（信号与信息处理专业论文）wcdma+turbo码译码器sova算法的研究.pdf

w - c d m at u r b o 码译码_ ： s o v a 算法的研究 摘要 第三精移动通信中可承载业务种类的增加对信道编码提出了更高的要求。由 于t u r b o 码具有接近s h a n n o n 极限的优异的纠错性能，降低了系统对接收端信噪 比s n r 的要求，即在接收信噪比较小的时候就可以获得很低的误码率，因此在 宽带移动通信i m t 2 0 0 0 体系中得到广泛应用。但同时，译码的复杂度也被大大 的提高，对t u r b o 译码器的硬件实现造成了一定的困难。因此，近年来，人们一 直致力于寻找一种既能保证译码性能，又有利于硬件实现的译码算法。目前t u r b o i i 弓的译码算法主要分为两大类：m a p 和s 0 v a ，人们对简化译码算法的探索也 正是沿着这两条思路进行的。本文主要针对w - c d m a 中定义的t u r b o 编码器， 集中于对s o v a 译码算法和它的各种改进版本的探讨。 为说明信道编码在整个移动通信系统中的位置和作用，本文首先阐述了移动 通信系统和移动信道的特性，以及t u r b o 码编译码器在w c d m a 物理层中的具 体应用。然后重点介绍t u r b o 码编译码器的结构、原理，以及m a p 和s o v a 译 码算法的洋细的推导过程，并结合3 9 p p 协议中所定义的t u r b o 码编码器，通过 大量的软件仿真，从理论与仿真结果两方面进行了详细的性能分析。性能分析包 括：迭代次数对性能的影响、s n r 对性能的影响、内部交织器帧长对性能的影 响、译码深度对性能的影响、不同的交织器对性能的影响以及不同s o v a 算法在 计算量与存储量方面的对比。以上这些分析的目的是为最后的硬件实现寻找最适 合的算法，选取最合理的参数。最后，同样也是通过软件仿真，确定硬件定点计 算时所采用的精度，并简要描述了w - c d m a 中t u r b o 码译码器s o v a 算法的硬 件实现结构。 关键词：信道编码、s 0 v a 、w c d m a 、3 g p p ，t u r b o a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ev a r i o u sn e ws e r v i c e ss u p p o s e db y3 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s ，c h a n n e l c o d i n gt e c h n o l o g ym e e t sag r e a tc h a l l e n g e f o r t u n a t e l y ，an o v e l c l a s so fc h a n n e lc o d e sr e f e r r e dt oa st u r b oc o d e sc o m e so u t ，w h i c hh a sb e e ns h o w nt o b ec a p a b l eo fp e r f o r n f i n gc l o s et ot h es h a n n o nl i m i t t h a te x c e l l e n tp e r f o r m a n c e m a k e si te a s i e rf o rar e c e i v i n gs y s t e mt od e c o d eal o ws n rs i g n a la tl o wb e r s oi t h a sb e e nb r o a d l ya p p l i e di ni m t 2 0 0 0s y s t e m aw i d eb a n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m h o w e v e lt h eh i g hc o m p l e x i t yo fd e c o d i n ga l g o r i t h mo ft u r b oc o d e sm a k e si t d i 衢c u l tt ob er e a l i z e db yh a r d w a r et h e r e f o r e p e o p l ec o r n m i tt h e i r s e l v e st of i n d i n ga d e c o d i n ga l g o r i t h mw h i c hh a sb o t ha ne x c e l l e n tp e r f o r m a n c ea n dal o wc o m p l e x i t y c u r r e n t l y t h e r ea r et w oc l a s s e so ft u r b od e c o d i n ga l g o r i t h m ：m a pa n ds o v a a n d t h a tg i x ，e st w od i r e c t i o n sf o rt h ei m p r o v e dv e r s i o no ft t t r b od e c o d i n ga l g o r i t h m s 、h i c hc o