基于SystemView的WCDMA系统仿真毕业论文.doc

摘 要 WCDMA（宽带码分多址）是一种无线通信技术，是中国联通目前采用的 3G 通讯标准，作为 3G 的主流标准，WCDMA 技术已逐步走向成熟。WCDMA 系统引 入了多种类型的数据业务，使整个网络业务特性的复杂程度大大超越了以语音业务 为主、以少量低速数据业务为辅的传统 2G 无线网络。采用仿真工具合理的仿真 WCDMA 系统对 WCDMA 网络的规划和优化具有重要的指导作用。 本文首先介绍了 WCDMA 的基本概念，发展现状和基本技术特点，其中着重 介绍了 WCDMA 的主要参数、信道特征及扩频与调制。其次介绍了 System View 仿真平台的功能与使用简介。最后主要在 System View 系统软件平台上分别从电路 交换承载业务 DTCH 上行链路编码过程、基带频分双工宽带 CDMA 上行链路及导 频符号相干检测过程三个方向仿真了 WCDMA 系统，着重于参数设置，电路设计， 仿真运行，得出相应的仿真结果，验证 WCDMA 的可实行性，System View 平台的 仿真精密性及功能完整性。 关键词：WCDMA; System View；系统仿真 Abstract WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) is a wireless communication technology, China Unicom is currently used in 3G communication standards, as the mainstream 3G standards, WCDMA technology has gradually matured. WCDMA system, the introduction of various types of data services, the complexity of the characteristics of the entire network business far beyond voice services, a small amount of low-speed data services, supplemented by a traditional 2G wireless network. Reasonable simulation tools Simulation WCDMA WCDMA network planning and optimization has an important role in guiding. This paper first introduces the WCDMA, the basic concept, development status and the basic technical characteristics, which highlights the main parameters of the WCDMA channel characteristics, and spread spectrum modulation. Second, it describes the function and use of profiles of the System View simulation platform. The last major system software platform in the System View from circuit-switched bearer service DTCH uplink encoding process, the base-band frequency division duplex wideband CDMA uplink and pilot symbols in coherent detection process in three directions simulated WCDMA system, focusing on parameter settings, circuit design, simulation run, draw the corresponding simulation results, validation of WCDMA can be implemented, the simulation precision and functional integrity of the System View platform. Key words: WCDMA; the System View; system simulation 目 录 前前 