WCDMA系统无线接口物理层技术规范扩频与调制.doc

IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口物理层技术规范： 扩频与调制 IMT-DS FDD(WCDMA) System Radio Interface Techinical Specification: Spreading and Modulation 20XX-XX-XX发布 20XX-XX-XX实施 中华人民共和国信息产业部科学技术司 印 发 通信标准参考性技术文件 I 目 次 前 言 . III 1范围 . 2 2引用标准 . 2 3名词与缩略语 . 2 3.1符号 . 2 3.2缩写 . 3 4上行链路扩频与调制 . 3 4.1 概述 . 3 4.2 扩频 . 3 4.2.1 上行链路专用物理信道(上行DPDCH/DPCCH) . 3 4.2.2 物理随机接入信道（PRACH） . 5 4.2.2.1物理随机接入信道（PRACH）前缀部分 . 5 4.2.2.2物理随机接入信道（PRACH）消息部分 . 5 4.2.3 物理公共分组信道(PCPCH) . 6 4.2.3.1 物理公共分组信道(PCPCH)前缀部分 . 6 4.2.3.2 物理公共分组信道(PCPCH)消息部分 . 6 4.3 码的产生和分配 . 6 4.3.1 信道化码 . 6 4.3.1.1 码定义 . 6 4.3.1.2 专用物理控制信道/专用物理数据信道（DPCCH/DPDCH）的码分配 . 7 4.3.1.3 物理随机接入信道（PRACH）消息部分码分配 . 8 4.3.1.4 物理公共分组信道（PCPCH）消息部分码分配 . 8 4.3.1.5 物理公共分组信道（PCPCH）功率控制前缀的信道化码 . 8 4.3.2 扰码 . 8 4.3.2.1概述 . 8 4.3.2.2 长扰码 . 8 4.3.2.3 短扰码 . 9 4.3.2.4 专用物理控制信道/专用物理数据信道（DPCCH/DPDCH）扰码 . 11 4.3.2.5物理随机接入信道（PRACH） 信道消息扰码 . 11 4.3.2.6 PCPCH 消息部分扰码 . 11 4.2.3.7物理公共分组信道（PCPCH）功率控制前缀扰码 . 12 4.3.3 随机接入（PRACH）前缀码 . 12 4.3.3.1 前缀码构成 . 12 4.3.3.2 前缀扰码 . 12 4.3.3.3 前缀特征码 . 12 4.3.4 公共分组信道（PCPCH）前缀码 . 13 4.3.4.1 接入前缀 . 13 4.3.4.1.1 接入前缀码的构造 . 13 4.3.4.1.2 接入前缀扰码 . 13 4.3.4.1.3接入前缀特征码 . 14 II 4.3.4.2 CD前缀 . 14 4.3.4.2.1 CD前缀码的构造. 14 4.3.4.2.2 CD前缀扰码 . 14 4.3.4.2.3 CD前缀特征码 . 14 4.4 调制 . 14 4.4.1 调制码片速率 . 14 4.4.2 调制 . 14 5 下行链路扩频和调制 . 15 5.1 扩频 . 15 5.2 码的产生和分配 . 16 5.2.1 信道化码 . 16 5.2.2 扰码 . 17 5.2.3 同步码 . 18 5.2.3.1 码的产生 . 18 5.2.3.2 SSC码的分配 . 19 5.3 调制 . 21 5.3.1 调制码片速率 . 21 5.3.2 下行链路 . 21 附录 A (信息): 广义的Golay 序列 . 22 A.1 备选的Golay码产生方法 . 22 III 前 言 本通信标准参考性技术文件主要用于IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口的物理层的扩频与调制部分内容，它基于 3GPP制订的Release-99(2000年9月份版本)技术规范，TS 25.213 V3.3.3。 本参考性技术文件由信息产业部电信研究院提出。 本参考性技术文件由信息产业部电信研究院归口。 本参考性技术文件起草单位：信息产业部电信传输研究所 宁波波导股份有限公司 本参考性技术文件主要起草人：徐菲、张翔、徐京皓、卓天真、吴伟 任伟、沈玮、王小泉、汤加跃 本参考性技术文件2001年1月首次发布。 本参考性技术文件委托无线通信标准研究组负责解释。 2通信标准参考性技术文件 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口物理层技术规范： 扩频与调制协议 IMT-DS FDD(WCDMA) System Radio Interface Techinical Specification: Spreading and Modulation 1范围 本参考性技术文件描述了IMT-DS FDD(WCDMA)系统的无线接口的物理层部分的扩频及调制部分内容。它基于 3GPP制订的Release-99(2000年9月份版本)技术规范，具体对应于TS 25.213 V3.3.0 2引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本文件中引用而成为本文件的条文。