WCDMA系統(tǒng)的物理層(FDD)

WCDMA系統(tǒng)的物理層（FDD）概述；編碼技術(shù)；物理層的成幀過程；業(yè)務(wù)復(fù)用；擴頻與擾碼；物理層幀結(jié)構(gòu)；概述蜂窩系統(tǒng)的焦點：物理層直接影響無線鏈路的性能直接決定了用戶終端與交換設(shè)備的復(fù)雜度WCDMA系統(tǒng)不僅所用帶寬增加了，而且還采用了多種新的技術(shù)解決方案，因此它不局限于傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)，能夠提供更靈活、多樣化的業(yè)務(wù)傳輸組合WCDMA系統(tǒng)的物理層（FDD）概述；編碼技術(shù)；物理層的成幀過程；業(yè)務(wù)復(fù)用；擴頻與擾碼；物理層幀結(jié)構(gòu)；1.交織技術(shù)2.卷積碼3.Turbo碼4.速率匹配交織交織技術(shù)是為了抵抗無線信道的噪聲以及衰落的影響而采取的時間分集技術(shù)，衰落信道的突發(fā)錯誤隨機化，使得信道無記憶；在實際通信系統(tǒng)中，交織技術(shù)與糾錯技術(shù)聯(lián)合使用，以提高系統(tǒng)性能對角交織交織算法：對角交織的端到端時延為3倍的碼塊長度(短時延)僅僅能夠把突發(fā)錯誤分散到兩個連續(xù)的碼塊中，具有局限性塊交織塊交織將n個碼字比特，逐行寫入D×W的矩陣，在逐列讀出將錯誤長度b≤D地突發(fā)錯誤分散到各個碼字中，每個碼字最多包含1個單發(fā)錯誤塊交織地端到端時延為2個比特存儲器的容量（2×W×D）缺點：對于周期性發(fā)生的錯誤缺少魯棒性塊間交織把一個輸入塊的NB個比特分散輸出到B個碼塊中，每個輸出碼塊包含N個比特一個輸入塊中的連續(xù)符號映射到B個連續(xù)的輸出塊，但是它們再這些塊中的偏移量是不規(guī)則的，從而使得周期性的噪聲隨機化缺點：1.確保輸入與輸出的符號一一對應(yīng)，必須保證B和N之間沒有公約數(shù)2.由于它的分散性質(zhì)，端到端的交織時延為B2N個符號FDD模式的交織器交織模式與深度的確定既要考慮到其分散錯誤的效果，又要兼顧業(yè)務(wù)傳輸時延的限制交織類型幀間交織即塊間交織。幀間交織在編碼流程中為第一次交織，完成幀數(shù)據(jù)之間的位置交換幀內(nèi)交織也屬于塊交織，在編碼流程中為第二步交織，它完成一個幀內(nèi)部的數(shù)據(jù)比特位置的交換操作信道編碼概述信道編碼的本質(zhì)利用冗余降低差錯概率信道編碼設(shè)計信息的準確度允許的時延系統(tǒng)級因素分集接收改進調(diào)制解調(diào)方法經(jīng)濟因素資源、可靠性和傳信量之間選擇差錯控制方案－WCDMA差錯控制方案前向糾錯(FEC)單向信道無法做到無差錯傳輸效率高自動重發(fā)請求(ARQ)雙向信道無差錯傳輸效率低、時延大WCDMA中的信道編碼卷積碼BER＝10-3Turbo碼BER＝10-3－10-6業(yè)務(wù)專用編碼不等差錯保護

卷積碼卷積碼：本組的編碼不僅與當前輸入的k個信息元有關(guān)，而且還與前m個時刻的輸入信息元有關(guān)參數(shù)：卷積碼(n,k,m)信息位k碼字n校驗位n-k約束長度m＋1碼率R=k/n寄存器個v=m碼重與碼距編碼生成多項式卷積碼

mipi2pi1(3,1,2)卷積編碼器卷積碼(續(xù))WCDMA中的卷積碼卷積碼方案話音業(yè)務(wù)在內(nèi)的速率相對較低的業(yè)務(wù)

編碼方案碼率

約束長度

生成多項式

自由距CC(2,1,9)

1/2

9753,561

12CC(3,1,9)

