c h 的帧结构的不同之处，在于没有t p c 指令，没有t f c i ，也没有导频 比特。在每个时隙的前2 5 6c h i p s 内，p - c c p c h 不发射。在这段时间内将发射同步 信道( s c h ) ，其帧结构如图2 2 所示： 2 5 6 c h i p s _ 卜 d a t a 1 8 b i t s 5 6 。c h i p l ! ! ! 二二一 s l o t 粕s l o t 撑ls l o t 撑is l o t # 1 4 1 r a d i of r a m e ：t f = 1 0 m s 图2 2p - c c p c h 帧结构 2 1 3 同步信道s c h 同步信道( s c h ) 是一个用于小区搜索的下行链路信号。s c h 包括两个子信道， 基本同步信道p s c h 和辅助同步信道s - s c h 。s c h 的帧结构如图2 3 所示： ： s l o t 加 ： s l o t 襻1 ： s i o t # 1 4 ： ： 斟s 洲围围囤 糊s 洲冈冈 冈 i i 一1 一j -i +： ： ：2 5 6 c h i p s ： 卜丽耐 ； l 一个1 0m ss c h 无线帧 图2 3 同步信道( s c h ) 的结构 基本s c h 包括一个长为2 5 6 码片的调制码，上图中用岛来表示每个时隙发射 一次。系统中每个小区的p s c h 是相同的。辅助s c h 重复发射一个有1 5 个序列的 调制码，每个调制码长为2 5 6 c h i p s ，与基本s c h 并行进行传输。 6 第二章w c d m a 系统的物理层描述 2 1 4 下行物理信道帧定时 以上介绍的下行信道的定时关系如图2 4 ，图中可以看出c p i c h 、p s c h 、s s c h 和p b c h 这几个物理信道是同步的。 p 掣 f r a m e ( 1 0 m s ) ； p s c h 臣三 二二二二二二二二二二互三二二二二二二二二二 在一帧数据中，。；加是互斥的 s s c h 叵 二二i 二二二置二嚣 p b c h ； 图2 4 下行物理信道的帧定时 2 2w c d m a 系统下行链路扩频与调制 物理信道上的扩频包括两个过程，第一个是信道化，它将每一个数据符号转换 为若干码片，同时增加了信号的带宽。第二个过程是加扰，在扩频信号上再加一层 扰码。 2 2 1 扩频 图2 5 描述了除了s c h 信道以外的所有下行链路物理信道的扩频，也就是 p c c p c h ，s c c p c h ，c p i c h ，a i c h ，p i c h ，p d s c h 和下行d p c h 信道。 每一对连续的两个符号在经过串并转换后分成i 路和q 路，分路原则是偶数编 号的符号分到i 路和奇数编号的符号分到q 路。除了a i c h 信道以外的所有信道， 编号为o 的符号定义为每一帧的第一个。对a i c h 信道，编号为o 的符号定义为每一 接入时隙的第一个。i 路和q 路通过相同的实数值的信道码c c h ，s f m 扩频到指定的码 片速率，实数值的i 路和q 路序列就变为复数值的序列，这个序列经过复数值的扰 7 重庆邮电大学硕士论文 码s d l ，i i 进行加扰处理。对于p c c p c h 信道，扰码用于p c c p c h 信道的帧边缘，也 就是说，扩频的p - c c p c h 帧的第一个复数码片和扰码的0 相乘。对于其它的下行 链路，加扰与p c c p c h 信道相同。 除了s c h 信道以 外的所有下行链路 物理信道 j 图2 5 除了s c h 信道以外的所有下行链路物理信道的扩频 对于下行链路的信道组合通过图2 6 所示的方式进行。 s 魄 图2 6s c h 和p - c c p c h 信道的扩频和调制 每一个复数值的扩频信号，加权用加权因子g i 进行加权。复数值的p - s c h 和 s - s c h 信道，分别用加权因子g p 和g s 进行加权，所有的下行链路物理信道进行复 数加组合在一起。 下行信道化采用正交可变扩频因子码( 0 i v s f ) ，其最大扩频因子可以是5 1 2 ， 这种码用于保持用户不同物理信道之间的正交性。正交可变扩频因子码( o v s f ) 可以用图2 7 的码树来定义。 8 第二章w c d m a 系统的物理层描述 q 0 图2 7 用于产生正交可变扩频因子码( 0 v s f ) 的码树 在图2 7 中，信道化码被唯一的定义为c c h , s f , k ，这里s f 是码的扩频因子，k 是 码的序号，0 k s f 1 。 码树的每一级定义了长度为s f 的信道化码，对应于图2 3 的扩频因子s f 。 