m p r o m i s et h ep e r f o r m a n c ea n dt h ec o m p l e x i t y t h i sp a d e rf o c u s e so n a l g o r i t l n n sb a s e do ns o v af o rt h et u r b oe n c o d e rd e f i n e di nw c d m as t a n d a r d s ( t s 2 5 2 1 2 ) i no r d e rt om a k ec l e a rw h e nt oi m p l e m e n tc h a n n e lc o d i n ga n dw h i c hr o l ei tp l a y s w - c d m a t u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 ic o m m e n c ew i t hab r i e fi n t r o d u c t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h e c h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l ec h a n n e la n dt h ea p p l i c a t i o no ft h r b oc o d e si n ，- c d m a p h y s i c a l l a y e r a n dt h e nm o v eo nt od e s c r i b i n gt h ef o r mo f t i 】r b oe n c o d e ra n dd e c o d e r a n dt h ed e d u c t i o n so fm a pa n ds o v aa l g o r i t h m a f t e ra ne x h a u s t i v ea n a l y s i s it h e n e l a b o r a t eo nt h ep e r f o r m a n c e so fv a r i o u ss o 溺d e c o d i n ga l g o r i t h m sb a s e do nal a r g e n u m b e ro fs o f t w a r es i m u l a t i o n s t h o s ep e r f o r m a n c ea n a l y s e si n c l u d et h ei n f l u e n c eo f t h ei t e r a t i v en u m b e r , t h es n r ，t h ef r a m el e n g t h ，t h ed e c o d i n gd e p t h ，t h ei n t e r l e a v e r a n dt h ea d o p t e da l g o r i t h mt ob e r ( b i te r r o rr a t e ) a n dt h e nac o m p a r a t i v es t u d yo n t h ec o m p l e x i t yo f e a c ha l g o r i t h mi sm a d e t h ep u r p o s eo ft h o s ea n a l y s e si st of i n dt h e b e s ta l g o r i t h mf i tf o rh a r d w a r e 、a sw e l la si t sp a r a m e t e r s l a s t l y 、t h ep r e c i s i o no f h a r d w a r ef i x e dp o i n t c o m p u t a t i o ni s d e c i d e db y 1 a r g eq u a n t i t i e s o fs o f t w a r e s i m u l a t i o n a n dt h ea r c h i t e c t u r eo fw c d m at l l r b od e c o d e rr e a l i z e db yas o v a a l g o r i t h mo nf p g ai sb r i e f l yd e s c r i b e di nt h ee n d ， k e yw o r d s ：c h a n n e lc o d i n g ，s o v a ，w - c d m a ，3 g pp t u r b o i i w - c d m a t u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 绪论 自1 9 7 8 年美国的贝尔实验室成功开发出a m p s 系统，移动通信开始投入商 用以来，移动通信得到迅猛的发展，截至2 0 0 2 年6 月底，世界手机用户已达1 0 1 3 亿。然而，随着移动信的发展和移动电话用户的增加，单靠现有的技术、现有的 系统以及现有的频段的第一代和第二代移动通信系统已不能适应移动通信的发 展规模和用户增长速度的需求。