WCDMA系统的物理层(FDD)

WCDMA系统的物理层（FDD）概述；编码技术；物理层的成帧过程；业务复用；扩频与扰码；物理层帧结构；概述蜂窝系统的焦点：物理层直接影响无线链路的性能直接决定了用户终端与交换设备的复杂度WCDMA系统不仅所用带宽增加了，而且还采用了多种新的技术解决方案，因此它不局限于传统的话音业务，能够提供更灵活、多样化的业务传输组合WCDMA系统的物理层（FDD）概述；编码技术；物理层的成帧过程；业务复用；扩频与扰码；物理层帧结构；1.交织技术2.卷积码3.Turbo码4.速率匹配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取的时间分集技术，衰落信道的突发错误随机化，使得信道无记忆；在实际通信系统中，交织技术与纠错技术联合使用，以提高系统性能对角交织交织算法：对角交织的端到端时延为3倍的码块长度(短时延)仅仅能够把突发错误分散到两个连续的码块中，具有局限性块交织块交织将n个码字比特，逐行写入D×W的矩阵，在逐列读出将错误长度b≤D地突发错误分散到各个码字中，每个码字最多包含1个单发错误块交织地端到端时延为2个比特存储器的容量（2×W×D）缺点：对于周期性发生的错误缺少鲁棒性块间交织把一个输入块的NB个比特分散输出到B个码块中，每个输出码块包含N个比特一个输入块中的连续符号映射到B个连续的输出块，但是它们再这些块中的偏移量是不规则的，从而使得周期性的噪声随机化缺点：1.确保输入与输出的符号一一对应，必须保证B和N之间没有公约数2.由于它的分散性质，端到端的交织时延为B2N个符号FDD模式的交织器交织模式与深度的确定既要考虑到其分散错误的效果，又要兼顾业务传输时延的限制交织类型帧间交织即块间交织。帧间交织在编码流程中为第一次交织，完成帧数据之间的位置交换帧内交织也属于块交织，在编码流程中为第二步交织，它完成一个帧内部的数据比特位置的交换操作信道编码概述信道编码的本质利用冗余降低差错概率信道编码设计信息的准确度允许的时延系统级因素分集接收改进调制解调方法经济因素资源、可靠性和传信量之间选择差错控制方案－WCDMA差错控制方案前向纠错(FEC)单向信道无法做到无差错传输效率高自动重发请求(ARQ)双向信道无差错传输效率低、时延大WCDMA中的信道编码卷积码BER＝10-3Turbo码BER＝10-3－10-6业务专用编码不等差错保护

卷积码卷积码：本组的编码不仅与当前输入的k个信息元有关，而且还与前m个时刻的输入信息元有关参数：卷积码(n,k,m)信息位k码字n校验位n-k约束长度m＋1码率R=k/n寄存器个v=m码重与码距编码生成多项式卷积码

mipi2pi1(3,1,2)卷积编码器卷积码(续)WCDMA中的卷积码卷积码方案话音业务在内的速率相对较低的业务

编码方案码率

约束长度

生成多项式

自由距CC(2,1,9)

1/2

9753,561

12CC(3,1,9)

1/3

9

557，663，711

>16卷积码的距离特性码距离欧氏距离汉明距离自由距任意长编码后序列之间的最小汉明距离采用维特比译码算法时，自由距是衡量译码性能的重要参数由于卷积码的线性性质，所有码序列之间的最小汉明距应该等于非0码序列的最小汉明重量自由距可由生成函数求得，但计算量太大，目前的卷积码好码大都是用计算机搜索得到的Turbo码1993年提出，性能接近香农限Turbo码的优点性能优异，接近香农限适用于长延时和不限延时业务Turbo码的缺点长译码延时高复杂度误差底限理论分析困难Turbo码概述香农第二定理（无失真传输定理）当R<C，可以找到使Pe→0的编码方法满足：采用随机编、译码方式编译码长度L→∞，即码长无限采用最大似然译码方法Turbo码的编、译码结构并行级联RSC卷积码随机交织器迭代译码结构软输入、软输出子译码器MAP类译码算法（MAP、Log-MAP、Max-Log-MAP）SOVA类译码算法Turbo码－编码结构

Turbo码编码器反馈系统卷积码(RSC)并行结构随机化交织器TTT⊕⊕

TTT⊕⊕bkvk,1vk,2vk,33GPP推荐的Turbo码，码率1/3、RSC(13,15)作子码Turbo码－交织器交织器的功能利用随机化的思想将两个相互独立的短码连接成一个线性的长码离散突发错误交织器的设计交织长度越大，则性能越好,译码时延越大交织规则的随机性越好，则性能越好，针对性越强矩阵交织器S-随机交织器非均匀交织器码匹配交织器Turbo码－译码结构SISO子译码器的输入输出关系对数似然比

