3g-3CDMA2000物理信道编码过程

3g-3CDMA2000物理信道编码过程第一页，共81页。主要内容第一节CDMA2000物理信道的特征多种射频信道带宽前向链路的快速功率控制两种扩展技术——多载波(MC)和直接扩谱(DS前向链路的发射分集Turbo编码导频辅助反向链路相干解调增强信道结构灵活的帧长(交织器的时间跨度)可选择的长交织器2006-22第二页，共81页。主要内容第二节CDMA2000物理信道编码过程前向导频信道同步信道F-SYNCH前向寻呼信道F-PCH前向广播控制信道F-BCCH前向快速寻呼信道F-QPCH 前向公共功率控制信道F-CPCCH 前向公共指配信道F-CACH前向公共控制信道F-CCCH前向专用控制信道F-DCCH前向基本信道F-FCH前向补充信道F-SCH2006-23第三页，共81页。第一节CDMA2000物理信道的特征多种射频信道带宽前向链路的快速功率控制两种扩展技术——多载波(MC)和直接扩谱(DS前向链路的发射分集Turbo编码导频辅助反向链路相干解调增强信道结构灵活的帧长(交织器的时间跨度)可选择的长交织器2006-24第四页，共81页。

cdma2000是在IS-95基础上进一步发展的，它对现有IS-95系统具有后向兼容性，因此CDMA2000无线接口保持了许多IS-95空中接口设计的特征，当然，为了支持高速数据业务，它又有新的特征。cdma2000所支持的一些空中接口的特征如下：(1)多种射频信道带宽

射频信道带宽可为NX1.25MHz，其中，N＝1、3、6、12，但IS-2000的仅支持前两种带宽。第一节CDMA2000物理信道的特征2006-25第五页，共81页。(2)前向链路的快速功率控制

移动台检测了前向链路的Eb/N0后送出功率控制比特；功率控制信道与反向导频信道时分复用；为了避免编码、成帧和解码造成的时延，功率控制比特不用编码；发送功率控制比特的速率是固定的，为800bps；第一节CDMA2000物理信道的特征2006-26第六页，共81页。第一节CDMA2000物理信道的特征(3)两种扩展技术——多载波(MC)和直接扩谱(DS)

在MC方式中，编码和交织后的调制符号可多路分解到N个1.25MHz的载波上，每个载波的码片速率仅为1.2288Mcps，结果在整个传输带宽上能有效地扩展信号。与MC方式相对应的是DS方式，调制符号的码片速率为NX1.2288Mcps(N＝1、3、6、9或12)，但这么高码片速率的扩展信号都在一个载波上调制，当然，这个载波的带宽为NX1.25MHz。因为IS-95的扩展信号带宽为1.25MHz，所以多载波可以覆盖N个相邻的IS-95载波。cdma2000前向链路支持DS和MC两种方式，反向链路仅支持DS方式。2006-27第七页，共81页。(4)前向链路的发射分集

前向链路采用的发射分集方式有三种： ——多载波发射分集(MCTD)：对于MC方式，不同的载波可映射到不同的天线上； ——正交发射分集(OTD)：对于DS方式，可以通过分离数据流，采用正交序列扩展两个数据流来完成； ——空时扩展(STS)：对于DS方式，通过对数据流进行空时编码，采用两个不同的Walsh码进行扩展，并发送到两个天线上。第一节CDMA2000物理信道的特征2006-28第八页，共81页。(5)Turbo编码

对较高速率的信道，用Turbo编码比起传统的卷积码来，其对Eb/N0的要求更低。Turbo编码用在高速率信道，卷积码用在公用信道和低速率信道中。第一节CDMA2000物理信道的特征2006-29第九页，共81页。第一节CDMA2000物理信道的特征(6)导频辅助

不仅前向链路使用公共导领信道，反向链路中还为每个业务信道都配备了一个导频信道，这有别于IS-95技术。(7)反向链路相干解调(8)增强信道结构

2006-210第十页，共81页。第一节CDMA2000物理信道的特征(9)灵活的帧长(交织器的时间跨度)

cdma2000支持5ms、10ms、20ms、40ms和80ms的帧，交织器的时间跨度是由时延、交织器内存的要求和Eb/N0的要求权衡而得到的。较短的帧长可以减少端到端的时延，而对较长的帧而言，帧头占的比重小，要求的Eb/N0也将减小。(10)可选择的长交织器