人们除了语音之外，更渴望随时随地的获取数据、 视频、图像等多媒体业务信息。这些都需要更高频谱利用率以及更大容量的移动 通信系统的出现。这些动力加速了第三代移动通信系统的研究和发展。 以宽频带和多样化服务为主要特征的第三代移动通信系统，除了能提供高品 质的语音服务之外，更要能够提供及时的多媒体的数据传输服务。i t u 规定第三 代移动通信无线传输技术的最低要求为： 1 快速移动环境( f d d ：5 0 0 k m h t d d ：1 2 0 k m h ) ，最高速率达1 4 4 k b i f f s ； 2 ，室外到市内或步行环境( 3 0 k m h ) ，最高速率达3 8 4 k b i f f s ： 3 室内环境( 3 k m h ) ，最高速率达到2 m b i f f s 。 目前的第三代移动通信技术主要有三种：w - c d m a 、c d m a 2 0 0 0 以及 t d s c d m a 。其中w - c d m a 由欧洲与日本共同提出，遵循3 g p p 规范：c d m a 2 0 0 0 由北美和韩国共同提出，遵循3 g p p 2 规范；t d s c d m a 由中国提出，遵循c w t s 的规范。 w - c d m a 在技术上具有以下的特色：服务项目多样化、频率使用效率高、 覆盖面积广、系统容量高、传输技术成熟等，并可提供1 4 4 k 2 m b p s 可调整的信 息传输速率，可同时提供语音及数据传输服务。为了配合现有的g s m 系毓， w c d m a 系统还可以与现有的g s m 系统兼容。在w - c d m a 系统和g s m 系统 的结合下，通过双模手机就可以让手机在不同系统间漫游。 在3 g p p 中，w - c d m a 系统包括u t r af d d 及t d d 两种模式，因为使用 5 m h z 的频带，因此称之为宽带c d m a 系统。w c d m a 系统也可称为u t r a n ( 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 ) 。 在对不同的无线蜂窝系统进行比较时，焦点话题往往是物理层。物理层的结 构直接影响无线链路的性能，同时也直接决定了用户终端与交换设备的复杂度。 第三代c d m a 系统虽然提高了系统性能，但采用了多种先进技术，如软交换、 分集、功率控制、信道编码、多用户检测技术等等。正是由于这些关键技术的存 在，才使得c d m a 的网络特性得到充分的发挥。这些技术也是w - c d m a 协议 框架范围内对系统性能有重要影响的技术，如果没有这些关键技术，w c d m a 将达不到预期的目标。 本文将对w c d m a 系统中的关键技术之一t u r b o 码技术进行详细的论述。 本文共分为四章。第一章简要介绍了移动通信系统的组成、移动信道的特征和抗 干扰技术。第二章简要介绍了w c d m a 物理层协议t s 2 5 2 1 2 信道复用与编码部 分。第三章是对t u r b o 编译码技术的讨论。其中，对s o v a 译码算法给出了详细 的推导过程、算法描述与性能分析。第四章是对s o v a 算法译码器硬件设计的描 述，包括定点计算精度的确定。 w - c d m at u r b o 码译码= ； s o m a 算法的酬究 第一章移动通信系统概述 第一节数字移动通信系统的组成 当前的移动通信系统为数字通信系统，通常数字通信系统的组成如图1 1 1 所示： 编码信道 爿调制器 一 信道 - 4 解调器1 图1 1 1 数字通信系统模型 其中，信源编码器是把信源发出的消息如语音、图像、文字等转换成为二进 制( 或多进制) 形式的信息序列，并且为了使传输有效，还去掉了一些与传输信 息无关的多余度( 有时为了保密，信源编码器后还可接上加密器) 。为了抗击传 输过程中的各种干扰，往往要人为地增加一些多余度，使其具有自动检错或纠错 能力，这种功能由图中的信道编码器即纠错码编码器来完成。调制器的作用是把 纠错码送出的信息序列通过调制器，变换成适合于信道传输的信号。数字信号在 信道传输过程中，总会遇到各种干扰而使信号失真，这种失真信号传输到接收端 的接收机进行解调，变成二进制( 或多进制) 信息序列。由于受到信道干扰的影 响，该信息序列中可能已有错误，经过信道译码器即纠错码译码器对其中的错误 进行纠正，再通过信源译码器( 以及解密器) 恢复成原来的消息发给信宿。信宿 可以是人或计算机。 由于研究侧重点的不同，图1 1 1 还可进一步简化成图1 1 2 所示系统模型。 其中，信源包括原来的信源和信源编码器，其输出是二进制( 或多进制) 信息序 列。信道是包括调制器、实际信道和解调器的广义信道( 又称编码信道) ，它的 输入和输出通常是二进制( 或多进制) 数字序列。信宿包括原来的信源译码器和 信宿。这个简化模型通常用于纠错码的研究。本文所进行的探讨均基于这个简化 模型。 w - c d m a t u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 第二节移动信道 图1 , 1 2 数字通信系统简化模型 信道是信息传输的途径，也是通信系统模型中的一个重要的组成部分。移动 信道是移动通信所面临的一个重要客观条件，因此对移动信道的分析是解决移动 通信中各种关键技术的前提。 移动信道属于无线信道，它不同于传统的有线信道，也与一般的固定接入无 线信道有所区别。它除了具有所有无线信道的特点外，还具有接收机随机移动性 的新特点。