信道化码的产生方法定义为： c c h ，1 , 0 = 1 ，式( 2 1 ) 陵州乏乞h ：二 榴 c 曲。2 ( 。+ 1 ) ，2 ( 。+ 。) 2 c c j l 。2 ( 。+ i ) 2 ( 。+ i ) 一l r u d i 2 “。o f 、 o 曲，2 。o ( 、 u 曲2 。i r 。c 。2 。i r o c 。2 “，2 _ 一l r o 西2 。2 一i r u 曲2 ，o r 。c h 。2 月。o r u c h 。2 。i f 、 o 曲2 “，l f 、 o 西，2 ，2 一l r u 曲，2 2 一t 每一个信道化码字的最左边的值对应于最早发射的码片。 2 2 2 加扰 式( 2 3 ) 扰码在信道化处理之后使用，以使的由不同发射机产生的信号可以区分，从而 使得上行链路中来自不同用户的信号和下行链路中来自不同节点的信号可以分离。 u t r a nf d d 中的扰码是复数码，于是加扰的过程由符号与符号的复数乘组成。如 图2 8 所示。在接收机端，通过用扰码序列的复共轭乘以接收序列而对之解扰。值 9 o l 2 3 + + + + 一 ， 2 2 2 2 曲 曲 曲 曲 c c c c 重庆邮电大学硕士论文 的一提的是信道化步骤在i 路和q 路的处理是分离的，并且两个支路最终的码片进 行结合以形成扰码处理前的复符号。下行扰码共有2 i s _ 1 = 2 6 2 ，1 4 3 个编号为 0 2 6 2 1 4 2 ，但并不是所有的扰码都可以用。下行扰码共分成两部分，一部分是含 5 1 2 扰码的基本扰码组，另一部分含1 5 个扰码的辅助扰码组，基本扰码包括n = 1 6 水 i 个扰码i = 0 5 1 1 ，第i 阶备用扰码包括1 6 i + k 的扰码，k = - i 1 5 。在基本扰码和 1 5 个辅助扰码之间有一一对应的关系，第i 个基本扰码对应于第i 个辅助扰码。 基本扰码又可以分成6 4 个扰码集，每个扰码集中有8 个基本扰码组，第j 个扰 码集包括的扰码为1 6 8 勺+ 1 6 k ，这里j = 0 。6 3 和k = 0 7 。每一个小区只分配一个基 本扰码，p c c p c h ，p c p i c h 信道，p i c h ，a i c h ，a p a i c h c d c a - i c h ，c s i c h 和传送p c h 的s - c c p c h 总是用基本扰码来发射。其余的下行物理信道既可以用基 本扰码也可以用和小区相关的备用扰码。 加扰解扰 q c 0 = c i j c 2 j 图2 8 加扰和解扰过程 在上行链路中，定义了两种类型的扰码序列：长码和短码。如在下行链路中的 情形，长扰码是由g o l d 序列的两段3 8 4 0 0 个码片的实序列组成的复序列。短扰码 序列是由周期性扩展s ( 2 ) 码族的两个码组成的复序列。在这种情况下，码的长度为 2 5 6 个码片，它周期性地重复直到达到要求的3 8 4 0 0 个码片以对一个无线帧加扰。 2 2 3 调制 调制过程将基带加扰的码片转换为可以通过天线以相应的载频发射的物理信 号。在下行链路，通过扩频产生的复数值码片用q p s k 方式进行调制，如图2 9 。 发射脉冲成型滤波器是频域中滚降系数a = o 2 2 的根升余弦滤波器，这导致天 线输出端的总带宽为3 8 4 x1 0 6 码片秒x ( 1 + a ) = 4 6 7 m h z 。 经过调制之后，信号被放大到理想的发射功率电平，这取决于功率控制机制。 对于移动终端，定义了不同的功率等级，其范围从2 1 到3 3 d b ，并且最小的功率电 平为5 0 d b m 。 1 0 第二章w c d m a 系统的物理层描述 通过扩频产生的复 数值码片序歹0 嘶t ) 2 3 信道编码与复用 图2 9 下行链路调制 一s i n ( o ) t ) 从m a c 到达物理层的数据流( 传输块传输块集) ，要经过编码过程，以便在 无线传输链路上进行传输。信道编码方案由差错检测、纠错、速率匹配、交织、映 射和分段组成。 如图2 1 0 ，到达编码复用单元的数据以传输块集的形式传输，在每个传输时间 间隔传输一次，传输时1 8 - ia 日- j 隔从集合 1 0i n s ，2 0m s ，4 0m s ，8 0m s r 鲰值。 2 3 1 添加c r c 校验 传输块的差错检测是通过附加的循环冗余校验c r c 来提供。c r c 长为 2 4 ，1 6 ，1 2 ，8 或0 比特。每个传输块t r c h 使用的c r c 长度由高层信令给出。 整个传输块被用来计算每个传输块的c r c 校验比特。