刘先攀;金燕华
【摘 要】TD-SCDMA标准是由中国提出的,以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。本文主要研究TD-SCDMA上行链路物理层的核心技术即传输信道编解码和复用解复用技术。TD-SCDMA采用了比较完善的编码复用方案,首先对数据流进行复杂的编码和复用,经过物理信道映射之后再对数据进行扩频加扰和调制,最后由天线以适当的功率发射出去。本文对编码复用以及解码解复用过程建立仿真模型,讨论了模型中各模块的具体实现算法。在MATLAB中对TD-SCDMA上行链路物理层传输信道编码复用和解码解复用过程进行了仿真,验证了算法的正确性。%The TD-SCDMA system, which is first put forward by China, has been widely accepted and recognized by the international on international standards for wireless communications. In this paper, an in- depth analysis on the channel coding/decoding and multiplexing/demultiplexing which is the core technology of uplink physical layer is proposed. TD-SCDMA adopts a more perfect program of coding complex. Firstly the data streams are being coded and multiplexed, Then the data streams are sprea d spectrum scrambled and modulated after physical channel mapping. Finally, the data streams are sent by antennas in an appropriate power. The modules of coding multiplexing and decoding demultiplexing are made and the algorithm of each module in the realization model is confirmed. To ensure the method is tight, we simulate the process of channel coding/ multiplexing and decoding/demultiplexing of TD-SCDMA for uplink based on MATLAB.
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2012(000)010
【总页数】6页(P1-5,11)
【关键词】TD-SCDMA;物理层;信道编码复用;解码解复用
【作 者】刘先攀;金燕华
【作者单位】电子科技大学空天科学技术研究院,四川成都611731;电子科技大学空天科学技术研究院,四川成都611731
【正文语种】中 文
【中图分类】发布软件TN929.533
0 引言
WCDMA、CDMA2000和 TD-SCDMA是第三代移动通信的三大主流标准，其中TDSCDMA[1]是我国首次提出的国际移动通信标准，在物理层核心技术上拥有自主知识产权。TDSCDMA标准采用了时分双工、智能天线、联合检测、上行同步等诸多关键技术，具有不需要成对频带、灵活性强、适于非对称数据业务、理论最大频谱效率高、软件升级容易及系统成本低等优点[2]。因此，对TD-SCDMA的研究具有非常重要的理论意义和实际应用价值[3]。
从3GPP通过的几个标准（一个 FDD，两个TDD）来看，它们的不同之处主要体现在物理层[4]，而其上层（层2，层3）除涉及物理层部分的内容外，其他则基本相同。物理层是OSI参考模型的最底层，主要任务是为上层提供数据传输服务以及完成其他一些基本过程。图1描述了TD-SCDMA系统的空中接口。
图1 无线接口协议结构
物理层与数据链路层的MAC子层及网络层的RRC子层连接，向MAC层提供不同的传输信道。传输信道定义了信息是如何在空中接口传输的。为保证高层的信息数据在无线信道上可靠的传输，需要对来自MAC和高层的数据流(传输快和传输快集)进行编码/复用后在无线链路上发送，并且将无线链路上接收到的数据进行解码/解复用再送给MAC子层和高层。
本文首先简要介绍了物理信道的结构；然后介绍了上行链路物理层[5-6]的传输信道编码复用和解码解复用技术；最后对编码复用以及解码解复用过程建立仿真模型。在MATLAB中对TDSCDMA上行链路物理层传输信道编码复用和解码解复用过程进行了仿真。
1 物理信道
TD-SCDMA的物理信道[7]采用4层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙。依据不同的资源分配方案，子帧或时隙码的配置结构可能有所不同。所有物理信道在每个时隙中需要有符号保护。时隙用于在时域和码域上区分不同的用户信号，它具有TDMA特性。物理信道的层次结构如图2所示。
图2 物理信道结 构
3GPP定义的一个TDMA帧长度为10 ms。TD-SCDMA系统为了实现快速功率控制和定时提前校准以及对一些新技术的支持，将一个10 ms的帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为5 ms。子帧结构如图3所示，每一子帧又分成7个常规时隙和3个特殊时隙DwPTS(下行导频时隙)、GP（保护间隔）、UpPTS(上行导频时隙)。在这7个常规时隙中TS0总是分配给下行链路,而TS1总是分配给上行链路。上行链路的时隙和下行链路的时隙之间由一个转换点分开。