只有认真的分析和掌握了移动信道的特点与实质，才能针对所存在的 问题提出适当的技术解决方案。 1 2 1 移动信道的衰落与时变特性 首先来看看理想的无线信道模型一加性高斯白噪声( a w g n ) 信道，其信号 在自由空间中传播，没有物体吸收或反射其能量，而信号能量的衰减只与经历的 路径有关。在这样的理想自由空间传播模型中，接收信号与发射信号的关系可以 由路径损耗因子( 或自由空间损耗因子) l 。( d ) 来确定。当接收天线为全向天线 时，该因子可以表示为： “妒( 等 2 ：， 其中，d 表示发送机和接收机之间的距离，兄是信号的波长。在这种理想传 播情况下，接收信号功率是可以预估的。 但是，在大部分实际的移动通信系统中，移动信道具有传播的开放性、接收 点环境的复杂性和多样性以及接收机的随机移动性等特点，信号在传播过程中还 具有直射波、反射波、衍射波和散射波等形式。因此，信号从发送端到达接收端 可能通过多个反射路径传播，结果使接收信号的幅度，相位和到达角度都发生变 化，从而出现多径衰落现象。图1 2 1 显示了衰落信道的总体图。它主要分为两 大类衰落：大尺度衰落和小尺度衰落。任何在大范围移动信道环境中传播的信号 都必将受到这两种衰落的联合影响。 w - c d m at u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 图1 2 1 移动信道衰落分类 1 大尺度衰落 如图1 2 1 中模块1 、2 和3 所示，大尺度衰落代表了由于接收机在大区域内 的移动引起的信号衰落，包括路径传输损耗和信号均值的变化。其中路径传输损 耗是指信号在空间传播过程中所产生的损耗，它反映了传播在宏观范围的空间距 离上的接收信号电平的变化趋势。而信号均值的变化是由于信号在传播路径上受 到建筑物及山丘等障碍物的阻挡所产生的阴影效应而引入的损耗。一般服从对数 正态分布，且变化较慢。 2 小尺度衰落 小尺度衰落是指当接收机在作小范围空间移动时信号幅度和相位所发生的动 态变化。由于接收信号由多条反射路径和一个无反射的分量组成，小尺度衰落信 号幅度符合莱斯( r i c i a n ) 概率密度分布，被称为莱斯( r i c i a n ) 衰落。而当无 反射分量幅度接近为零时，莱斯( r i c i a n ) 概率密度分布近似为瑞利( r a y l e i g h ) 分布。 由于无线信号受多径传播的影响，经过不同反射路径到达接收端的时间不 同，造成了接收点信号在时间上的扩散。这样的时间扩展机制在时域上表现为多 径延迟扩展，在频域上表现为信道的相干带宽磊。从时域上分析，可以用最大 时延扩展时间，和码片时间z 的关系区分两种不同的衰落模型：频率选择性衰 落和非频率选择性衰落。当t 。 t 时，为频率选择性衰落。这种衰落引入码间干 扰( i s i ) ，但是这种码间干扰是可以通过r a k e 接收机消除的。当五， w ( 或者l 厶时，信号则受到慢衰落的影响。 w - c d m at u r b o 码译码器s o v a 算法的1 1 ) f s e 1 2 2 抗衰落的解决方法 1 2 2 1 抗频率选择性衰落可采用的技术 1 自适应均衡技术，通过对信道引入的码间干扰进行补偿，将时延扩展引起的 信号能量分散重新进行聚集。由于信道的时变特性，这样的均衡器一般都具 有自适应能力。判决反馈均衡器( d f e ) 、最大似然序列均衡器( m l s e ) 都 属于这类技术。 2 扩频通信技术，扩频通信系统由于其扩频序列自相关性的特点，本身就具有 抗频率选择性衰落的能力。 3 正交频分复用( o f d m ) 技术，主要是将信号通过相互正交的载波进行传输，来 降低信号速率，使每个载波上的信号带宽都小于相干带宽，来避免频率选择 性衰落。 4 。导频辅助技术，通过接收已知信号的信息来为接收端提供信道状态信息。 1 2 2 2 抗快衰落可采用的技术 1 使用非相干或差分调制方式。 2 信道编码和交织技术，通过交织技术将有记忆的突发差错信道改造为无记忆 的随机独立信道，使纠错编码能够有效的降低接收端对接收信号的s n r 的要 求。本文所详细讨论的t u r b o 码技术即为一种具有优异性能的信道编码技术。 1 2 2 3 抗平坦衰落和慢衰落可采用的技术 针对平坦衰落和慢衰落引起的s n r 恶化，可以通过纠错编码技术来降低接 收端对于接收信号s n r 的要求或者采用各种分集技术为接收端提供各自独立的 信号分量以提高接收信号的s n r 。分集技术包含时间分集、频率分集、空间分 集和角度分集等方式。 第二章w - c d m a 物理层简介 第一节w c d m a 空中接口协议结构 w c d m a 系统主要由3 g p p 协议进行规范，分为f d d 和t d d 两种无线传 输模式。3 g p p 协议描述了u u 网络参考点处用户设备( 也称移动终端) 和无线网络 之问空中接口的有关标准。根据o s i 参考模型，空中接口可以划分为三层模型。 第一层是物理层，主要由t s 2 5 2 x x 协议进行规范；第二层是链路层，主要由 t s 2 5 3 x x 协议进行规范；第三层是网络层，主要由t s 2 5 4 x x 协议进行规范。 w - c d m a t u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 。8 7 。”