言言.1 1 第第 1 章章 绪论绪论.2 2 1.1 WCDMA 的发展 .2 1.2 论文的主要任务.3 1.3 整体方案设计.3 第第 2 章章 WCDMA 的基本原理的基本原理 .4 4 2.1 WCDMA 主要系统参数 .4 2.2 传输信道和物理信道.4 2.3 传输信道编码和复用.5 2.4 扩频与调制.6 第第 3 章章 System View 软件介绍软件介绍 .1010 3.1 SystemView 简介.10 3.2 设计窗口.11 3.3 分析窗口.12 第第 4 章章 WCDMA 系统在系统在 System View 上的仿真上的仿真 .1414 4.1 64KB/S电路交换承载业务 DTCH 上行链路编码过程仿真.14 4.1.1 仿真基础 .14 4.1.2 仿真电路及参数设置 .16 4.1.3 仿真结果及分析 .18 4.2 基带频分双工宽带 CDMA 上行链路仿真.20 4.2.1 仿真基础 .20 4.2.2 仿真电路及参数设置 .20 4.2.3 仿真结果及分析 .22 4.3 导频符号相干检测过程的仿真.25 4.3.1 仿真基础 .25 4.3.2 仿真电路及参数设置 .25 4.3.3 仿真结果及分析 .27 总总 结结.2929 致致 谢谢.3030 参考文献参考文献.3131 前 言 自 1987 年至今，中国的移动通信经历了从无到有、从第一代模拟移动通信 （1G）GSM 到 CDMA 第二代移动通信（2G）的发展过程，历经了由小变大的奋 斗过程。今天，手机早已不是当初的奢侈品，而是作为人们生活中不可缺少的通信 工具融入了寻常百姓的日常生活。中国移动通信行业的成功远超乎当年想象，截止 2004 年底，中国拥有移动通信用户 3.3 亿，是全球最大的移动通信市场。近几年 来，每年新增移动用户 6000 万以上，占全球新增移动用户的近 1/3。庞大的、成 功的 2G 市场造就了成功的运营企业，从技术应用角度看，中国的移动通信的网络 装备、网络质量和提供的业务在国际上均属于先进水平。 从国际上看，由于第三代移动通信（3G）技术能够提供更高的频谱效率、更 高的数据速率、更多种类的业务，因此在 2G 技术成功的基础上，随着 3G 技术、 设备和业务的成熟，整个行业正在把发展的焦点逐渐转向 3G。几经波折之后，3G 在 2004 年有了长足的进步，不仅表现为很多运营商启动了 3G 网络的商用，更为 重要的是 3G 本身得到了成熟、完善，这为其进一步大规模商用打下了良好基础。 在中国，历时三年多的 3G 技术实验在 2004 年圆满完成，同时也完成了 3G 全部 行业标准的制定，3G 的脚步已越来越近了。从 1G 到 2G，中国的移动通信创造了 成功，3G 将不仅是对 2G 发展的延续，更将是整个移动通信产业再次实现跨越式 发展的新契机。 3G 技术主要包括 WCDMA、TD-SCDMA 和 CDMA2000 三种标准，而 WCDMA 又叫宽带码分多址，它的研究起步与上世纪 80 年代，已经经历了大规模 的标准化工作，在国际上核心频段发放的 G 牌照中占多数。基于 WCDMA 技术标 准的第三代移动通信系统已经在欧洲和亚洲的一些国家和地区商用，并取得了较好 的效果。到 2004 年底，全球已经共有 48 个 WCDMA 商用网络，与此同时，用户 也快速增长，已经发展到近 1000 万用户。不难看出，WCDMA 商用已呈现燎原之 势。WCDMA 技术的研究对国际移动通信市场的发展有着极其深远的意义。可以预 见，WCDMA 技术在拥有全球最大的 GSM 移动通信网络的中国移动通信市场也将 会占有重要的地位。 第 1 章 绪论 1.1 WCDMA 的发展 第三代系统是为多媒体通信而设计的：通过该系统提供的高质量图象和视频， 使人与人（PTP）的通信能力进一步增强；而第三代系统所带来的更新更灵活的通 信能力和更高的数据速率使得公用网和专用网上的信息与业务的接入能力大大增强。 所有这一切，连同第二代系统向第三代系统的平滑连续过渡，不仅为设备制造商、 运营商，同时也为使用这些网络的内容和应用提供商创造了新的商机1。 在标准化论坛中，WCDMA 技术已经成为了被广泛采纳的第三代空中接口，其 规范已在 3GPP（the 3rd Generation Partnership Project,第三代移动通信伙伴计划） 中指定，3GPP 是由来自欧洲、日本、韩国、美国和中国的标准化组织组成的一个 联合标准化项目。在 3GPP 中，WCDMA 被称作 UTRA（Universal Terrestrial Radio Access,通用地面无线接入）FDD（Frequency Division Duplex,频分双工） ， WCDMA 这个名字涵盖了 FDD 和 TDD 两种工作模式2。 