2006-211第十一页，共81页。第二节 物理信道编码过程前向导频信道同步信道F-SYNCH前向寻呼信道F-PCH前向广播控制信道F-BCCH前向快速寻呼信道F-QPCH 前向公共控制信道F-CCCH前向公共功率控制信道F-CPCCH 前向公共指配信道F-CACH前向专用控制信道F-DCCH前向基本信道F-FCH前向补充信道F-SCH2006-212第十二页，共81页。1.前向导频信道前向导频信道用于传送导频信息，由基站连续不断地发送一种直接序列扩频信号，供移动台获得前向信道的定时和提取相干载波以进行相干解调，并可通过对导频信号进行检测，以比较相邻基站的信号强度和决定何时需进行越区切换。为了保证载频检测和提取的可靠性，导频信号的电平可以高于其他信号电平。 2006-213第十三页，共81页。基站利用导频PN序列的时间偏置标识每个前向CDMA信道，在CDM蜂窝系统中时间偏置可以复用。不同的导频信道由偏置指数0～511)来区别。任一导频PN序列的偏置指数乘上一个常数就是该序列相对于零偏置导频PN序列的偏置时间。对于SR1及SR3的MC方式，这个常数是64；而在SR3的DS方式下，这个常数为192。 前向导频信道2006-214第十四页，共81页。前向链路中的导频信道包括前向导频信道F-PICH、发送分集导频信道(F-TDPICH)、辅助导频信道(F-APICH)和辅助发送分集导频信道(F-ATDPICH)。它们都是未经调制的扩谱信号。由于导频信道的所有比特都为“0”，所以在发送前，它只须经过正交扩频(用Walsh函数)、QPSK调制和滤波。F-PICH占用了Walsh函数W064对应的码分信道。码分信道W64kN(N>64，0<64k<N，且N为整数)不能再被使用。前向导频信道2006-215第十五页，共81页。如果使用F-TDPICH，它将占用码分信道W16128，并且发射功率小于或等于相应的F-PICH。如果使用了F-APICH，它将占用码分信道WnN，其中N<512，且1<n<N-1，N和n的值由BS指定。如果F-APICH和F-ATDPICH联合使用，则F-APICH占用码分信道WnN，F-ATDPICH占用码分信道Wn+N/2N，其中N<512，且1<n<N/2-1，N和n的值由BS指定。前向导频信道2006-216第十六页，共81页。 如果BS在前向CDMA信道上使用了发送分集方式，则它必须发送相应的F-TDPICH。如果BS在前向上应用了智能天线或波束赋形，则可以在一个CDMA信道上产生一个或多个(专用)辅助导频(F-APICH)，用来提高容量或满足覆盖上的特殊要求(如定向发射)。当使用了F-APICH的CDMA信道采用了分集发送方式时，BS应发送相应的F-ATDPICH。前向导频信道2006-217第十七页，共81页。 导频信道所有比特都为0，所以在发送前不需编码和交织，只需经过正交扩频、QPSK和滤波。前向导频信道结构如图所示：图中有全0的Q支路，是因为前向导频信道使用了复扩频技术，前向同步和寻呼信道同样如此。前向导频信道2006-218第十八页，共81页。前向导频信道结构＋WalshXI输入信息序列（全0）符号映射0－1，1－-1信道增益XQ全0前向导频信道全02006-219第十九页，共81页。2006-220第二十页，共81页。2006-221第二十一页，共81页。同步信道用于传送同步信息，在基站覆盖的范围内，各移动台可利用这种信息进行同步捕获。在基站的覆盖区中开机状态的移动台利用它来获得初始的时间同步。同步信道的数据速率为固定的1200bps。一个同步信道帧长为26.67ms，而一个同步信道超帧由三个同步信道帧组成，帧长为80ms。同步信道在发送前要经过卷积编码、码符号重复、交织、扩频、QPSK调制和滤波。同步信道卷积编码的速率为1/2，约束长度是9。2.前向同步信道F-SYNCH2006-222第二十二页，共81页。XQ前向链路同步信道结构2.前向同步信道F-SYNCH交织同步信道＋WalshXI符号重复4.8ks/s卷积编码器码元2.4ks/s1.2kb/sr=1/2,K=9符号映射信道增益02006-223第二十三页，共81页。1）消息体内容域长度（比特）MSG-TYPE(‘00000001’)8P-REV8MIN-P-REV8SID15NID16PILOT-PN9LC-STATE42SYS-TIME36LP-SEC8LTM-OFF6PRAT2RESERVED32006-224第二十四页，共81页。P-REV：协议版本号。SID：系统标识。NID：网络标识。PILOT-PN：导频PN序列偏移。LC-STATE：长码状态。SYS-TIME：系统时间LP-SEC：从系统时间开始跳过的秒数。LTM-OFF：相对系统时间的本地时间偏移。PRAT：寻呼信道数据率。1）消息体内容2006-225第二十五页，共81页。2）帧结构2006-226第二十六页，共81页。2）卷积编码器2006-227第二十七页，共81页。2）卷积编码器反向接入信道卷积编码器的连接矢量为：卷积编码器对应的节点数和状态数为：

