WCDMA無線接口物理層下行鏈路抗干擾仿真模型

摘　要:建立了WCDMA 無線接口物理層下行鏈路抗干擾仿真模型。介紹了一種以降低比特傳輸速率為代價換取更高傳輸可靠性的方法及二次擴頻加擾技術。

主題詞:抗干擾;無線接口;二次擴頻加擾

引　言

　　WCDMA 是在1998 年1 月的ETSI 會議上由歐洲作為IMT - 2000 (即3G) 的建議提出的,與北美CDMA2000 同為IMT - 2000 的主流傳輸制式,也是ITU - T 業已完成標準化工作的3 種制式(CDMA2000、WCDMA、TD - SCDMA) 之一。WCDMA 與IS - 95 相比,采用了寬帶擴頻技術,這樣能更好地利用WCDMA 的優點,如統計復用、多徑分辨和利用等。WCDMA 系統支持寬帶業務,可有效支持電路交換業務(如PSTN、ISDN 網) 、分組交換業務(如IP 網) 。靈活的無線協議可在一個載波內對同一用戶同時支持話音、數據和多媒體業務。通過透明或非透明傳輸塊來支持實時、非實時業務。WCDMA 采用DS - CDMA 多址方式,碼片速率為3. 84Mcps ,載波帶寬為5MHz。

　　WCDMA 物理層分析

　　整個WCDMA 系統由三部分組成,即CN(核心網) 、UTRAN(無線接入網) 和UE(用戶裝置) 。CN與UTRAN 的接口定義為Iu 接口,UTRAN 與UE 的接口定義為Uu 接口。Uu 接口分為3 個協議層:物理層(L1) 、數據鏈路層(L2) 和網絡層(L3) 。

　　物理層(L1) 是衡量不同體制的移動通信系統的主要方面之一。終端與基站間的單純物理鏈路采用何種信號處理的結構,直接關系到整體的業務性能,并且對其他層的協議也有很大的影響。從手機和基站設備的基帶處理能力而言,物理層關系到設備的復雜度。另外,第三代系統同樣著眼于業務的寬帶,所以物理層不僅圍繞單一的業務,而且也考慮到將來引入的業務所需的更多變化。

　　物理層提供物理信道,并在此信道上傳輸原始比特,為MAC 層和更高層提供信息傳輸服務,包括物理信道的調制與擴頻、信道的編譯碼、軟切換的實施、頻率和時間(chip ,bit ,slot ,frame) 的同步及閉環功率控制等。物理信道分為專用物理信道(DPCH) 和公共物理信道(CPCH) 。

　　專用下行物理信道

　　專用下行物理信道指專用下行DPCH。DPCH 信道的上層數據(專用傳輸信道DCH 的信息) 和物理層產生的控制信息進行時分復用,控制信息包括固定的導頻比特、TPC 指令、可選的TFCI 比特。時分復用的目的是節約基站的碼樹資源,并減低總體發射功率。下行DPCH 可看成是下行DPDCH 和下行DPCCH 的時分復用。

下行DPCH 的幀結構如圖1 所示。每幀長10ms ,由15 個時隙組成,時隙長為Tslot = 2560 個碼片,對應一個功率控制指令周期。

　 　公共下行物理信道

　　公共下行物理信道包括:主公共控制物理信道(P-CCPCH) ,次公共控制物理信道(S-CCPCH) ,下行共享物理信道(PDSCH) ,公共導頻信道(CPICH) ,同步信道(SCH) ,尋呼指示信道(PICH) ,捕獲指示信道(AICH) ,接入前綴- 捕獲指示信道(AP-AICH) ,CPCH 狀態指示信道(CSICH) ,碰撞檢測/ 信道分配指示信道(CD/ CA-ICH) ,響應HS-DSCH 的共享控制物理信道(HS-SCCH) 和高速物理下行共享信道(HS-PDSCH) 。

　 干　擾

　　在WCDMA 中,主要有兩種類型的干擾:多址干擾和人為強干擾。WCDMA 是一個自干擾系統,在接收端由于信道衰落、干擾、信號時延等原因,接收符號序列通常難以保持正交,這就導致了多址干擾,這種干擾是結構性的而非高斯白噪聲。多址干擾包括小區內干擾和鄰區干擾。在下行鏈路中鄰區干擾主要表現為相鄰小區的基站對本小區基站的干擾;小區內干擾主要表現為其它用戶對接收用戶的干擾,以及各物理信道間的干擾。采用具有低互相關性的擴頻序列,采用功率控制和多用戶檢測技術均可抑制多址干擾。

　　本文主要研究的是WCDMA 無線接口的抗人為強干擾問題。干擾信號的模型如圖2 所示。隨機數發生器產生干擾比特流,然后經過擴頻加擾,再對擴頻加擾后的信號進行調制,輸出的干擾信號是一簡單的擴頻信號。

　　輸出的干擾信號將被送入信道。在傳輸過程中,干擾信號將產生衰減,并且被延遲。設預先給定的目標信號和干擾信號的信干比為SIR ,相對時延為τ。

　　設傳輸干擾信號的信道的衰減因子為scale 。假設到達接收端前端的一幀信號為signal [38400 *8 ] ,則信號平均功率為:

　　同理,可計算出調制后的干擾序列經過信道后的平均功率interference-power ,令

 　　則由公式(1) 和(2) 可以計算出衰減因子scale 。

 　仿真模型

　 系統的仿真模型

　　對WCDMA 無線接口物理層的仿真,主要是對WCDMA 的Uu 接口物理層下行鏈路進行分析和仿真。基于Visual C ++ 6. 0為開發平臺,開發WCDMA 無線接口仿真軟件,仿真模型如圖3 所示。圖中的信道均指統計信道模型。

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　　N 個用戶的數據分別進入信道編碼及復接模塊,經擴頻和加擾后,進入物理信道合并模塊合并成一路比特流,此比特流經過調制后送入信道。發送比特流經由不同的信道1 i 傳輸到達用戶接收端,而人為強干擾信號也經過不同的信道2 i 傳輸。到達用戶接收端的比特流是加入了人為強干擾和高斯白噪聲的發送比特流。各用戶對接收比特流進行解調、匹配濾波、去擾解擴和去復用解碼后得到各用戶的數據。對各用戶的數據與發送端對應的用戶數據進行分析、比較,計算其誤碼率, 并以此為基礎分析WCDMA 無線接口的抗干擾性能。

　 仿真模型各模塊說明

　　在發送端,數據在每個傳輸時間間隔(TTI) 以傳輸塊集的形式到達信道編碼及復接模塊,主要完成檢錯、信道編碼、速率匹配、傳輸信道復接、物理信道映射等操作。傳輸信道可用的編碼方案為卷積編碼、Turbo 編碼、不編碼。在擴頻加擾模塊,采用正交可變擴頻因子碼序列(OVSF) 作為信道化擴頻碼序列,將數據符號按位轉換為一組碼片序列,擴展數據信息的帶寬;對擴頻后的信號再進行擾碼操作。擴頻加擾后的各路信道進入物理信道合并模塊,將所有下行鏈路物理信道合并起來并送入調制模塊。可用的調制方式為QPSK調制、16QAM調制。而圖中的信道均指寬帶衰落信道統計模型,在接收端,匹配濾波器濾除其它用戶數據,輸出屬于接收用戶的數據。

  　二次擴頻加擾

　　二次擴頻加擾

　　擴頻技術對系統的抗干擾性能起著決定性作用。直擴系統對干擾的抗拒能力可用擴頻增益GP= 10