第三代移动通信系统能够提供更宽的空中接口，因此，空中接口的差异反映了 第三代系统的新要求。例如，为支持更高的比特速率，需要 5MHz 这一更宽的带宽。 WCDMA 中采用发送分集来提高下行链路容量以支持具有上、下行链路容量非对称 特性的业务。第二代的标准并不支持发送分集。而在第三代系统中则要把不同比特 速率、不同服务种类和不同质量要求的业务混合在一起，这就需要有先进的无线资 源管理算法来保障服务质量和达到最大的系统吞吐量。还有，在新系统中对非实时 的分组数据的有效支持也很重要。 而 WCDMA 与 IS-95 相比，WCDMA 系统中采用 3.84Mchip/s 这个较高的码 片速率有助于支持更高的比特速率，能够提供更多的多径分集，尤其是在小的市内 小区时。分集对系统性能的提高具有极其重要的作用。尤其值得强调的是，多径分 集的增强会改善覆盖。与窄带的第二代系统相比，较高的码片速率还会带来较高的 集群增益尤其在高比特速率的情况下。 WCDMA 上、下行链路中都采用快速闭环功率控制；而 IS-95 只在上行链路中 使用这一技术。在下行链路中使用快速功率控制能够改善链路性能，并且增加下行 链路的容量。同时，在 WCDMA 中，频率见的切换很重要，这样可以使每个基站 的几个再品得到最大化的使用。WCDMA 相比与 2G 技术的诸多优势，使得它的研 究与发展更是当前中国移动通信走入世界的最迫在眉睫的举动34。 1.2 论文的主要任务 .熟悉利用 System View 软件设计方法； .掌握第三代移动通信系统 WCDMA 系统的原理； .对电路交换承载业务 DTCH 上行链路编码过程仿真； 基带频分双工宽带 CDMA 上行链路仿真； 导频符号相干检测过程的仿真； .分析仿真结果。 1.3 整体方案设计 具体过程如图 1-1： 了解所设计课题的基础，理论知识 设计仿真电路图 安装 System View 系统仿真软件，熟 悉并且掌握应用。 在 System View 软件中仿真设计所要 求的任务。 在仿真电路中，设置参数，调参数，输 出仿真结果波形图，观察结果。说明设 计的可行性。 图 1-1 整体方案过程图 本设计采用 3GPP：FDD 库作为用于仿真第三代移动通信系统的库资源。FDD 库提供了方便、灵活和易于使用的 System View 图标来实现最新发布的频分双工 3GPP 标准，可以很方便地对 WCDMA 系统进行各种信道或系统的仿真。 第 2 章 WCDMA 的基本原理 2.1 WCDMA 主要系统参数 WCDMA 主要系统参数如下： 双工方式 FDD 多址方式 DS-CDMA 带宽 5MHz 码片速率 3.84Mc/s 帧长度 10ms 信道化编码 正交可变扩频因子码，上行链路 2564，下行链路 5124 扰码 下行链路：16 位 GOLD 码 上行链路：短扰码（取自 S(2)码族） ，长扰码（24 位 GOLD 码） 导频结构 下行链路：公用或专用导频 上行链路：专用导频 调制 QPSK 基带滤波 平方根升余弦，滚降系数 0.22 前向纠错编码 卷积码，Turbo 编码 功率控制 快速闭环、开环、外环 WCDMA 采用 DS-CDMA 多址方式，码片速率为 3.84Mc/s，载波带宽为 5MHz。系统不采用 GPS 精确定时，不同基站可选择同步和不同步两种方式。在上 行链路中，采用导频符号相干 RAKE 接收的方式，解决了 CDMA 上行链路信道容 量受限的问题。 WCDMA 采用精确的功率控制方式，包括快速闭环、开环和外环三种方式。功 率控制速率为 1500 次/s，控制步长可变，能有效满足抗衰落的要求。 WCDMA 还可采用一些先进的技术（如自适应天线、多用户检测、分集接收等） 来提高整个系统的性能5。 2.2 传输信道和物理信道 传输信道是由其传输的数据类型和传输方式决定的，一般分为专用传输信道 （DCH）和公用传输信道两类。其中公共传输信道包括 6 个信道，分别为广播信道 （BCH） 、前向接入信道（FACH） 、寻呼信道（PCH） 、随机接入信道（RACH） 、 公共分组业务信道（CPCH） 、下行链路共享信道（DSCH） 。 物理信道通常由无线发送帧和时隙的分层结构组成，但并不是所有物理信道都 是如此。无线发送帧和时隙的结构取决于该物理信道的符号速率。基本的物理资源 是通过码分或频分方式复用的。此外，在上行链路中，信息流可以通过同相和正交 支路来传输；因此，一个物理信道与一个具体的载波速率、正交信道化编码以及相 对相位（上行链路中）是对应的。 上行链路的专用物理信道包括专用物理数据信道（DPDCH）和专用物理控制 信道（DPCCH） 。公用信道则有物理随机接入信道（PRACH） 、物理公用分组业务 信道（PCPCH） 。 