29-1＝2562006-228第二十八页，共81页。3）符号重复重复的目的是为了调整速率；可以减少传输错误；2006-229第二十九页，共81页。4）交织交织技术与重复或编码结合可以防止突发性错误。符号在进入信道传送之前进行交织，如果传送时发生突发错误，恢复原顺序就可以在时间上分散错误。系统规定交织技术采用块交织，对于一个的块交织器，可以看成是一个行和列的存储矩阵。数据按列写入、按行读出。同步信道采用128个符号的数据块进行交织处理。2006-230第三十页，共81页。5）符号映射符号映射的含义；符号映射的作用：单极性变为双极性便于信号检测时提高信号的相关峰值，有利于信号检测；2006-231第三十一页，共81页。6）信道增益为对应的信道调整发射功率；2006-232第三十二页，共81页。7）多路输出选择器（DEMUX）信号分离器，多路输出选择器2006-233第三十三页，共81页。8）信道分配使用沃尔什函数编码时为了保证基站信号是正交的，以抑制干扰。正交调制的(64,6)编码器以19.2kcps速率接收符号映射后（4.8k）的符号，并以19.2kcps的速率输出沃尔什编码后的二进制符号。2006-234第三十四页，共81页。9）复数乘法器实现复数扩频。复数扩频因子（图中的PN-I和PN-Q）的产生方法如下。PN码的速率为1.2288Mcps。扩频增益为64倍。两个正交的短PN码是用15阶线性反馈移位寄存器(LFSR)产生的M序列（即在m序列中加入一个“0”），周期为215=32768。在1.2288Mcps的速率上，周期为26.66ms。不同基站的短PN码只是偏置相位不同，有512种可能的偏置相位2006-235第三十五页，共81页。10）基带滤波器2006-236第三十六页，共81页。10）基带滤波器S(f)频率响应；频率在带通内，即0<f<fp，要求滤波器归一化频率响应在±δ1范围内；频率在阻带通,即f>fs，要求滤波器归一化频率响应在小于活等于-δ2;其中δ1=1.5dB,δ2=40dB,fp=590kHz,andfs=740kHz.2006-237第三十七页，共81页。11）同步信道编码参数2006-238第三十八页，共81页。F-PCH以固定的速率9600bps或4800bps传递信息。虽然有两种可供选择的速率，但在一个给定的系统中，所有的F-PCH都必须采用同样的速率。F-PCH应被分为时长为80ms的时间片，每个时间片含4个F-PCH帧，帧长为20ms。3.前向寻呼信道2006-239第三十九页，共81页。前向寻呼信道F-PCHF-PCH在发送前要经过卷积编码、码符号重复、交织、数据扰码、正交扩频、QPSK调制和滤波。F-PCH卷积编码的速率为1/2，约束长度K=9；当数据速率为9600bps时，符号不用重复；而数据速率为4800bps时，符号重复一次(即2符号/比特)。其交织器长度为384符号。2006-240第四十页，共81页。交织寻呼信道＋Walsh码元重复调制码元19.2ks/s卷积编码器码元19.2ks/s9.6ks/s9.6kb/s4.8kb/sr=1/2,K=9＋抽样器64chip/次长码产生寻呼信道的长码掩码1.2288Mc/s19.2ks/sI符号映射Q全0