嚣l - - 1radio r e s o u r c e c o n t r o l ( r r c ) l a y 眦耋卜一 咖引8 三堇兰 l o g i c a lc h a n n e l s t r a n s p o r tc h a n n e l s 图2 13 g p p 空中接口协议框架 图2 1 给出了u t r a ( u m t s t e r r e s t r i a l r a d i o a c c e s s ) 空中接口的协议框架。物 理层与第二层的媒体接n ( m a c ) 子层相连接，还与第三层的无线资源控制子层相 连。不同协议层之间通过业务接入点交换信息。物理层承载来自m a c 的各种传 输信道，m a c 子层与无线链路控制( r l c ) 子层之间交换不同的逻辑信道。整个 物理层受r r c 子层的控制。 第二节传输信道与物理信道 2 2 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，描述了如何在空中接口上传 送特定的数据，分为两大类： 1 专用信道：对应于特定的移动终端； 2 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。 2 2 1 1 专用传输信道 w - c d m a 系统中只有种专用传输信道，即d e d i c a t e dc h a n n 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。 2 2 1 2 通用传输信道 w - c d m a 系统中存在六种通用传输信道： 1 b c h ( b r o a d c a s tc h a n n e l ) b c h 信道是下行传输信道，用于广播系统的或特定小区的有关信息。b c h 信道总是在整个小区中广播，具有单独的传送格式。 2 ，f a c h ( f o r w a r da c c e s sc h a n n e l ) f a c h 信道是下行传输信道，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。f a c h 信道可以使用慢速功率控制， 3 p c h ( p a g i n g c h a n n e l ) w - c d m at u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 寻u 乎信道是下行传输信道，在整个小区中传播。p c h 信道与物理层生成的寻 呼标记相关联，可以支持睡眠模式的处理。 4 r a c h ( r a n d o ma c c e s sc h a n n e l ) 随机接入信道是上行传输信道，总是从整个小区中接收。r a c h 信道具有碰 撞特性，可以采用丌环功率控制。 5 c p c h ( c o m m o np a c k e tc h a n n e i ) c p c h 是上行传输信道，与承载功率控制和命令字的下行专用信道相关联。 c p c h 信道存在初始接入碰撞，采用内环功率控制。 6 d s c h ( d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ) d s c h 是由几个移动终端u e 共享的下行传输信道，与一个或几个下行d c h 相关联。d s c h 在整个小区或采用波束成形技术覆盖的部分小区中传播。 2 2 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( oo r7 c ，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 时隙：一个时隙由2 5 6 0 个码片组成。 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 2 2 。2 1 上行物理信道 1 上行专用物理信道( d e d i c a t e du p l i n kp h y s i c a lc h a n n e l s ) 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 ld 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 ) 。 2 上行共用物理信道( c o m m o nu p l i n kp h y s i c a lc h a n n e l s ) 1 ) p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l 俨尼4 c 仞? 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 d a l o h a 接入方式，与特定的捕获标记有关。 2 ) p h y s i c a lc o m m o np a c k e fc h a n n e l 伊c p c h ) jp 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。 2 2 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 ) 。 