下行链路的专用物理信道只有专用物理信道（DPCH） 。公共物理信道有 6 个， 分别为公共导频信道（CPICH） 、主公共控制物理信道（P-CCPCH） 、次公共控制物 理信道（S-CCPCH） 、同步信道（SCH） 、物理下行链路共享信道（PDSCH） 、捕获 指示信道（AICH）和寻呼知识信道（PICH） 。 传输信道与物理信道是网络中不同层次上的概念。根据 3GPP 的标准，将整个 系统分为 3 层，即物理层、数据链路层和网络层6。其中物理信道属于物理层的概 念，而传输信道则属于数据链路层的概念。每个传输信道都由一个物理信道来具体 实现，它们二者之间存在着映射关系。 2.3 传输信道编码和复用 在传输信道中，数据是以传输块的形式传输到编码/复用单元的，其信息的处 理过程如下： 在每个传输块中加上循环冗余码校验位（循环冗余校验 CRC 编码） ； 传输块串联和编码块分割； 信道编码（包括卷积码和 Turbo 码，不同的传输信道可能有所不同） ； 速率匹配； 插入不连续传输（DTX）指示位； 交织； 无线帧映射； 传输信道复用； 物理信道分割； 映射至物理信道。 上行链路和下行链路的编码/复用步骤如图 2-1 所示： 2-1 传输信道编码与复用过程 循环冗余码校验 传输块串联 编码块分割 信道编码 无线帧补偿 1st交织 无线帧分割 速率匹配 传输信道复用 速率 匹配 物理信道分割 2nd交织 物理信道映射 PhCH#2 PhCH#1 (a)上行链路处理过程 循环冗余码校验 传输块串联 编码块分割 信道编码 速率匹配 1stDTX 指示 信号插入 1st交织 无线帧分割 速率匹配 传输信道复 用 2ndDTX 指示 信号插入 物理信道分 割 2nd交织物理信道映 射 PhCH#1 PhCH#2 （b）下行链路处理过程 2.4 扩频与调制 上行链路扩频与调制 扩频是在物理层中实现的，它由两个步骤组成。首先是正交码分信道的选择， 在该过程中，每个数据符号都被转变为一定数量的码片，扩展了信号的带宽（每个 数据符号的码片数称为扩展因子） ，然后是加扰操作，即将特定的扰码作用于扩展 后的信号。 DPCCH 和 DPDCH 的扩频过程如图 2-2 所示。图中 cd,n 代表不同专用物理数 据信道的信道化编码（即正交可变扩频因子码） ，d 代表增益因子，取值为 N/15(0=N=15)；Cc代表专用物理控制信道的信道化编码；c 是 cc 对应的增益因 子，取值范围与 d 相同；Slong, n 和 Sshort, n 分别代表长扰码和短扰码。上行链路 最多可同时传输 6 个 DPDCH 和 1 个 DPCCH。 d Slong, n或 Sshort, n DPDCH1 DPDCH3 DPDCH6 DPDCH4 DPDCH2 DPDCH5 DPCCH cd,3 cd,6 cd,4 cd,2 cd,5 Cc d d c d d d I Q j I+jQ cd,1 图 2-2 上行链路 DPDCH 和 DPCCH 的扩频过程 PRACH的扩频过程如图2-3所示。其中Sr-msg, n表示PRACH的扰码。 cdd Cccj I Q I+jQ Sr-msg, nPRACH 信息 数据部分 PRACH 信息 控制部分 图 2-3 上行链路 PRACH 的扩频过程 PCPCH的扩频过程如图2-4所示。其中Sc-msg, n为PCPCH的扰码。 cdd Cccj I Q I+jQ Sc-msg, nPCPCH 信息 数据部分 PCPCH 信息 控制部分 图 2-4 上行链路 PCPCH 的扩频过程 在上行链路中，调制的码片速率为3.84Mc/s，脉冲成形滤波器为根升余弦滤波 器，滚降因子为0.22，载波调制的方式为QPSK，调制过程如图2-5所示。 Cos（wt） Re S 扩频调制后的复数 S 码片序列 Im S -sin（wt） 实部 虚部 分离 脉冲 成形 脉冲 成形 图 2-5 上行链路调制过程 下行链路的扩频与调制过程 在下行链路中，出了同步信道 SCH 之外，其他物理信道的扩频过程是一样的， 只是正交信道编码和扰码上有所区别。同步信道以外物理信道的扩频过程略。输入 的符号经过串并转换映射到 I、Q 支路，然后用相同的信道化编码扩频，再用扰码， 对扩展后的复数序列加扰。 同步信道包括主同步信道（P-SCH）和次同步信道（S-SCH） ，不需要用信道化 编码扩展，分别乘上各自的增益因子 和 。除 SCH 以外的物理信道经过扩展和加 扰后，也分别乘上各自的增益因子 。然后所有下行链路的物理信道经过复杂的相 加组合起来910。 下行链路码片速率为3.84Mc/s，脉冲成形滤波器为根升余弦滤波器，滚降因子 为0.22，载波调制采用QPSK调制。调制过程如图2-6所示。 