前向寻呼信道F-PCH2006-241第四十一页，共81页。寻呼信道编码参数2006-242第四十二页，共81页。4.前向广播控制信道F-BCCHF-BCCH是专门用来承载开销信息和进行短信息广播的信道，以数据速率19200bps、9600bps、或4800bps传送信息。F-BCCH帧长为40ms，但一般分为40ms、80ms和160ms时长的F-BCCH时间片。F-BCCH时间片有768bit，包括744个信息比特，16个帧质量指示符(CRC)和8个编码尾比特。2006-243第四十三页，共81页。在SRl，FEC编码R=1/2的条件下使用F-BCCH，它将占用码分信道Wn64，其中1<n<63；在SRl，FEC编码R=1/4的条件下使用F-BCCH，它将占用码分信道Wn32，其中1<n<31；如果在SR3的条件下使用F-BCCH，它将占用码分信道Wn128，共中1<n<127。 n的值都由BS指定，n的选择还应保证不和其他已分配的码信道资源冲突。前向广播控制信道F-BCCH2006-244第四十四页，共81页。 F-BCCH在发射前经过编码、交织、序列重复、扩频、QPSK调制和滤波。F-BCCH卷积编码的速率为1/2，约束长度K=9；其交织器长度为1536符号；序列重复可为一次、两次或不重复。前向广播控制信道F-BCCH2006-245第四十五页，共81页。交织广播控制信道码元重复调制码元38.4ks/s卷积编码器码元38.4kb/s19.2kb/s9.6kb/s19.2kb/s9.6kb/s4.8kb/sr=1/2,K=9＋抽样器64chip/次长码产生长码掩码1.2288Mc/sI符号映射扰码比特重复信道增益DEMUXQ前向广播控制信道F-BCCH2006-246第四十六页，共81页。使用F-QPCH的目的，最主要是使MS不必长时间地监听F-PCH，从而延长了待机时间。基站利用F-QPCH通知MS，是否在下一个前向公共控制信道帧开始时接收其信息或者在下一个寻呼信道帧开始时接收其信息。5.前向快速寻呼信道F-QPCH2006-247第四十七页，共81页。 如果在SRl中使用F-QPCH，此信道的最大数量为3，它将依次占用码分信道W80128、W48128、W112128。F-QPCH传输没有经过编码、只进行扩频和开关控OOK调制的信号，为整个基站覆盖区内的MS服务。F-QPCH以固定的速率4800bps或9600bps传输快速寻呼指示信息，信道结构如下图所示。前向快速寻呼信道F-QPCH2006-248第四十八页，共81页。快速寻呼信道指示码元重复调制符号19.2ks/s9.6kb/s4.8kb/sI开关键控：指示符有效，则发+1；否则发0。信道增益DEMUXQ前向快速寻呼信道F-QPCH2006-249第四十九页，共81页。BS支持一个或多个F-CPCCH，通过F-CPCCH传输功率控制子信道(1比特/子信道)信息给反向公用控制信道和增强接入信道。每个功率控制子信道控制一个R-CCCH或者一个R-EACH。 6.前向公共功率控制信道F-CPCCH2006-250第五十页，共81页。 公共功率控制子信道经过多路复用后形成两条分离的数据流，然后在F-CPCCH的I和Q两支路上传送。在I、Q支路上传送的功率控制比特的速率均为9.6kbps。当功率控制更新速率为800bps时，一个20ms帧中有16个功率控制组；相应的，当功率控制更新速率为400bps、200bps时，一个20ms帧中分别有8个、4个功率控制组。前向公共功率控制信道F-CPCCH2006-251第五十一页，共81页。公共功率控制子信道功率控制更新速率分别为800bps、400bps和200bps。前向公共功率控制信道不需要经过交织编码，调制结构如下图所示。前向公共功率控制信道F-CPCCH2006-252第五十二页，共81页。9.6kbps发射分集：19.2ksps无发射分集：9.6ksps2006-253第五十三页，共81页。F-CACH能快速响应反向链路的信道分配，支持反向链路的随机接入。