1 下行专用物理信道( d e d i c a t e dd o w n l i n kp 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 w - c d m at u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 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 ( 可选) ) 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。 2 下行共用物理信道( c o m m o nd o w n l i n kp h y s i c a lc h a n n e l s ) 1 ) c o m m o np i l o tc h a n n e lr c p 伦1 4 ) ? c p i c h 信道是固定速率信道( 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 ya 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。 2 ) n f 琊口c o m m o nc o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e lr 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。 3 ) s e c o n d a r yc o m m o nc 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 ) js c c p c h 用于承载 f a c h 和p c h 信道。 4 ) s y n c h r o n i s a t i o nc h a n n e l ( s c h ) js 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 ds e c o n d a r ys c h 。 5 ) p h y 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 ) jp d s c h 承载下行共享信道 d s c h 。 6 ) 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 似i c h ) ja 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。 7 1c p 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 阳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。 毽、c p c hc o n s i o nd e t e c t i o n c h a n n e l a s s i g n m e n t i n d i c a t o rc h a n n e l ( c d c a 圮4 ) ；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 ) 。 9 ) p a g i n gm c a m 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。 1 0 ) c p c hs t a t u si n 讲c a m 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 h a p a i c h 信道关联。 w c d m at u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 2 2 3 传输信道向物理信道的映射 d c h r a c h c p 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 t r 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 np a c k e tc h a r u l 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 ) b c h p r i m a r yc o m m o nc 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 ) = “= 歹7 & 。岫汇” “州。k 蛔”“幅c 凹佣 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 td o w n l i n ks 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 t ( a p a t 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 t u si n d i c a t o rc h a n n e l ( c s i c h ) c o l l i s i o n d e t e c t i o n c h a n n e l - a s s i g n m e n ti n d i c a t o r c h a n n e l ( c d c a i c h ) 图2 2 3 传输信道向物理信道的映射 第三节编码与复用 物理层接收到上层数据后，对其进行一系列处理，映射到物理信道。