1/3

9

557，663，711

>16卷積碼的距離特性碼距離歐氏距離漢明距離自由距任意長編碼后序列之間的最小漢明距離采用維特比譯碼算法時，自由距是衡量譯碼性能的重要參數(shù)由于卷積碼的線性性質(zhì)，所有碼序列之間的最小漢明距應(yīng)該等于非0碼序列的最小漢明重量自由距可由生成函數(shù)求得，但計算量太大，目前的卷積碼好碼大都是用計算機搜索得到的Turbo碼1993年提出，性能接近香農(nóng)限Turbo碼的優(yōu)點性能優(yōu)異，接近香農(nóng)限適用于長延時和不限延時業(yè)務(wù)Turbo碼的缺點長譯碼延時高復(fù)雜度誤差底限理論分析困難Turbo碼概述香農(nóng)第二定理（無失真?zhèn)鬏敹ɡ恚┊擱<C，可以找到使Pe→0的編碼方法滿足：采用隨機編、譯碼方式編譯碼長度L→∞，即碼長無限采用最大似然譯碼方法Turbo碼的編、譯碼結(jié)構(gòu)并行級聯(lián)RSC卷積碼隨機交織器迭代譯碼結(jié)構(gòu)軟輸入、軟輸出子譯碼器MAP類譯碼算法（MAP、Log-MAP、Max-Log-MAP）SOVA類譯碼算法Turbo碼－編碼結(jié)構(gòu)

Turbo碼編碼器反饋系統(tǒng)卷積碼(RSC)并行結(jié)構(gòu)隨機化交織器TTT⊕⊕

TTT⊕⊕bkvk,1vk,2vk,33GPP推薦的Turbo碼，碼率1/3、RSC(13,15)作子碼Turbo碼－交織器交織器的功能利用隨機化的思想將兩個相互獨立的短碼連接成一個線性的長碼離散突發(fā)錯誤交織器的設(shè)計交織長度越大，則性能越好,譯碼時延越大交織規(guī)則的隨機性越好，則性能越好，針對性越強矩陣交織器S-隨機交織器非均勻交織器碼匹配交織器Turbo碼－譯碼結(jié)構(gòu)SISO子譯碼器的輸入輸出關(guān)系對數(shù)似然比

L(u)SISO子譯碼器外部信息

Le(u)先驗信息

L0(u)信道信息

Lc·ySISO1ππ-1硬判決ππ-1L(uk)Yk,1Yk,2Yk,3LE(uk)L(uk)LE(uk)ukSISO2Turbo碼的迭代譯碼結(jié)構(gòu)Turbo譯碼器軟輸入軟輸出(SISO)子譯碼器迭代譯碼器算法相互傳遞外部信息Turbo碼的譯碼算法最優(yōu)化誤比特率最優(yōu)化誤幀率Turbo的性能(1)迭代次數(shù)越多，性能越好Turbo的性能(2)交織長度越大，性能越好Turbo的性能(3)譯碼性能上：MAP算法很好，其次是Log－MAP，然后是Max－Log－MAP和SOVA從復(fù)雜度來分析，Max－Log－MAP最低，其次是Log－MAP和SOVA，最后是MAP

WCDMA中的Turbo碼Turbo碼母碼為1/3碼RSC生成多項式為RSC(13,15)通過速率匹配(打孔或重復(fù))獲得其他碼率適用于對時延要求不高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率匹配為了適應(yīng)多種速率傳輸，WCDMA給出了一種速率適配算法，目的是把業(yè)務(wù)速率適配為標準速率集中的一種速率速率匹配就是指在傳輸信道上的數(shù)據(jù)比特被打孔（puncturing）或重復(fù)（repeating），以便于使信道映射時達到傳輸格式所要求的比特速率

WCDMA系統(tǒng)的物理層（FDD）概述；編碼技術(shù)；物理層的成幀過程；業(yè)務(wù)復(fù)用；擴頻與擾碼；物理層幀結(jié)構(gòu)；1.傳輸信道向物理信道的映射2.成幀過程傳輸信道向物理信道的映射

高層的數(shù)據(jù)通過傳輸信道映射到物理層的物理信道上物理層既要有能力支持傳輸寬帶業(yè)務(wù)所使用的多種速率的傳輸信道，又要能夠把多種業(yè)務(wù)復(fù)用到同一個連接中每一個傳輸信道都有一個傳輸格式指示信息TFI，物理層把同一時刻到的各傳輸信道的TFI組合成傳輸格式組合指示TFCI，用來通知接收機當前幀的傳輸信道的格式。接收機從解調(diào)后的TFCI信息判斷出當前信道的傳輸格式，從而能夠正確解調(diào)接收信息

