TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼規(guī)劃算法及仿真

張治元， 蔣清泉， 宋燕輝

（①長沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計算機(jī)信息工程系，湖南 長沙 410015；②北京郵電大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，北京 100876）

0 引言

TD-SCDMA系統(tǒng)是中國主導(dǎo)開發(fā)的第3代移動通信技術(shù)，隨著技術(shù)的演進(jìn)和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的展開，一些網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實際問題就擺在了面前，擾碼規(guī)劃就是其一[1]。因為TD-SCDMA與其它第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)一樣，均采用 CDMA的多址接入技術(shù)，所以擴(kuò)頻是其物理層很重要的一個步驟。擴(kuò)頻操作位于調(diào)制之后和脈沖形成之前。擴(kuò)頻調(diào)制主要分為擴(kuò)頻和加擾兩步。首先用擴(kuò)頻碼對數(shù)據(jù)信號擴(kuò)頻，其擴(kuò)頻系數(shù)在 1-16之間。第二步操作是加擾碼，將擾碼加到擴(kuò)頻后的信號中。如果定義擴(kuò)頻碼和擾碼的乘積為復(fù)合碼[2]，則擴(kuò)頻和加擾的過程可以等效為與復(fù)合碼相乘，如圖1所示。

小區(qū)間用戶的擴(kuò)頻碼和擾碼長度都是 16個碼片，兩者相乘生成得到的復(fù)合碼的長度也是 16碼片[3]。TD-SCDMA系統(tǒng)共128個擾碼，每個擾碼和31個擴(kuò)頻碼相乘后一共得到128×31＝3968個編碼碼片的復(fù)合碼，這些復(fù)合碼中存在重碼和相關(guān)性很強(qiáng)的碼對。當(dāng)相鄰小區(qū)采用這樣的碼對后，如果相鄰小區(qū)用戶的數(shù)據(jù)域相重合時，雙方將無法正確解調(diào)[4]。由此可見，復(fù)合碼序列的相關(guān)性強(qiáng)弱最終對數(shù)據(jù)符號的解調(diào)起作用。所以，在擾碼分配時要著重考慮復(fù)合碼之間有無重碼或相關(guān)性很強(qiáng)的碼對，并且不將這些碼對分配到覆蓋區(qū)交疊的相鄰小區(qū)。

圖1 擴(kuò)頻加擾過程等效為復(fù)合碼過程示意

本文分析研究了所有擾碼對的復(fù)合碼相關(guān)性，提出了基于碼字相關(guān)值的擾碼規(guī)劃算法，并以此構(gòu)建擾碼對的互相關(guān)值評價矩陣，在這個矩陣中相關(guān)性強(qiáng)的擾碼對數(shù)值大，相關(guān)性小的碼字?jǐn)?shù)值小，并在多徑衰落環(huán)境下加以仿真驗證。在TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼規(guī)劃時，依據(jù)這個矩陣內(nèi)的碼字相關(guān)值來判斷兩個擾碼是否可以分配為鄰小區(qū)。

1 擾碼規(guī)劃算法

1.1 擾碼相關(guān)性

擾碼循環(huán)相關(guān)特性的數(shù)學(xué)描述如下：

復(fù)合碼由正交可變擴(kuò)頻碼（OVSF）與擾碼（SC）逐位相乘得到，擴(kuò)頻碼個數(shù)是31個。當(dāng)每個復(fù)擾碼和對應(yīng)的31復(fù)擴(kuò)頻碼相乘之后形成的復(fù)合碼中，有一些重碼（完全相關(guān)或完全負(fù)相關(guān)），其中不重復(fù)的擴(kuò)頻碼共有 21個，用 Ck表示， k =1 ,2… 2 1。擾碼i和21個擴(kuò)頻碼相乘后會有21個復(fù)合碼；同樣，擾碼j和21個擴(kuò)頻碼相乘后會有21個復(fù)合碼。

組網(wǎng)中決定系統(tǒng)性能的是復(fù)合碼的相關(guān)性而不是簡單的擾碼間的相關(guān)性。因此，需要考察復(fù)合碼 S Ci,k和復(fù)合碼的循環(huán)相關(guān)特性 corr_value(i,j,kxm,16)，對于一個擾碼對（i，j）共有21*21=441個corr_value值，每個corr_value都是由小區(qū)i的一個復(fù)合碼和小區(qū)j的一個復(fù)合碼的循環(huán)相關(guān)序列，長度是16。其計算公式為：

式中，符號?表示循環(huán)相關(guān)。

1.2 碼字相關(guān)值

歸一化碼字相關(guān)值的數(shù)學(xué)描述如下：

由于16個相關(guān)值的可能取值是{0、4、8、12、16}，將441個16值序列的前4個元素和后4個元素的最大值大于8（即12、16）的個數(shù)統(tǒng)計出來，分別是12n、16n，并加權(quán)求平均。其計算公式為：

441個16 值序列的均值為：

式中，,16kn ，k=1,2,…,4表示441個16值序列第k個值等于16的個數(shù)，,16ka ,k=1,2,…,4表示,16kn ，k=1,2,…,4加權(quán)求和時所對應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，16β表示16值相關(guān)序列中值為16的權(quán)重。

