基于MATLAB的WCDMA上行鏈路的實現(xiàn)

張建鋒

(中國電信股份有限公司山西分公司，山西 太原 030006)

基于MATLAB的WCDMA上行鏈路的實現(xiàn)

張建鋒

(中國電信股份有限公司山西分公司，山西 太原 030006)

對WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行簡要介紹，在此基礎(chǔ)上，在MATLAB中SIMULINK仿真軟件上搭建了WCDMA系統(tǒng)端到端的上行鏈路，并按照WCDMA系統(tǒng)規(guī)定的參數(shù)設(shè)定所搭建系統(tǒng)各模塊的參數(shù)，設(shè)定系統(tǒng)時鐘后對其進行仿真，最后對仿真波形加以分析。

WCDMA；上行鏈路；MATLAB；Turbo編碼

1 WCDMA技術(shù)

WCDMA主要起源于歐洲和日本的早期第三代無線研究活動。從1994年開始，日本對IMT-2000進行了研究，通過在國內(nèi)針對無線傳輸方案的征集并篩選，確定了日本的方案，即NTTDoCoMo公司的WCDMA綜合FDD/TDD方式[1]。后續(xù)諾基亞和愛立信等歐洲公司融合了WCDMA技術(shù)，也就是現(xiàn)在的WCDMA技術(shù)。它把建立在窄帶基礎(chǔ)上的CDMA作為關(guān)鍵技術(shù)，相比于原有的技術(shù)，進行了進一步的技術(shù)改進。

2 建立MATLAB仿真

隨著我國第三代移動通信系統(tǒng)商用不斷普及，作為3G的標準，有很多對于WCDMA系統(tǒng)的研究，信道編碼復用作為WCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，對系統(tǒng)的影響深遠，本文就這一問題進行了深入的研究。并通過MATLAB建立模型，對系統(tǒng)全部流程進行了仿真驗證，通過變換模型參數(shù)進行了仿真，從而深入研究該技術(shù)[2]。

有著信道分為專用信道和公用信道傳輸信道分類的數(shù)據(jù)傳輸塊是WCDMA 的編碼復用模塊處理的數(shù)據(jù)。而專用信道則是3GPP的TS25系列協(xié)議定義的專用傳輸信道(DCH)[3]。公共傳輸信道則由Release99標準定義，包括下行共享信道(DSCH)和高速下行共享信道(HS-DSCH)、廣播信道(BCH)、前向接入信道(FACH)、尋呼信道(PCH)[4，5]。

在對整個64 kbps數(shù)據(jù)鏈路的編碼流程進行研究的基礎(chǔ)上，在Simulink中實現(xiàn)了編碼復用的仿真。WCDMA中定義的3G交織器性能優(yōu)越，但其實現(xiàn)的復雜度也是有目共睹的，Turbo編碼的內(nèi)部交織器很大程度上影響了編碼的性能。交換圖樣通過復雜計算得出，實現(xiàn)了適用于數(shù)據(jù)傳輸速率為64 kbps的內(nèi)部交織器則是按照比特填充、行內(nèi)、行間交換的流程完成。

對1/3編碼速率的Turbo進行了編碼，可以看到數(shù)據(jù)比特會產(chǎn)生對應的變化，如：1296 bit作為輸入時，會產(chǎn)生1296×3+12，即3900 bit的結(jié)果，12為編碼過程中的尾比特。因此，在一定時間間隔中產(chǎn)生第一次交織的數(shù)據(jù)3900 bit。在特定的仿真條件下，建立編碼復用鏈時，DTCH采用1/3的Turbo編碼，其實現(xiàn)模塊如圖1所示。

第二次交織為幀內(nèi)交織，輸入數(shù)據(jù)按行寫入矩陣(矩陣的列數(shù)為30)，在交織器內(nèi)進行列間置換后，逐列輸出序列(濾除填充比特)。第二次交織完成后，兩路分別進行信道譯碼?？刂菩诺啦捎镁矸e譯碼，數(shù)據(jù)信道采用Turbo譯碼。本文中采用一種簡化的譯碼方法——Turbo碼的Viterbi譯碼方法，該方法雖然譯碼性能稍差一點，但是其譯碼簡單、復雜度低，完全能夠?qū)崿F(xiàn)Turbo譯碼功能。在對其結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，用Simulink實現(xiàn)其功能如圖2所示。