BS支持不连续传输公共指配信道，每帧决定是否传输F-CACH。BS以固定速率9.6kbps传输F-CACH信息，其帧长为5ms，每帧有8个帧质量指示比特(CRC)和8个编码尾比特。7.前向公共指配信道F-CACH2006-254第五十四页，共81页。 对于SRl，FEC编码R＝1/2的条件下使用F-CACH，它将占用码分信道Wn128，其中1<n<127，n的值由BS指定；如果在SRl，FEC编码R＝1/4的条件下使用F-CACH，它将占用码分信道Wn64，其中1<n<63，n的值由BS指定。 F-CACH需要经过卷积编码、交织、数据扰码、扩频、QPSK调制和滤波。前向公共指配信道F-CACH2006-255第五十五页，共81页。交织公共指配信道19.2ks/s卷积编码器9.6kb/s8bitr=1/2,K=9＋抽样器64chip/次长码产生长码掩码1.2288Mc/sI符号映射0－+1,1－-1无信号－0扰码比特重复信道增益DEMUXQ尾比特CRC8bit32bit(5ms帧)调制符号2006-256第五十六页，共81页。基站利用F-CCCH给整个覆盖区的移动台传递系统空中信息以及移动台指定的信息。F-CCCH传输信息的速率可变，有9.6kbps、19.2kbps、38.4kbps共3种速率，帧长有20ms、10ms和5ms3种。8.前向公共控制信道F-CCCH2006-257第五十七页，共81页。对于SRl，FEC编码R＝1/2时占用WnN，其中N＝32、64和128(分别对应38400、19200和9600bps)，1<n<N-1；当FEC编码R＝1/4时占用WnN，其中N＝16、32和64(分别对应38400、19200和9600bps)，1<n<N-1；n的值由BS指定。F-CCCH的信息需要经过编码、交织、扩频、QPSK调制和滤波。下图显示的是R＝1/4时的F-CCCH的调制结构框图。前向公共控制信道F-CCCH2006-258第五十八页，共81页。2006-259第五十九页，共81页。交织公共控制信道输入信息比特卷积编码器8bitr=1/2,K=9＋抽样器64chip/次长码产生长码掩码1.2288Mc/sI扰码比特重复信道增益DEMUXQ尾比特CRC12bit12bit16bit12bit16bit16bit172bit(5ms)/172bit(10ms)/360bit(10ms)/172bit(20ms)/360bit(20ms)/744bit(20ms)38.4kbps19.2kbps38.4kbps9.6kbps19.2kbps38.4kbps153.6ksps76.8ksps153.6ksps38.4ksps76.8ksps153.6ksps符号映射0－+1,1－-1无信号－0调制符号2006-260第六十页，共81页。F-DCCH属于前向业务信道，用来给特定MS在一次呼叫只传递用户和信令的信息。每一前向业务信道包含一个F-DCCH。基站以固定的速率9.6kbps或14.4kbps传递F-DCCH的信息；在RC5、RC8、RC9时20ms帧的速率为14.4kbps，5ms帧的速率为9.6kbps。对于给定的基站，F-DCCH所用的I和Q路导频PN序列和前向导频信道的导频PN序列偏置相同。基站支持不连续发送F-DCCH，每帧决定是否发送该信道。 9.前向专用控制信道F-DCCH2006-261第六十一页，共81页。 每个配置为RC3或RC5的F-DCCH，应占用Wn64，其中1<n<63；每个配置为RC4、RC6或RC8的F-DCCH，应占用Wn128，其中1<n<127；每个配置为RC7或RC9的F-DCCH，应占用Wn256，其中1<n<255；以上n的值均由BS指定。前向专用控制信道F-DCCH2006-262第六十二页，共81页。F-DCCH的数据帧都由保留位、信息比特、帧质量指示符(CRC)和编码尾比特组成。如果信道没有数据可传输，则帧可以仅包含功率控制信息比特。前向专用控制信道F-DCCH2006-263第六十三页，共81页。