本文件出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本文件的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 1 3G TS 25.201: Physical layer - general description. 2 3G TS 25.211: Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD). 3 3G TS 25.101: UE Radio transmission and Reception (FDD). 4 3G TS 25.104: UTRA (BS) FDD; Radio transmission and Reception. 3名词与缩略语 3.1符号 本规范使用了以下符号： Cch,SF,n: n:th channelisation code with spreading factor SF Cpre,n,s: PRACH preamble code for n:th preamble scrambling code and signature s Cc-acc,n,s: PCPCH access preamble code for n:th preamble scrambling code and signature s Cc-cd,n,s: PCPCH CD preamble code for n:th preamble scrambling code and signature s Csig,s: PRACH/PCPCH signature code for signature s Sdpch,n: n:th DPCCH/DPDCH uplink scrambling code Sr-pre,n: n:th PRACH preamble scrambling code Sr-msg,n: n:th PRACH message scrambling code Sc-acc: n:th PCPCH access preamble scrambling code Sc-cd: n:th PCPCH CD preamble scrambling code Sc-msg,n: n:th PCPCH message scrambling code Sdl,n: DL scrambling code Cpsc: PSC code Cssc,n: n:th SSC code 33.2缩写 本规范使用了以下缩写： AICH Acquisition Indication Channel 捕获指示信道 AP Access preamble 接入前缀 BCH Broadcast Channel 广播信道 CCPCH Common Control Physical Channel 公共控制物理信道 CD Capacity Deallocation or Collision Detection 解除容量指派或冲突检测 CPICH Common Pilot Channel 公共导频信道 CPCH Common Packet Channel 公共分组信道 DCH Dedicated Channel 专用信道 DPCCH Dedicated Physical Control Channel 专用物理控制信道 DPCH Dedicated Physical Channel 专用物理信道 DPDCH Dedicated Physical Data Channel 专用物理数据信道 FDD Frequency Division Duplex 频分双工 Mcps Mega-chips per second 每秒兆码片 OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor 正交可变扩频因子 PDSCH Physical Downlink Shared Channel 物理下行共享信道 PICH Page Indication Channel 寻呼指示信道 PRACH Physical Random Access Channel 物理随机接入信道 PSC Primary Synchronization Code 基本同步码 SCH Synchronization Channel 同步信道 SSC Secondary Synchronization Code 辅助同步码 SF Spreading Factor 扩频因子 UE User Equipment 用户设备 4上行链路扩频与调制 4.1 概述 扩频应用在物理信道上。它包括两个操作。第一个是信道化操作，它将每一个数据符号转换为若干码片，因此增加了信号的带宽。每一个数据符号转换的码片数称为扩频因子。第二个是扰码操作，在此将扰码加在扩频信号上。在信道化操作时，I路 和 Q路的数据符号分别和OVSF码相乘。在扰码操作时，I路 和 Q路的信号再乘以复数值的扰码，在此，I 和Q 分别代表实部和虚部。 