傳輸信道向物理信道的映射(續(xù))傳輸信道分為公共傳輸信道與專用傳輸信道兩種，專用信道是采用特定的擴頻碼、擾碼碼字，為某一個用戶所專用；公共信道則是為整個小區(qū)或小區(qū)中的某一組用戶所公用專用傳輸信道（DCH）對應(yīng)2個物理信道專用數(shù)據(jù)物理信道（DPDCH）專用控制物理信道（DPCCH）高層并沒有為所有的物理信道設(shè)置相應(yīng)的傳輸信道但是每個基站都必須有傳輸這些物理信道的能力

傳輸信道向物理信道的映射(續(xù))

專用傳輸信道DCH隨機接入信道RACH公共分組信道CPCH廣播信道BCH下行鏈路共享信道DSCH前向鏈路接入信道FACH尋呼信道PCH尋呼指示信道PICH同步信道SCH公共導(dǎo)頻信道CPICH請求指示信道AICH接入前導(dǎo)請求指示信道AP-AICHCPCH狀態(tài)指示信道SCICH沖突檢測/信道分配指示信道CD/CA-ICH傳輸信道專用物理數(shù)據(jù)信道DPDCH專用物理控制信道DPCCH物理隨機接入信道PRACH物理公共分組信道PCPCH主公共控制物理信道P-CCPCH下行物理共享信道PDSCH輔公共控制物理信道S-CCPCH物理信道上行鏈路成幀基帶處理步驟包括為每個傳輸塊加CRC校驗比特：傳輸塊的串聯(lián)與碼塊分段：信道編碼：無線幀均衡：匹配速率：插入不連續(xù)傳輸（DTX）指示比特：交織：無線幀分段：傳輸信道的復(fù)用：物理信道分段：映射到物理信道上行鏈路成幀過程

一個TTI添加CRC校驗傳輸塊級連或分割信道編碼無線幀均衡第一次交織無線幀分段速率匹配第二次交織物理信道分段另一個TTI添加CRC校驗傳輸塊級連或分割信道編碼無線幀均衡第一次交織無線幀分段速率匹配傳輸信道復(fù)用物理信道分段編碼組合信道CCTrCH下行鏈路成幀在成幀過程中，上行鏈路與下行鏈路基本類似區(qū)別在于速率匹配不是在無線幀分段之后，而是在信道編碼之后，針對一個無線幀的信息比特進行的分別在編碼組合信道（CCTrCH）成型之前、后增加了一次DTX指示信息的輸入機會。第一次是針對固定位置（fixedposition）的，第二次是針對可變位置（flxibleposition）的

下行鏈路成幀(續(xù))WCDMA系統(tǒng)的物理層（FDD）概述；編碼技術(shù)；物理層的成幀過程；業(yè)務(wù)復(fù)用；擴頻與擾碼；物理層幀結(jié)構(gòu)；業(yè)務(wù)復(fù)用WCDMA系統(tǒng)傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過高層的封裝，以傳輸信道數(shù)據(jù)的形式進入物理信道

承載著通信業(yè)務(wù)的多個傳輸信道進入同一個復(fù)合傳輸信道（CCTrCH），再映射到物理信道WCDMA系統(tǒng)的業(yè)務(wù)復(fù)用過程，是為并發(fā)業(yè)務(wù)分配無線資源、保證其業(yè)務(wù)質(zhì)量、并將傳輸格式通知接收機的過程具體到物理層，就是把承載了用戶信息的傳輸信道與其控制信息進行組合，再映射到物理信道，進行發(fā)送的過程

傳輸格式參數(shù)傳輸格式(TF)傳輸格式集合傳輸格式組合傳輸格式組合集合傳輸格式指示傳輸格式組合指示3G系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)物理層傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)選擇單獨信令語音＋信令電路交換數(shù)據(jù)＋信令分組交換數(shù)據(jù)＋信令語音＋電路交換數(shù)據(jù)＋信令語音＋分組交換數(shù)據(jù)＋信令

DTCH288028964800480048004800信息數(shù)據(jù)DCCH信息數(shù)據(jù)1002880CRC16添加CRC比特100CRC12添加CRC比特尾比特128688Turbo編碼R＝1/38700第1次交織43504350無線幀分段尾比特8添加尾比特360卷積碼R＝1/3360第一次交織90909090速率匹配407298470298470298470298第2次交織SMU#498SMU#1#2#3SMU#14702SMU#24702SMU#14702SMU#24702989898速率匹配