图 2-6 下行链路调制过程 Cos（wt） Re S 扩频调制后的复数 S 码片序列 Im S -sin（wt） 实部 虚部 分离 脉冲 成形 脉冲 成形 第 3 章 System View 软件介绍 3.1 System View 简介 System View 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。 从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般系统的数学模型 建立等各个领域，System View 在友好且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一 个精密的嵌入式分析工具。 （1）强大的仿真设计功能。利用 System View，可以构造各种复杂的模拟、数 字、数模混合系统和各种多速率系统，可用于各种线性或非线性控制系统的设计和 仿真。起特色是，利用它如幅频特性（波特图） 、传递函数、根轨迹图等之间 的转换。它还可以实时地仿真各种位真的 DSP 结构，并进行各种系统的时域和频 域分析、谱分析，以及对各种逻辑电路、射频/模拟电路进行理论分析和失真分析 等。 （2）丰富的库资源。System View 的基本库中包括多种信号源、接收窗、加法 器、乘法器，各种函数运算器等。另外，它还带有各种专业库如通信、逻辑、数字 信号处理、射频/模拟等以备选择，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案 论证。随着现代通信技术的不断发展，无线移动通信技术已日趋完善。利用 System View 带有的 IS-95 和 3GPP-FDD 扩展库，即可十分方便地完成第二代无线移动通 信 Q-CDMA 系统以及第三代无线移动通信 WCDMA 系统的设计和仿真。System View 还专门提供了对 Turbo 编码的系统仿真功能。数字业务是近年来发展起来的 一个新领域，利用 System View 带有 DVB 库可以对其信号传输方式等进行分析与 仿真。 （3）开放友好的用户界面。利用 System View，无需与复杂的语言语句打交道， 不必写一句代码，即可完成对各种系统的设计与仿真。可以象搭积木一样，快速的 建立和修改系统，访问与调整参数，极其方便得加入注释。System View 操作简便， 图标系统形象直观，方便了从思路仿真、方案论证到硬件设计的实现。同时它具有 与外部文件的借口，可直接读入真实的数据，并对其进行处理。也可将处理结果输 出到外部数据文件。另外，它还提供了与编程语言 Visula C+以及仿真工具 Matlab 的接口，用户可以很方便地调用其函数或自定义图标功能。 （4）灵活的硬件设计接口。除了一般的方案论证外，System View 还提供了与 多种硬件设计工具的接口：与 Xilinx 公司的软件 CORE Generato 配套，可以将 System View 系统中的部分器件生成下载 FPGA 芯片所需的数据文件；通过与 TI 公 司 DSP 设计工具 CCS（Code Cmposer Ssudio）的接口，可以将其 DSP 库中的部分 器件生成 DSP 芯片编程的 C 语言源代码，或在系统仿真中嵌入实际硬件电路；通 过与 Xpedion 公司的射频/微波仿真工具的接口，可以将系统仿真与电路级仿真结 合起来，对分立元期间的射频/微波特性进行仿真。 （5）智能化的辅助设计。在系统设计仿真时，System View 能自动执行系统连 接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过现 实指出出错的图标。这个功能对用户系统的诊断十分有效。它还可以在编译时，给 出系统运行的大约时间，方便了设计人员进行调试。其带有的 APG 功能可以利用 C+环境，将系统编译成可脱离 System View 独立运行的可执行文件，同时可大大 提高运行速度和仿真效率，在内存较大时效果尤为明显。 （6）动态的分析和后处理。在系统仿真方面，System View 还提供了一个灵活 的动态探针功能，可以对真实的示波器或频谱分析仪进行仿真。另外，还有真实而 灵活的分析窗口用以检查系统波形。内部数据的图形放大、缩小、滚动等，全部可 以通过鼠标操作很方便地实现。其附带的“接收计算器”功能强大，可以完成对仿 真运行结果的各种运算、谱分析、滤波等11。 3.2 设计窗口 设计窗口如图 3-1 所示，所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口 内完成的。