4.2 扩频 4.2.1 上行链路专用物理信道(上行DPDCH/DPCCH) 图1描述了上行链路专用物理信道 DPCCH and DPDCH的扩频原理。用于扩频的二进制DPCCH 和 DPDCH信道用实数序列表示，也就是说二进制的0映射为实数+1，二进制的1映射为实数-1。DPCCH信道通过信道码cc 扩频到指定的码片速率，第n个DPDCH信道DPDCHn通过信道码cd,n 扩频到指定的码片速率，可以同时发射，也就是说1 n 6. 4Ijcd,1dS长码,n or S短码,nI+jQDPDCH1Qcd,3dDPDCH3cd,5dDPDCH5cd,2dDPDCH2cd,4dDPDCH4cd,6dDPDCH6cccDPCCH 图 1: 上行链路专用物理信道 DPCCH and DPDCH扩频 信道化之后，实数值的扩频信号进行加权处理，对DPCCH信道用增益因子c进行加权处理，对DPDCH信道用增益因子d进行加权处理。在任意时刻c和d的幅度值至少有一个为1.0。-值用四Bit量化，表1给出了量化步骤。 5表1：增益参数的量化 c 和 d 比特值 c 和 d 量化的幅度比 15 1.0 14 0.9333 13 0.8666 12 0.8000 11 0.7333 10 0.6667 9 0.6000 8 0.5333 7 0.4667 6 0.4000 5 0.3333 4 0.2667 3 0.2000 2 0.1333 1 0.0667 0 Switch off 加权处理后，I路和Q路的实数值码流相加成为复数值的码流，复数值的信号再通过复数值的Sdpch,n码进行扰码，扰码和无线帧对应，也就是说扰码的第一个码片对应无线帧的开始。 4.2.2 物理随机接入信道（PRACH） 4.2.2.1物理随机接入信道（PRACH）前缀部分 PRACH 前缀部分包括复数值的码,这部分描述参见4.3.3 4.2.2.2物理随机接入信道（PRACH）消息部分 图2描述了PRACH 消息部分扩频和扰码的原理, PRACH 消息部分包括数据和控制部分。用于扩频的二进制数据和控制部分用实数序列表示，也就是说二进制的0映射为实数+1，二进制的1映射为实数-1。控制部分通过信道码cc 扩频到指定的码片速率，数据部分通过信道码cd 扩频到指定的码片速率 jccccddSr-msg,nI+jQPRACH 消息控制部分PRACH 消息数据部分QI 图2：PRACH 消息部分扩频 信道化之后，实数值的扩频信号进行加权处理，对数据部分用增益因子d进行加权处理，对控制部分用c增益因子进行加权处理， 值被量化为4比特。量化步骤在4.2.1节给出。 加权处理后，I路和Q路的码流成为复数值的码流，这个复数值的信号再通过复数值的Sr-msg,n.码进行 6扰码，10 ms的扰码和无线帧10 ms消息部分对应，也就是说第一个扰码对应无线帧消息的部分开始。 4.2.3 物理公共分组信道(PCPCH) 4.2.3.1 物理公共分组信道(PCPCH)前缀部分 PRACH 前缀部分包括复数值的码,这部分描述参见5.1.3.4. 4.2.3.2 物理公共分组信道(PCPCH)消息部分 图3描述了PCPCH消息部分扩频的原理, PCPCH 消息部分包括数据和控制部分. 用于扩频的二进制数据和控制部分用实数序列表示，也就是说二进制的0映射为实数+1，二进制的1映射为实数-1。控制部分通过信道码cc 扩频到指定的码片速率，数据部分通过信道码cd 扩频到指定的码片速率. jccccddSc-msg,nI+jQPCPCH 消息控制部分PCPCH 消息数据部分QI 图3 PCPCH 消息部分扩频 信道化之后，实数值的扩频信号进行加权处理，对数据部分用增益因子d进行加权处理，对控制部分用增益因子c进行加权处理， 最后c和d的 幅度值为1.0. 值被量化为4比特。量化步骤在7.1.2.1节给出。 加权处理后，I路和Q路的码流成为复数值的码流，这个复数值的信号再通过复数值的Sr-msg,n.码进行扰码，10 ms的扰码和无线帧10 ms消息部分对应，也就是说第一个扰码对应无线帧消息的部分开始。 4.3 码的产生和分配 4.3.1 信道化码 4.3.1.1 码定义 图1的信道化码是OVSF码,用于保持用户不同物理信道之间的正交性。OVSF码可以用图4的码树来定义. 7SF = 1SF = 2SF = 4Cch,1,0 = (1)Cch,2,0 = (1,1)Cch,2,1 = (1,-1)Cch,4,0 =(1,1,1,1)Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)Cch,4,3 = (1,-1,-1,1) 图4: 用于产生正OVSF码的码树 在图4中, 信道化码被唯一的定义为Cch,SF,k,这里, SF是码的扩频因子, k是码的序号, 0 k SF-1. 码树的每一级定义了长度为SF的信道化码,对应于图4的扩频因子SF。 