根據(jù)多次實驗結(jié)果，擾碼相關(guān)性計算時取：

441個16 值序列的前4個元素和后4個元素均值的均值：

再將前兩者加權(quán)（權(quán)值w1，w2）相加的值作為衡量擾碼對（i，j）的相關(guān)性的碼字相關(guān)值（歸一化）：

2 仿真分析

2.1 仿真參數(shù)設(shè)置

在 3GPP TS25.102協(xié)議給出的 1.28 Mc/sTDD Option的三種多徑衰落信道[5]環(huán)境下，如表1所示。小區(qū)間干擾基本仿真參數(shù)的參數(shù)為：碼片速率：1.28 Mc/s；業(yè)務(wù)速率：12.2 kb/s；每小區(qū)用戶數(shù)：1；干擾小區(qū)用戶功率和本小區(qū)用戶功率的比值：2干擾小區(qū)時，ρ=[0.3,0.3]選取三種情況用于仿真測試[6]，其對應(yīng)的擾碼組合如下：

①同步相關(guān)性 0.25的擾碼中互相關(guān)性好的擾碼組合：{4（小區(qū) 1），58，62}和{48（小區(qū) 1），122，127}；

②同步相關(guān)性0.5的擾碼中互相關(guān)性差的擾碼組合：{0（小區(qū) 1），19，23}和{4（小區(qū) 1），3，8}；

③同步相關(guān)性1的擾碼中互相關(guān)性很差的擾碼組合：{4（小區(qū) 1），33，39}和{0（小區(qū) 1），25，54}。

表1 多徑衰落環(huán)境參數(shù)

2.2 下行12.2 KB/S業(yè)務(wù)的仿真結(jié)果

從上面（1）、（2）、（3）中分別選一組擾碼{4（小區(qū) 1），58，62}、{0（小區(qū) 1），19，23}、{4（小區(qū) 1），33，39},并選取信道化碼都是（0，1）（SF=16）,仿真下行 12.2kb/s業(yè)務(wù)信道在不同多徑衰落信道條件下的 BLER性能。仿真中設(shè)置了三小區(qū),每小區(qū)一個用戶,干擾小區(qū)功率和期望小區(qū)功率的比值為 0.4。注意，這三種不同的擾碼選擇時同步相關(guān)系數(shù)不同，分別是：{4（小區(qū) 1），58，62}的同步相關(guān)性為 0.25；{0（小區(qū) 1），19，23}的同步相關(guān)性為 0.5；{4（小區(qū)1），33，39}的同步相關(guān)性為1.0。因此在仿真結(jié)果圖中，分別用corre0.25（同步相關(guān)性=0.25）、corre0.5、corre1.0分別表示三種擾碼選擇時的性能曲線，同步時仿真結(jié)果如圖2～圖4所示。

圖2 CASE1、三小區(qū)單用戶三組擾碼的BLER比較

圖3 CASE2、三小區(qū)單用戶三組擾碼的BLER比較

圖4 CASE3下、三小區(qū)單用戶三組擾碼的BLER比較

從圖2～圖4可得，三種場景下corre0.25的BLER都明顯較低，這充分說明擾碼間擾碼相關(guān)值越小系統(tǒng)性能越好。

3 結(jié)語

本文在分析 TD-SCDMA系統(tǒng)相鄰小區(qū)擾碼對相關(guān)特性的基礎(chǔ)上，采用對擾碼對的相關(guān)值進(jìn)行統(tǒng)計并加權(quán)求平均的方式，構(gòu)造了反映擾碼對相關(guān)性能好壞的歸一化碼字相關(guān)值，仿真結(jié)果證明，擾碼相關(guān)值好的擾碼對，其 BLER值明顯較低。這樣，TD-SCDMA系統(tǒng)在運行時只需根據(jù)擾碼對矩陣中的碼字相關(guān)值，通過查表就可得到相鄰小區(qū)所需要分配的擾碼對，大大提高了運行效率。美中不足的是，由于α、β的取值受到場景的限制，有待進(jìn)一步研究。

[1] 胡妍,陳曦.TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼相關(guān)性分析及規(guī)劃建議[J].上海電力學(xué)院學(xué)報,2007,23(03):265-268.

[2] Amandine M, Bertrand I, Fran?ois V D ,et al.An Efficient Methodology for Modeling Complex Computer Codes with Gaussian Processes[J].Computational Statistics and Data Analysis,2008,52(10):4731-4744.

[3] 羅建迪,萬俊青,朱雪田.TD-SCDMA系統(tǒng)中的復(fù)合碼分析[J].電信科學(xué),2007(07):104-108.

[4] 李小文,李貴勇,陳賢亮. TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)、信令及實現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社, 2004.101-102.

[5] 李成杰,裴崢.無線信號服從瑞利分布的驗證方法[J].通信技術(shù),2009,42(05):51-53.

[6] 李莉,王珂,韓力.多徑衰落信道MIMO-OFDM系統(tǒng)容量分析與仿真[J].計算機(jī)仿真,2008,25(02):141-144.