设计窗口主要包含以下部分： 设计区域：供用户完成各种系统的搭建； 菜单栏：通过菜单栏可以执行 System View 的各项功能； 工具栏：包含了在系统设计、仿真中可能用到的文件、图标、系统等的各种 操作按钮，如图 3-2 所示，依次分别为库选择、打开保存文件、打印、清除、 删除、断开连接、连接、复制、图标反向、注释、生成子系统、展开子系统、 根轨迹图、波特图、重绘、停止、运行、定时、分析窗口； 提示信息区：当鼠标置于某一工具按钮上，在该处会显示对该按钮的说明和 提示信息； 消息显示区：用来显示系统仿真的状态信息； 图标库区：可以通过库切换按钮来选择基本库、专业库、扩展库的库资源； 动态方针：可以仿真示波器或频谱分析仪的功能； 图 3-1 System View 的设计窗口 图 3-2 设计窗口的工具栏 进程显示：在仿真运行的过程中显示整个运行进行的程度。 在设计窗口内，只须单击鼠标及输入必要的参数，就可以通过设置各图标、对 各图标进行连接等操作，完成一个完整系统的基本搭建工作，创建各种连续域或离 散域的系统。 3.3 分析窗口 分析窗口是观察用户运行结果数据的基本载体。利用它可以观察某一系统运行 的结果及对该结果进行的各种分析。如图 3-3 所示。在该窗口下有多种选项可以增 强显示的灵活性。在系统设计窗口中单击“Analysis Windows”按钮，即可访问分 析窗口。在分析窗口中单击“System Window”按钮，即可返回系统设计窗口。 与设计窗口相似，在分析窗口的最顶端是菜单栏和工具栏。可通过单击工具栏 中的按钮或下拉菜单中的命令来使用这些选项功能。工具栏如图 3-4 所示，依次为 刷新、打印、恢复、离散点、连线点、坐标距离、段标、水平平铺、垂直平铺、层 叠、X 对数坐标、Y 对数坐标、最小化、打开所有窗口、动画、统计结果、显微镜、 放大、极坐标、设计窗口、加载 APG。 图 3-3 System View 的分析窗口及运行结果显示 图 3-4 分析窗口的工具栏 每次系统重新运行时，分析窗口中仍保存着上次运行的结果。如果要观察新的 结果，需要用工具栏最左端蓝色的刷新按钮，载入新的数据以形成当前运行结果的 波形图像。 在分析窗口的左下角显示了系统的资源的利用程度。红色表示已利用部分，绿 色表示尚可利用部分。该百分比至少应保持在 10%以上，否则，系统运行会不正 常。 在显示资源利用程度的旁边，有一个按钮，是 System View 分析窗口中代邮的 功能强大的“sink calculator” ，也就是接收计算器。它可以对信号进行各种复杂的 计算、分析和处理等。接收计算器的计算结果窗口与系统运行结果窗口有所不同17 17。 第 4 章 WCDMA 系统在 System View 上的仿真 4.1 64kb/s 电路交换承载业务 DTCH 上行链路编码过程仿真 4.1.1 仿真基础 WCDMA 可以承载信息速率为 12.2kb/s、64kb/s、144kb/s、和 384kb/s 等多种 数据业务。在上行链路中，这几种速率对应的 DPDCH 的码速率分别为 60kb/s、240kb/s、480kb/s 和 960kb/s。在本节中以信息速率为 64kb/s 的参考业务 为例，来说明上行链路的编码过程。 64kb/s 电路交换承载业务上行链路的物理信道由 DPDCH 和 DPCCH 组成。如 前所述，64kb/s 业务对应的 DPDCH 的码速率为 240kb/s，而上述 4 种不同信息速 率业务的 DPCCH 符号速率均为 15kb/s。考虑到与 DPDCH 相比，DPCCH 有较高 的处理增益，故 DPCCH 的增益因子可以比 DPDCH 低一些，传输格式联合处于开 启状态，重复率为 18%。 DPDCH 用于承载专用控制信道（DCCH）信息和专用业务信道（DTCH）信息。 DTCH 和 DCCH 信息数据的信道编码过程如图 4-1 所示。 1280 1280 1296 3888 1950 3900 1950 SMU#1SMU#2SMU#3SMU#4 90909090 360 360 112 96 96 2400240024002400 信息数据 CRC 编码 1st交织 无线祯分割 速率匹配 2nd交织 15kb/sDPCCH 无线祯 FN=4N 无线祯 FN=4N+1 无线祯 FN=4N+2 无线祯 FN=4N+3 信息数据 CRC 编码 尾比特附加 卷积编码 R=1/3 1st交织 速率匹配 速率分配 2294106229410622941062294106 SMU#1 SMU#2 SMU#3 SMU#4 图 4-1 DTCH 和 DCCH 信道编码过程 Turbo 编码 240kb/SDPDCH DCCH 所需的传输信道数为 1，DTCH 所需的传输信道数为 2。DCCH 的传输 块大小为 96 位，而 DTCH 传输块大小为 1280 位。