信道化码的产生方法定义为: 1Cch,1,0=, =11110,1,0,1,0,1,0,1,1,2,0,2,chchchchchchCCCCCC ()()()()()()()()=+12,2,12,2,12,2,12,2,1,2,1,2,1,2,1,2,0,2,0,2,0,2,0,2,112,12,212,12,3,12,2,12,1,12,0,12,:nnchnnchnnchnnchnchnchnchnchnchnchnchnchnnchnnchnchnchnchnchCCCCCCCCCCCCCCCCCC 每一个信道化码字的最左边的值对应于最早发射的码片 4.3.1.2 专用物理控制信道/专用物理数据信道（DPCCH/DPDCH）的码分配 DPCCH 和DPDCH的码分配遵照以下原则: DPCCH信道总是用码cc = Cch,256,0. 扩频. 当只发送一个DPDCH信道时, DPDCH1用码Cch,SF,k,扩频,这里SF是DPDCH1信道的扩频因子, k= SF / 4 与 8当发送多个DPDCH信道时,所有 DPDCH信道的扩频因子等于 4 (L=4). DPDCHn用码Cch,n = Cch,4,k扩频,这里, k = 1如果 n 1, 2, k = 3如果 n 3, 4, and k = 2 如果 n 5, 6. 如果一个功率控制前缀被用来初始化一个DCH，在功率控制前缀期，DPDCH的信道化码必须与以后适用的相同。 4.3.1.3 物理随机接入信道（PRACH）消息部分码分配 前缀的标记s, 0 s 15， 指向码树的16个节点之一, 这个节点对应的信道码长度为16. 在这个节点以下的树枝用于消息部分的扩频. 控制部分的扩频用信道化码cc 扩频(参见4.2.2.2), 信道化码cc 位于树的最低段, 扩频因子为256. cc = Cch,256,m 这里 m = 16s + 15. 数据部分的扩频用位于树枝顶段的信道化码. 这个信道化码的扩频因子为32-256中的任意一个.用信道化码cd = Cch,SF,m 扩频, SF是数据部分的扩频因子, m = SFs/16。 4.3.1.4 物理公共分组信道（PCPCH）消息部分码分配 控制部分与数据部分的码分配使用如下规则： 控制部分总是用码cc=Cch,256,0.扩频。 数据部分使用码cd=Cch,SF,k扩频。其中SF时数据部分的扩频因子，且k=SF/4。 数据部分可以使用扩频因子为4到256中的任意一个。在一个帧中的消息传输期间UE被允许信道化码扩频因子SF增加。 4.3.1.5 物理公共分组信道（PCPCH）功率控制前缀的信道化码 PCPCH功率控制前缀的信道化码和4.3.1.4节中的消息部分的控制部分相同。 4.3.2 扰码 4.3.2.1概述 所有上行物理信道都和复数值的扰码进行扰码处理. DPCCH/DPDCH信道既可以用长码又可以用短码扰码. 在4.3.2.4节中有定义. PRACH信道消息部分用长码扰码, 在4.3.2.5节中有定义. PCPCH信道消息部分用长码扰码, 在4.3.2.6节中有定义。 共有224个上行长扰码和224上行短扰码. 上行扰码在高层分配。 长扰码是从4.3.2.2节中的候选长序列中产生的, 短扰码是从4.3.2.3节中的候选短序列中产生的。 4.3.2.2 长扰码 长扰码clong,1,n 和 clong,2,n长是由两个二进制m序列的38400个码片的模2加产生的。二进制m序列是由25阶生成多项式产生的。命x, 和 y代表两个 m序列，x序列是由生成多项式X25+X3+1 产生的。y序列是由生成多项式X25+X3+X2+X+1产生的。两个序列共同构成 Gold序列。 序列 clong,2,n是序列clong,1,n.的16777232个码片的移位。 命n23 n0 代表24比特二进制扰码序列，n0是最低有效位。x序列的第n个数记位xn, 命xn(i) 和y(i) 代表序列xn和 y第i个符号。 m序列xn和 y构成如下: 初始条件: xn(0)=n0 , xn(1)= n1 , =xn(22)= n22 ,xn(23)= n23, xn(24)=1 y(0)=y(1)= =y(23)= y(24)=1 9定义子序列符号: xn(i+25) =xn(i+3) + xn(i) modulo 2, i=0, 225-27, y(i+25) = y(i+3)+y(i+2) +y(i+1) +y(i) modulo 2, i=0, 225-27. 定义二进制Gold序列 zn 为: zn(i) = xn(i) + y(i) modulo 2, i = 0, 1, 2, , 225-2, Gold序列 zn 实数值的定义为: .22,1,01)(10)(1)(25=+=KiforizifizifiZnnn 实数值的长扰码clong,1,n 和 clong,2,n 序列定义为: clong,1,n(i) = Zn(i), i = 0, 1, 2, , 225 2 and clong,2,n(i) = Zn(i + 16777232) modulo (225 1), i = 0, 1, 2, , 225 2. 最后, 复数值的长扰码Clong, n序列定义为: ()()()2/211)()(,2,1,icjiciCnlonginlongnlong+= 这里, i = 0, 1, , 225 2和表示取最近的较小的整数 clong,1,nclong,2,nMS