L(u)SISO子译码器外部信息

Le(u)先验信息

L0(u)信道信息

Lc·ySISO1ππ-1硬判决ππ-1L(uk)Yk,1Yk,2Yk,3LE(uk)L(uk)LE(uk)ukSISO2Turbo码的迭代译码结构Turbo译码器软输入软输出(SISO)子译码器迭代译码器算法相互传递外部信息Turbo码的译码算法最优化误比特率最优化误帧率Turbo的性能(1)迭代次数越多，性能越好Turbo的性能(2)交织长度越大，性能越好Turbo的性能(3)译码性能上：MAP算法很好，其次是Log－MAP，然后是Max－Log－MAP和SOVA从复杂度来分析，Max－Log－MAP最低，其次是Log－MAP和SOVA，最后是MAP

WCDMA中的Turbo码Turbo码母码为1/3码RSC生成多项式为RSC(13,15)通过速率匹配(打孔或重复)获得其他码率适用于对时延要求不高数据业务传输速率匹配为了适应多种速率传输，WCDMA给出了一种速率适配算法，目的是把业务速率适配为标准速率集中的一种速率速率匹配就是指在传输信道上的数据比特被打孔（puncturing）或重复（repeating），以便于使信道映射时达到传输格式所要求的比特速率

WCDMA系统的物理层（FDD）概述；编码技术；物理层的成帧过程；业务复用；扩频与扰码；物理层帧结构；1.传输信道向物理信道的映射2.成帧过程传输信道向物理信道的映射

高层的数据通过传输信道映射到物理层的物理信道上物理层既要有能力支持传输宽带业务所使用的多种速率的传输信道，又要能够把多种业务复用到同一个连接中每一个传输信道都有一个传输格式指示信息TFI，物理层把同一时刻到的各传输信道的TFI组合成传输格式组合指示TFCI，用来通知接收机当前帧的传输信道的格式。接收机从解调后的TFCI信息判断出当前信道的传输格式，从而能够正确解调接收信息

传输信道向物理信道的映射(续)传输信道分为公共传输信道与专用传输信道两种，专用信道是采用特定的扩频码、扰码码字，为某一个用户所专用；公共信道则是为整个小区或小区中的某一组用户所公用专用传输信道（DCH）对应2个物理信道专用数据物理信道（DPDCH）专用控制物理信道（DPCCH）高层并没有为所有的物理信道设置相应的传输信道但是每个基站都必须有传输这些物理信道的能力

传输信道向物理信道的映射(续)

专用传输信道DCH随机接入信道RACH公共分组信道CPCH广播信道BCH下行链路共享信道DSCH前向链路接入信道FACH寻呼信道PCH寻呼指示信道PICH同步信道SCH公共导频信道CPICH请求指示信道AICH接入前导请求指示信道AP-AICHCPCH状态指示信道SCICH冲突检测/信道分配指示信道CD/CA-ICH传输信道专用物理数据信道DPDCH专用物理控制信道DPCCH物理随机接入信道PRACH物理公共分组信道PCPCH主公共控制物理信道P-CCPCH下行物理共享信道PDSCH辅公共控制物理信道S-CCPCH物理信道上行链路成帧基带处理步骤包括为每个传输块加CRC校验比特：传输块的串联与码块分段：信道编码：无线帧均衡：匹配速率：插入不连续传输（DTX）指示比特：交织：无线帧分段：传输信道的复用：物理信道分段：映射到物理信道上行链路成帧过程

一个TTI添加CRC校验传输块级连或分割信道编码无线帧均衡第一次交织无线帧分段速率匹配第二次交织物理信道分段另一个TTI添加CRC校验传输块级连或分割信道编码无线帧均衡第一次交织无线帧分段速率匹配传输信道复用物理信道分段编码组合信道CCTrCH下行链路成帧在成帧过程中，上行链路与下行链路基本类似区别在于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分别在编码组合信道（CCTrCH）成型之前、后增加了一次DTX指示信息的输入机会。第一次是针对固定位置（fixedposition）的，第二次是针对可变位置（flxibleposition）的

下行链路成帧(续)WCDMA系统的物理层（FDD）概述；编码技术；物理层的成帧过程；业务复用；扩频与扰码；物理层帧结构；业务复用WCDMA系统传输业务数据经过高层的封装，以传输信道数据的形式进入物理信道