DCCH 的传输时间间隔为 40ms，对应于 4 个无线帧（每帧 10ms） ；DTCH 的为 20ms，对应 2 个无线帧。 DCCH 信息速率较低，差错控制编码采用了卷积码，编码率为 1/3；DTCH 则采用 Turbo 码，编码率也是 1/3。静态速率匹配参数均为 1.0。循环冗余校验位数为 16。两者在无线帧传输通道中的位置是固定的。 设计框图如图 4-2： 采样高斯噪声信号源 速率 匹配 交织 Turbo 编码 CRC 编码 解码加法器编码 Turbo 解码解交 织 信号源 延迟 分析 分析 加法 器 分析 CRC 解码 分析 速率 匹配 分析 图 4-2 仿真电路框图 4.1.2 仿真电路及参数设置 64kb/s 电路交换承载业务专用业务信道上行链路编码过程在 System View 上的 仿真电路如图 4-3 所示。64kb/s 的数据本应在两个 DTCH 中传输，每个 DTCH 中 传输 32kb/s，1280 位的数据块在 40ms 的帧中传输。为了简化仿真，在不影响仿 真原理的条件下，本例中仅对一个 DTCH 进行仿真，传输速率为 64kb/s，帧长度 变为 20ms，数据块长度不变。 图 4-3 64kb/s 电路交换承载业务 DTCH 上行链路编码过程仿真电路图 在上图中，图标 1 产生 64kb/s 的伪随机码，作为专用业务信道（DTCH）的信 息数据，并被采样器图标 2 以 64kHz 的采样频率采样，使每个采样点代表一个码 元，以保证后续处理的正确。该信息数据可由观察窗图标 15 来观察。系统信号源 产生的信息数据分为两路，一路经过图标 4、19 等对信道编码/解码的过程依次进 行仿真输出，由观察窗图标 14 来观察；另一路经单个的图标 0 信道编码器对完整 信道编码过程进行仿真，再经图标 8 信道解码器，对完整信道解码过程进行仿真， 并由图标 13 来观察。最后，可将两路输出信号进行比较并与系统的信号源对比， 以验证系统结构。 采样数据在图标 4 进行 CRC 编码，每次输入的信息快为 1280 位，对应时间 为 20ms。经过 CRC 编码后每个信息块增加了 16 位，即传输块大小为 1280 位+16 位=1296 位，然后再送入 Turbo 编码器图标 19。本设计中设定编码率为 1/3，编码 后传输块大小变为 1296 位3+12 位=3900 位。在本设计中，交织器图标 5 的每 个交织块大小为 1950 位，所以 3900 位要分为两个部分交织。经过交织后，码流 进入速率匹配器图标 6，输入的 1950 位经过速率匹配后变为 2294 位。至此完成 了整个编码过程。信号源图标 18 产生高斯噪声作为系统的传输噪声，经过加法器 图标 17 叠加到编码后的码流中。图标 9-12 按照与编码过程相反的顺序对码流进行 解码。系统的解码输出由观察窗图标 14 来观察。 系统中各图标的参数设置如表 4-1 所列。 表 4-1 上行链路专用业务信道编码过程仿真电路图标参数设置 图标序号图标名称参数设置 0,8FDD 库，传输通道编码/解码器Bearer Service=64kb/s,Channel=uplink, 0 为 Enc，8 为 Dec 1信号源库，伪随机序列发生器Amp=1v,Rate=64kHz,No.Level=2 2算子库，采样器Rate=64KHz 4,12FDD 库，CRC 校验编码/解码器Polynomial=16,Block Length=1280, Offset=0,4 为 Enc，12 为 Dec 5FDD 库，交织器Link Direction=uplink,Position=first, Span=20ms,TTI Block Length=1950 6,9FDD 库，速率匹配器Link Direction=uplink,Span=20ms,Data Coding Type=Turo,Frame After Matching=2294,Offset=0,Information Type=hard,6 为 Tate Matching，9 为 Rate Recovery 10FDD 库，解交织器Link Direction=uplink,Position=first, Span=20ms,TTI Block Length=1950, Information Type=hard 11FDD 库，Turbo 码解码器Encoding Rate=1/3,TTI of Tr Blocks= 1296,Noise Variance=0.001,Siganling Amplitude=1V,Signaling Threshold=0V, Decoding Iteration=10 16,17加法器无 18信号源库，高斯噪声信号源Consant Parameter=Std Deviation,Std Deviation=0.5V 19FDD 库，Turbo 码编码器Eccoding Rate=1/3,TTI of TR Bloks= 1296 20算子库，采样点延迟器Delay=6400 samples 3,7,13,14,15观察窗库，分析型观察窗无 系统时钟开始时间 0s，采样频率 229.4khz，采样点数 65536 个 4.1.3 仿真结果及分析 运行该系统，观察图标 3 和图标 7 的输出结果，如图 4-4 所示。 