校验比特的产生来自下 面的一个循环生成多项式： g c r c 2 4 ( d ) = d 2 4 + i y 3 + d 6 + d 5 + d + 1 g c r c l 6 ( d ) = d 均+ d 忆+ d 5 + 1 g b r c l 2 p ) = d 1 2 + d 1 1 + d 3 + d 2 + d + 1 g c a c f f d ) = d 5 + d 7 + d 4 + d + d + 1 式( 2 9 ) 在一个传输块中传递给层1 的比特用。，口拥：，口拥，口觚来表示，校验比特用 p 拥。，p m 2p 蛔，p 砒。来表示，a i 为传输块t r c hi 的长度，m 为传输块的编号，l i 是奇偶比特的长度，它的取值将根据高层信令来取值，可以为2 4 ，1 6 ，1 2 ，8 或o 。 编码以系统码的形式进行， 下面的多项式 重庆邮电大学硕士论文 口拥l d 4 + 2 3 + 口拥2 d 4 + 2 2 + + 口柚，d 2 4 + p 加1 d 2 3 + p 拥2 d 2 2 + + p 加2 3 d 1 + p 拥2 4 式( 2 1 0 ) 除以 3 c r c 2 4 ( d ) 产生的余数等于o ； 下面的多项式 口拥1 d 4 + 1 5 + 口拥2 d 4 + 1 4 + + 口m 。d 1 6 + p 妇l d l 5 + p 拥2 d 1 4 + + p 加1 5 d 1 + p 拥1 6 式( 2 1 1 ) 除以g c r c l 6 ) 产生的余数等于0 ； 下面的多项式 口拥l d 4 + 1 1 + 口蛔2 d 4 + 1 0 + + 以砒d 1 2 + p 函，1 1 d 1 1 + p 拥2 d 1 0 + + p 拥l l d l + p 拥1 2 式( 2 1 2 ) 除以g c r c l 2 ) 产生的余数等于o ； 下面的多项式 口自，1 1 d 4 + 7 + 口钿2 d 4 + 6 + + 口加“d 8 + p 拥l d 7 + p 拥2 d 6 + + p 拥7 d 1 + p 拥8 式( 2 1 3 ) 除以g c r c f f d ) 产生的余数等于0 。 如果m ，= 0 ，即没有传输块进入c r c 校验单元，则不需要附加c r c 校验比特： 如果m i 0 ，即有传输块进入c r c 校验单元，但是传输块为空块( 即a i = 0 ) ， 则可以根据高层指示增加2 4 、1 6 、1 2 、8 或0 个校验比特，这些附加比特值为0 。 附加了c r c 后的比特用，k 2 ，k 3 ，；来表示，其中b i 砥+ l i 。a 4 m k 和b i m k 之间的关系为： = a i , s kk = 1 ，2 ，3 ，a i 饥眦- - 气( 厶+ l - ( t 一4 ) ) k = + 1 ，a i + 2 ，a i + 3 ，a i + l i 式( 2 1 4 ) 2 3 2 传输块的级联和码块分段 在一个t t i 中的所有传输块都是顺序级联起来的。如果在一个传输时间间隔 ( t t i ) 中的比特数比z 大，那么在传输块的级联后将进行码块分段。码块的最大尺 寸根据传输信道( 眦h ) 使用卷积编码、t u r b o 编码或不编码而定。 传输块的级联 输入到传输块级联的比特用k 。，6 拥：，k ，来表示，其中i 为传输信道 ( t r c h ) 号，m 为传输块号，而易为每个块中的比特数。在传输信道( 玳h ) i 上的传输块数用尬来表示。级联后的比特用z n ，而：，而，工弼来表示，其中j 为传 输信道( t r c h ) 号，而且x i = m i b i 。 1 2 d 订，d f 2 e l l , 白2 ， 图2 1 0 下行信道编码与复用过程 各参数间的关系定义如下： x 彘2b i l k k = 1 2 b i x i a = b i 。心k b 1 ) k = b i + 1 b i + 2 。2 b i = 岛，3 ，( t 一2 岛) 七= 2 b i + j ，2 b l + z ，蛆 1 3 o - - - il：i；j c r ca 位a c h m e n t ，。，b r 。占，j t r b kc o n c a t e na t i o n co d eb l o c ks e g m e n t a t i o n 毛j c h a n n e lc o d i n g ，j ra d i of r a m ee q u a li s a t i o n 重庆邮电大学硕士论文 x i k 互b i 舢肚删i 1 ) b i ) k = 似f - 1 ) s f + j ，似f 一1