承载着通信业务的多个传输信道进入同一个复合传输信道（CCTrCH），再映射到物理信道WCDMA系统的业务复用过程，是为并发业务分配无线资源、保证其业务质量、并将传输格式通知接收机的过程具体到物理层，就是把承载了用户信息的传输信道与其控制信息进行组合，再映射到物理信道，进行发送的过程

传输格式参数传输格式(TF)传输格式集合传输格式组合传输格式组合集合传输格式指示传输格式组合指示3G系统承载业务物理层传输的业务选择单独信令语音＋信令电路交换数据＋信令分组交换数据＋信令语音＋电路交换数据＋信令语音＋分组交换数据＋信令

DTCH288028964800480048004800信息数据DCCH信息数据1002880CRC16添加CRC比特100CRC12添加CRC比特尾比特128688Turbo编码R＝1/38700第1次交织43504350无线帧分段尾比特8添加尾比特360卷积码R＝1/3360第一次交织90909090速率匹配407298470298470298470298第2次交织SMU#498SMU#1#2#3SMU#14702SMU#24702SMU#14702SMU#24702989898速率匹配

DTCH1(8kbit/s话音)DTCH2(64kbit/s数据)DCCH801280961296bit/20ms信息数据信息数据信息数据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次交织3900第1次交织360第1次交织80添加CRC比特CRC16312卷积编码1/3码率96添加尾比特尾比特83888Turbo编码1/3码率360卷积编码1/3码率#11990#21990#11950#21950无线帧分段9090909092929292无线帧分段318190092318190092318190092318190092传输信道复用WCDMA系统的物理层（FDD）概述；编码技术；物理层的成帧过程；业务复用；扩频与扰码；物理层帧结构；1.多址技术2.扩频码3.扰码多址技术频分多址（FDMA）；时分多址（TDMA）；码分多址（CDMA）；

频分复用原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。CH2CH1CH3原带宽CH1CH2CH3移频后带宽MUXCH1CH2CH3带宽复用信号f复用器波分复用——光的频分复用原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。F2F1F3光谱F1F2F3共享光纤的光谱光纤2光纤3光纤1共享光纤

棱柱/衍射光栅时分复用原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流时隙号1231D3D2D1时间片12时间片2D1时隙D2复用器码分复用

码分复用

扩频

理想的扩频码扩频码有优良的自相关性：扩频码有优良的互相关性：WCDMA的扩频和加扰

数据信道化码码片速率扰码码片速率比特速率扩频码用来区分用户占用的信道；正交可变长扩频码（OVSF）码字的长度是2的整数次幂对于上行链路：SF=2k(k=2,3,…,8),即SF=4,8,…,256对于下行链路：SF=2k(k=2,3,…,9),即SF=4,8,…,512对于长度一定的OVSF码，其包括的码字总数与其码长度相等，即共有SF个长度为SF的OVSF码不同长度，长度相同的不同码字之间相互正交，其互相关为0扰码区分不同的用户或基站有尖锐的自相关性尽可能小的互相关性产生容易，足够多的序列数尽可能大的序列复杂度Gold扰码2个特定的m序列相加具有良好的自、互相关特性上行区分用户，下行区分基站长扰码&短扰码M序列由本原多项式生成性质:周期:2r-1(r是移位寄存器的个数).在一个周期内1的个数是2r-1,0的个数是2r-1-1;在一个周期中,共有2r-1个游程,游程长度为k的个数占游程总个数的比例是1/2kM序列和其移位后的序列逐位模２相加，所得序列还是m序列；扰码的分配上行链路：专用信道：由网络分配给用户；随机接入信道：使用的扰码与该小区下行链路的主扰码对应；公共分组信道：使用的扰码与该小区下行链路的主扰码对应；下行链路：每个小区分配一个扰码集合（1个主扰码，15个辅扰码）WCDMA系统的物理层（FDD）概述；编码技术；物理层的成帧过程；业务复用；扩频与扰码；物理层帧结构；1.物理信道帧结构2.发射分集3.下行链路物理信道4.上行链路物理信道物理层的帧结构

···帧i···帧1帧70帧0帧71时隙0时隙1时隙2时隙3时隙4时隙5时隙6时隙7时隙8时隙9时隙14时隙13时隙12时隙11时隙1010ms2560chip发射分集为减少下行物理信道之间的干扰，提高接收机性能，下行链路物理信道在发射时采用两个正交天线发送一种信息的不同的调制信号，即发射分集。开环模式空时发射分集（STTD）时间切换发射分集（TSTD）—同步信道SCH闭环模式闭环模式

下行链路物理信道下行链路物理信道下行链路专用传输信道下行链路公共物理信道下行链路专用物理信道帧结构：专用物理信道的发送分集：空时分组码专用物理信道的多码传输用扩频码