上下行 物理链路的编码与复用过程基本相同。本节先对上行链路的编码与复用进行介 绍，然后再对下行链路中不同之处加以阐述。 2 3 1 上行链路的编码与复用 图2 3 1 所示为上行链路的编码复用过程，每个虚线框表示一个t t i 的传输 块的处理流程。具体步骤如下： 1 c r c ( c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ) 校验 c r c 校验用于数据比特的校验和数据误块率的统计。每个传输时间间隔 ( t t i ) 内，数据以传输块的形式到达c r c 处理单元。首先信息数据通过c r c 生成器加上生成的c r c 比特，c r c 比特的数目可以为2 4 ，1 6 ，1 2 ，8 或0 ，具 体所加的c r c 比特数由上层根据传输信道承载业务的特性决定。 2 传输块级连和码块分割 给每个传输块加上c r c 比特后，把一个传输时间间隔内的传输块串行级连。 当级连后的比特序列长度大于最大编码块长度时，就需要进行码块分割，分割后 的码块具有相同的大小。具体分割方法见 1 。 w - c d m a t u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 图2 3 1 上行链路传输信道的复用结构 3 信道编码 无线信道编码是为了接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差， 同时在源数据流中加入了冗余信息，提高了数据传输速率。对于不同类型的传输 w - c d m at u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 信道和不同类型的数据，信道编码使用的算法和加入的冗余量可以不同。 w - c d m a 系统中使用两种信道编码类型：使用维特比( v i t e r b i ) 译码算法的 卷积编码和t u r b o 编码。t u r b o 编码的译码方式正是本文所论述的重点。不同类 型传输信道使用的不问编码方式见表2 3 1 。 传输信道( t r c h ) 类型编码方案编码速率 广播信道( b c h ) 寻呼信道( p c h ) 1 ，2 卷积便码 随机接入信道( p a c h ) 1 3 ，1 2 公共物理信道c p c h d c h d s c h f a c ht u r b o 编码 1 ，3 小编码 表2 3 1 信道编码方式与编码速率的确定 4 无线帧均衡 系统根据计算出的需要分割成的无限帧的数目，对上行链路传输信道编码后 的数据进行长度的均匀化，这样做是为了方便数据映射到物理信道时进行分帧。 均衡算法参见【1 。 5 第一次交织 交织技术是为了抵抗无线信道的噪声以及衰落的影响而采用的时间分集技 术，通过接收序列位置的变换，来分散随机错误和突发错误，降低了对码组设计 的要求。第一次交织为帧间交织，即完成帧之间的位置的变换。具体交织算法参 见【1 。 6 数据分帧 当t t i 1 0 m s 时，输入的数据流x ，将被分割成互帧，其中，f = t t i l o m s ： 每帧的长度为r = ( ，f , ) 。 7 速率匹配 一条传输信道上不同的传输时间间隔( t t i ) 中的比特数有可能不同，但是 上下行链路都对传输的比特率有一定的要求：下行链路中如果比特数低于最小值 就会被中断；上行链路中各传输时问间隔的比特数不同，但需要保证第二次交织 后的总比特率等于所分配的专用物理信道的总比特率。因此需要重复或删除传输 信道上的一些比特。速率匹配就是指在传输信道上的数据比特被打孔 ( p u n c t u r i n g ) 或重复( r e p e a t i n g ) ，以便使信道映射时达到传输格式所要求的比 特速率。速率匹配的算法参见【1 。 8 传输信道的复用与物理信道的分割 多路复用模块把每个传输信道的数据帧( 1 0 m s ) 依次串行级连起来，复合成 罗k， 一个编码组合传输信道( c c t r c h ) ，其比特数s = 7，其中7 ，是第i 个传输 信道一个数据帧的比特数。 当需要多个物理信道时，把c c t r c h 上的数据平均分成p 个物理信道，每个 物理信道的数据比特数u = y p ，其中y 为c c t r c h 的数据流比特数。 9 第二次交织 第二次交织为帧内交织，它完成一个帧内部的数据比特位置的变换操作。交 织算法见 1 】。 w - c d m a t u r b o 码译码器s o v a 算法的研究 1 0 物理信道的映射 把输入物理信道的比特记作”p l ，”“，”p u ，其中p 代表物理信道的编 号，u 代表某个物理信道的一个无线帧中的比特编号。记为”肚的比特依次映射 入物理信道，每个物理信道的比特依照k 的升序在空中传播。 2 3 2 下行链路的编码与复用 比较图2 3 2 和图2 3 1 可发现，下行链路与上行链路的成帧过程主要的区别 在于： 1 速率匹配不是在无线帧分段之后，而是在信道编码之后，针对一个无线帧的 信息比特进行的； 2 分别在复合传输信道( c c t r c h ) 成型前后增加了一次d t x 指示信息的插入 机会。第一次针对固定位置，第二次针对可变位置。d t x 指示信息比特并不 在空中传输，它们仅向发射机指示应该在哪些比特位关闭传输。上行链路不 需要d t x 是因为上行链