WCDMA系统的物理层FDD

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1、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

2、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DW的矩阵，在逐列读出 将错误长度bD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（2WD） 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

3、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

4、 改进调制解调方法 经济因素,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,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),卷积码,(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,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

5、 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 Pe0 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

6、、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,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,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

7、 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LogMAP，然后是MaxLogMAP和SOVA 从复杂度来分析，MaxLogMAP最低，其次是LogMAP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

8、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，

9、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

10、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-AICH CPCH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,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,下行链路成帧,在成帧过程中

11、，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（fixed position）的，第二次是针对可变位置（flxible position）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（CCT

12、rCH），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,DTCH,2880,信息 数据,DCCH,信息 数据,100,DTCH1(8kbit/s话音),DTCH2(64kbit

13、/s数据),DCCH,80,1280,96,信息数据,信息数据,信息数据,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。,CH2,CH1,CH3,原带宽,CH1,CH2,CH3,移频后带宽,CH1,CH2,CH3,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

14、若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。,F2,F1,F3,光谱,F1,F2,F3,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。,A2,A1,A3,原始信号,D2,D1,D3,数字化信号,复用后的数据流,时隙号,1,2,3,1,时间片1,2,时间片2,时隙,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,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

15、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

16、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1/2k M序列和其移位后的序列逐位模相加，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,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,