图3 系统子帧结构
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TDD模式下的物理信道是一个突发，在分配到的无线帧中的特定时隙发射。时隙结构如图4所示，包括两个长度分别为352chip的数据域、一个长度为144chip的训练序列域和一个长度为16chip的保护间隔。
图4 常规时隙结构
2 信道编码与复用
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TD-SCDMA系统物理层传输信道编码/复用过程[8-9]主要包括CRC校验、传输块级连和码块分割、信道编码、无线帧均衡、第一次交织、无线帧分割、速率匹配、传输信道复用、物理信道分割、第二次交织、子帧分割、传输信道到物理信道的映射等步骤。整个过程处理的数据是以传输时间间隔TTI为周期、按数据类型分类的传输块。经过处理后，数据成为以5 ms无线子帧为结构，存储在不同时隙物理信道上的比特序列，再经过加扰、扩频和调制发送出去。
TD-SCDMA中的信道编码复用分上行链路与下行链路两种情况，上行链路编码复用是指数据在用户设备端编码后发往侧，下行链路编码复用是指数据在侧编码后发往用户端。上、下行链路的处理过程有所不同，但总的来说基本上是一致的。这里以上行链路的情况为例进行分析。上行链路传输信道编码/复用过程的的具体步骤如图5所示，图中每个方框代表数据的处理流程。
传输信道的解码解复用执行与编码复用相反的过程，这里不再仔细讨论。
图5 传输信道编码与复用结构
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3 编码复用与解码解复用的仿真
对于每个传输时间间隔TTI，物理层以传输块集的形式接收来自MAC子层的数据流，这些数据流在物理层经过基带处理后，在无线链路上提供传输服务。这里以信息速率12.2Kb/s的上行链路为例来进行仿真，每个TTI为20ms,流程图如图6所示，图中框图内的数字为比特流。
图6 12.2Kb/s上行链路流程图
首先，在一个TTI内数据流先经过附加CRC校验，在数据流末尾添加16 bit的校验位。然后进行卷积编码，在编码前附加8bit的尾比特。卷积编码结束进行第一次交织。然后将一个20 ms的数据进行无线帧分割，分割为两个10 ms的无线帧。物理信道，映射过后的数据经过扩频和加扰，然后被调制到射频段发射出去。在接收段实行相同的逆过程，首先进行解调、解扰和解扩，然后送去译码和解复用。整个译码解复用过程就是编码复用的相反处理，基本和编码复用相同，在仿真模型中有具体实现过程可以参照，在此不作详细介绍。图7为仿真模型，发射部分为编码复用过程；接收部分为解码解复用过程；信道部分为扩频、调制、加扰等过程，用高斯信道代替。图8和图9位发射和接收部分的内部结构。
图7 编码复用与解码解复用仿真模型
图8 编码复用内部结构
图9 解码解复用内部结构
由于本文研究的是TD-SCDMA编码复用与解码解复用，在仿真模型中省去了扩频调制和无线信道以及相应的解调、解扩部分，而是信息序列编码复用之后通过高斯信道直接送去完成相对应的解码解复用操作，以得到理论上的还原序列。论文中利用MATLAB中的误比特率计算模块来计算原始信息序列和还原序列的误比特率。文中将原始信息序列和还原序列同时输入到误比特率计算模块，在一段仿真时间过后模块将显示出误比特率、误比特个数和总比特数。仿真时间设置为1 s,在这1 s的时间内共12440比特，从图10误比特率计算结果可以看出协议规定的编码复用及其译码解复用过程在理想传输信道情况下是正确和有效的。
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图10 仿真结果——误比特率
4 结论
本文是在对TD-SCDMA上行链路协议理论研究[10]的基础上，运用MATLAB建立上行链路dst指数
模型并仿真传输信道编码复用与解码解复用部分，在理想的情况下，得到误比特率为零，数据经过编码复用和解码解复用后可以无差错的恢复出来，验证了TD-SCDMA标准实现编码复用与译码解复用的流程的正确性。
参考文献
[1]李世鹤.TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M].北京:人民邮电出版社,2003.
[2]Dongliang Xie,Shiduan Cheng,uanliang Chen.Recent advances on TD-SCDMA in China[J].IEEE communications Magizine,2005,43(1):30-37.
[3]唐宏,张艳.一种TD- SCDMA 集中的动态信道分配算法[J].重庆邮电大学学报,2012,24(1):29-33.
[4]Qun Hou.Study of TD-SCDMA Physical Channels Assignment and Power Setting[C].2010 3rd International Conference on Biomedical Engineering and Informatics(BMEI 2010),7:2868-2871.
[5]康锋.TD-SCDMA上行链路传输信道编码复用以及解码解复用的研究和实现[D].成都:电子科技大学,2009.
[6]Shuqing Liu, and J. R. Cruz. Uplink Performance of TD-SCDMA Systems[C].Vehicular Technology conference, 2004,6: 4170-4174.
[7]王晓磊.TD-SCDMA无线接口物理层实现技术研究[D]. 西安:西安电子科技大学,2006.
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