注：本表中的保留位仅在某些信道的帧结构中出现。所有的保留位都应设为“0”，它们被保留下来在将来使用。MS和BS在处理接收到的这些帧时，将忽略保留位。2006-264第六十四页，共81页。交织卷积编码器r=1/2,K=9＋抽样器64chip/次长码产生长码掩码1.2288Mc/sI符号映射0－+1,1－-1无信号－0扰码比特重复信道增益DEMUXQ尾比特CRC帧长5ms20ms20ms比特数241721～172比特数161212～16比特数888比特速率9.6kbps9.6kbps1.05～9.55kbps符号速率19.2ksps19.2ksps19.2ksps可变速率传输2006-265第六十五页，共81页。前向基本信道F-FCH用于给一个指定的基站传输用户和信令信息。每个前向业务信道占用最多1个F-FCH。除配置为RC1和RC2时F-FCH的帧长应为20ms外，其余7种配置下F-FCH的帧长都有5ms和20ms两种选择。数据速率和帧长的变化都必须以帧为单位即后一帧和前一帧的数据速率和帧长可以不一样，但在一帧中必须一样。尽管各帧之间的数据速率可以变化，但调制符号的速率(交织器输入端)必须保持为一个常数，可通过对不大于7.2kbps的数据速率进行码重复而实现。 10.前向基本信道F-FCH2006-266第六十六页，共81页。 F-FCH工作在RC1时，传输信息的可变数据速率有9600、4800、2400和1200bps；当工作在RC2、RC5、RC8和RC9时，可变数据速率为14400、7200、3600和1800bps；当工作在RC3、RC4、RC6和RC7时，可变数据速率有9600、4800、2700和1500bps。在F-FCH上，允许附带一个前向链路功率控制信道。前向基本信道F-FCH2006-267第六十七页，共81页。 在F-FCH的帧结构里，第一个比特为“保留／标志”比特，简称R/F比特。R/F比特用于RC2、RC5、RC8和RC9。当正在使用一个或多个F-SCCH时，可以使用R/F比特；否则应保留该比特并置为“0”。当使用R/F比特时，如果MS将处理从当前帧后第2帧开始发送的F-SCCH时，BS应将当前F-FCH帧的R/F比特设为“0”。当BS不准备在当前帧的后第2帧开始发送F－SCCH时，BS应将当前F-FCH帧的R/F比特置为“1”。前向基本信道F-FCH2006-268第六十八页，共81页。 每个配置为RC1或RC2的F-FCH，应占用码分信道Wn64，其中1<n<63；每个配置为RC3或RC5的F-FCH，应占用码分信道Wn64，其中1<n<63；每个配置为RC4的F-FCH，应占用码分信道Wn128，其中1<n<127；每个配置为RC7或RC9的F-FCH，应占用码分信道Wn256，其中1<n<255；上述的n值由BS指定。前向基本信道F-FCH2006-269第六十九页，共81页。前向业务信道结构(RC1和RC2)2006-270第七十页，共81页。前向业务信道结构(RC3～RC5)2006-271第七十一页，共81页。 对比上两个图可知，配置为RC1和RC3～RC4的前向业务信道的结构主要有两处不同：尾随机序列生成基带数据扰码的方式不同。调制之后输出数据的方式不同。 前向基本信道F-FCH2006-272第七十二页，共81页。 配置为RC1的业务信道中，信息比特经过编码调制后得到的调制符号速率是固定的19.2ksps，而在配置为RC3～RC4的业务信道中，信息比特经过编码调制后得到的调制符号从19.2ksps到614.4ksps不等，所以基带数据扰码的生成方式也就复杂些。前向基本信道F-FCH2006-273第七十三页，共81页。RC1的输出数据仅传向了I支路，而RC3～RC4的输出数据经串并变化后分别传到了I和Q两条支路上，这说明了不同配置的前向业务信道的数据调制方式的差别：RC1采用BPSK调制而RC3～RC4采用QPSK调制。 RC3、RC4两种无线配置下的前向业务信道的结构差别仅表现在成帧部分的参数上。前向基本信道F-FCH2006-274