DTCH1(8kbit/s話音)DTCH2(64kbit/s數(shù)據(jù))DCCH801280961296bit/20ms信息數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)1280添加CRC比特96添加CRC比特112添加尾比特318318速率匹配2400240024002400第2次交織3900第1次交織360第1次交織80添加CRC比特CRC16312卷積編碼1/3碼率96添加尾比特尾比特83888Turbo編碼1/3碼率360卷積編碼1/3碼率#11990#21990#11950#21950無線幀分段9090909092929292無線幀分段318190092318190092318190092318190092傳輸信道復(fù)用WCDMA系統(tǒng)的物理層（FDD）概述；編碼技術(shù)；物理層的成幀過程；業(yè)務(wù)復(fù)用；擴頻與擾碼；物理層幀結(jié)構(gòu)；1.多址技術(shù)2.擴頻碼3.擾碼多址技術(shù)頻分多址（FDMA）；時分多址（TDMA）；碼分多址（CDMA）；

頻分復(fù)用原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖

棱柱/衍射光柵時分復(fù)用原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進行傳輸。A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時隙號1231D3D2D1時間片12時間片2D1時隙D2復(fù)用器碼分復(fù)用

碼分復(fù)用

擴頻

理想的擴頻碼擴頻碼有優(yōu)良的自相關(guān)性：擴頻碼有優(yōu)良的互相關(guān)性：WCDMA的擴頻和加擾

數(shù)據(jù)信道化碼碼片速率擾碼碼片速率比特速率擴頻碼用來區(qū)分用戶占用的信道；正交可變長擴頻碼（OVSF）碼字的長度是2的整數(shù)次冪對于上行鏈路：SF=2k(k=2,3,…,8),即SF=4,8,…,256對于下行鏈路：SF=2k(k=2,3,…,9),即SF=4,8,…,512對于長度一定的OVSF碼，其包括的碼字總數(shù)與其碼長度相等，即共有SF個長度為SF的OVSF碼不同長度，長度相同的不同碼字之間相互正交，其互相關(guān)為0擾碼區(qū)分不同的用戶或基站有尖銳的自相關(guān)性盡可能小的互相關(guān)性產(chǎn)生容易，足夠多的序列數(shù)盡可能大的序列復(fù)雜度Gold擾碼2個特定的m序列相加具有良好的自、互相關(guān)特性上行區(qū)分用戶，下行區(qū)分基站長擾碼&短擾碼M序列由本原多項式生成性質(zhì):周期:2r-1(r是移位寄存器的個數(shù)).在一個周期內(nèi)1的個數(shù)是2r-1,0的個數(shù)是2r-1-1;在一個周期中,共有2r-1個游程,游程長度為k的個數(shù)占游程總個數(shù)的比例是1/2kM序列和其移位后的序列逐位模２相加，所得序列還是m序列；擾碼的分配上行鏈路：專用信道：由網(wǎng)絡(luò)分配給用戶；隨機接入信道：使用的擾碼與該小區(qū)下行鏈路的主擾碼對應(yīng)；公共分組信道：使用的擾碼與該小區(qū)下行鏈路的主擾碼對應(yīng)；下行鏈路：每個小區(qū)分配一個擾碼集合（1個主擾碼，15個輔擾碼）WCDMA系統(tǒng)的物理層（FDD）概述；編碼技術(shù)；物理層的成幀過程；業(yè)務(wù)復(fù)用；擴頻與擾碼；物理層幀結(jié)構(gòu)；1.物理信道幀結(jié)構(gòu)2.發(fā)射分集3.下行鏈路物理信道4.上行鏈路物理信道物理層的幀結(jié)構(gòu)

···幀i···幀1幀70幀0幀71時隙0時隙1時隙2時隙3時隙4時隙5時隙6時隙7時隙8時隙9時隙14時隙13時隙12時隙11時隙1010ms2560chip發(fā)射分集為減少下行物理信道之間的干擾，提高接收機性能，下行鏈路物理信道在發(fā)射時采用兩個正交天線發(fā)送一種信息的不同的調(diào)制信號，即發(fā)射分集。開環(huán)模式空時發(fā)射分集（STTD）時間切換發(fā)射分集（TSTD）—同步信道SCH閉環(huán)模式閉環(huán)模式

下行鏈路物理信道下行鏈路物理信道下行鏈路專用傳輸信道下行鏈路公共物理信道下行鏈路專用物理信道幀結(jié)構(gòu)：專用物理信道的發(fā)送分集：空時分組碼專用物理信道的多碼傳輸用擴頻碼