图 4-4 组合图标编码输出与单个图标编码输出的对比 由图 4-4 可以看出，使用单个图标仿真传输信道编码与用分立的图标组成的系 统相比延时要小。对于单个编码图标而言，输出相对输入的的延迟只有一个传输时 间间隔，即 20ms；而对于多个图标组成的信道编码/解码系统，速率匹配器图标的 延迟为 10ms，其它各图标的延迟为 20ms，所以，总延迟时间为 70ms。如果再考 虑解码部分，则两者的输出延迟时间相差更多。因此，在进行比较复杂的系统仿真 时，要尽量采用具有完整功能的单个图标。 系统最终解码的结果与输入信号的对比如图 4-5 所示。 图 4-5 输入数据与单个图标解码输出、组合图标解码输出的对比 从图 4-5 中可以看出，采用单个图标和图标组解码输出的结果与输入信息一致。 如果改变噪声的功率，还可以得到不同信噪比下的编码结果。 4.2 基带频分双工宽带 CDMA 上行链路仿真 4.2.1 仿真基础 在本节中，采用单个上行链路图标来仿真一个完整的频分双工基带上行链路， 然后解调出专用物理数据信道的的数据信息和专用物理控制信道信息，并将不同的 控制位进行分离。设计过程如图 4-6： 信号 发生 器 通信滤 波（基 带脉冲 成行） 采样 采样 DPDCH 和 DPCCH 的解扩 采样 输出 图 4-6 基带频分双工宽带 CDMA 上行链路设计过程图 4.2.2 仿真电路及参数设置 系统的 System View 仿真电路如图 4-7 所示。 图 4-7 基带频分双工 WCDMA 上行链路仿真电路 在本例中，上行链路没有规定具体的数据业务，即没有设置具体的 DTCH 和 DCCH，只是规定了两者经过信道编码、速率匹配和第二次交织后形成的 DPDCH 的数据速率为 60kb/s。DPDCH 的信息数据为由图标 0 内部的伪随机序列发生器产 生的随机数据。DPCCH 的每一个时隙则由固定的 6 位导频符号数据、2 位传输格 式联合指示 TFCI（Transport Format Combination Indiacator）信息数据、2 位传输功 率控制 TPC（Transmit Power Control）数据组成，共 10 位，速率为 15kb/s（每个 无线帧为 10ms，每帧分为 15 个时隙） 。图标 0 是一个完整的上行链路图标，它有 多个输出。阶跃信号发生器图标 1、2 提供固定电平分别应用于控制其 TPC 和 TFCI 的数据。图标 3 用于控制上行链路发生器的复位。观察窗图标 4 用于观察上 行链路 I 路基带信号输出。观察窗图标 5 用于观察 Q 路基带信号输出（I、Q 信号 分别为加扰后信号的虚部） 。观察窗图标 29 用于观察时隙编号。图标 6、7 为通信 滤波器，完成 I、Q 路基带的脉冲成形。为了提高仿真效率，在不影响原理说明的 前提下，本例省略了载波调制部分，并将 I、Q 两路基带信号由采样器图标 8、9 采 样，以降低信号的采样频率。I、O 信号同时进入扩频解调器图标 10 解扰，然后 DPDCH 和 DPCCH 两路信号分别解扩。图标 15 用于 DPDCH 的解扩。方波脉冲发 生器图标 12 产生的方波脉冲序列被采样点延迟器图标 11 延迟，为解扰单位和解 扩单元提供适宜的时钟信号。解扩后的两路信号分别经过平均器图标 13、14 进行 平均处理，以便于后续的采样和判决。图标 19 和 20 分别对 DPDCH 和 DPCCH 的 信号进行适当的延迟，再分别经图标 21、22 采样，即可得到 60kb/s 的数据信息和 15kb/s 的控制信息。从观察窗图标 17 可以关出图标信息输出。控制信息经过解复 用器图标 2325 逐次解复用，分别得到导频符号、传输格式联合指示信息和传输 功率控制信息。这些信息可以分别由观察窗图标 2628 进行观察。 系统中各图标的参数设置见表 4-2 所示。 表 4-2 基带频分双工 WCDMA 上行链路仿真电路图标参数设置 图标序号图标名称参数设置 0 FDD 库，上行链路发生器InformationSource=PN15,Channel=60kb/s，Chip=3 .840MHz, DPCCH