圖1 編碼速率為1/3的Turbo編碼

圖2 Turbo碼的譯碼模塊的實現(xiàn)

3 仿真結(jié)果分析

通過以上的敘述，建立了一個基本W(wǎng)CDMA的傳輸信道復用系統(tǒng)仿真模型，進行了上行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸仿真和結(jié)果調(diào)試。仿真結(jié)果的誤碼率是比較基站輸入端的原始系統(tǒng)數(shù)據(jù)比特和移動終端接收并處理后輸出的數(shù)據(jù)比特，其結(jié)果如圖3所示。

圖3 上行鏈路的誤比特率(完整模塊)

從仿真結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，模擬高斯白噪聲信道的信噪比在范圍0～6 db內(nèi)，仿真系統(tǒng)的誤比特率從40.6%～0。

圖4 上行鏈路的誤比特率(無速率匹配模塊)

圖4反映了除去速率匹配模塊的系統(tǒng)仿真誤比特率。在相同的干擾信道信噪比的情況下，沒有速率匹配模塊的仿真的誤比特率相對有速率匹配模塊的仿真低，這是因為速率匹配模塊為了適應固定分配的信道速率而對數(shù)據(jù)流進行了打孔，刪除了部分比特，而使得在恢復數(shù)據(jù)的難度增加，也就導致了誤比特的相對較高。

仿真也抽取第一次卷積、第二次卷積、卷積編碼等其他模塊的仿真。從仿真的實驗數(shù)據(jù)可以看出，在相同的信道環(huán)境下，抽去模塊的仿真系統(tǒng)的誤比特率都比具有完整模塊的仿真系統(tǒng)的誤比特率高，說明了各個模塊對系統(tǒng)的誤比特率都有貢獻，缺少某個模塊的系統(tǒng)都會導致誤比特率的增大。

緊接著傳輸信道復用系統(tǒng)，物理信道子系統(tǒng)再對數(shù)據(jù)進行擴頻調(diào)制，加長擾碼，脈沖整形(濾波)后，再經(jīng)過高斯白噪聲信道后到達UE接收端。通過對上面模塊的反作用， 就可得到我們需要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)比特了。表1討論兩個子系統(tǒng)連接后的仿真結(jié)果。

表1 完整模塊和抽去第二次交織模塊的系統(tǒng)仿真誤比特率比較

從整個系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)可以看出，有兩個子系統(tǒng)共同作用的整個鏈路的誤比特率比任一個單獨作用的子系統(tǒng)的誤比特率都要低很多，而且整個系統(tǒng)對噪聲的抗干擾能力也在很大程度上得到提高。

4 小結(jié)

隨著我國第三代移動通信系統(tǒng)商用不斷普及，作為3G的標準，有很多對于WCDMA系統(tǒng)的研究，信道編碼復用作為WCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，對系統(tǒng)的影響深遠，本文就這一問題進行了深入的研究。并通過MATLAB建立模型，對系統(tǒng)全部流程進行了仿真驗證，通過變換模型參數(shù)進行了仿真，正確仿真出WCDMA系統(tǒng)的各種功能，實現(xiàn)了編碼復用及譯碼解復用的整個流程。

[1] 于澄，詹菲，等.WCDMA系統(tǒng)物理層設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[2] Harri Holma,Antti Toskala.WCDMA技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計[M].付景興，馬敏，陳澤強，等譯.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3] 張平，王衛(wèi)東，陶峰.WCDMA移動通信系統(tǒng)[M].第3版，北京：人民郵電出版社，2004.

[4] 曹達仲，侯春平.移動通信原理、系統(tǒng)及技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2004.

[5] 蔡衛(wèi)紅.全球3G三大主流技術(shù)標準比較分析[J].長沙通信職業(yè)技術(shù)學院學報，2004,3(4):31-34.

Implement of WCDMA Uplink Based on MATLAB

Zhang Jianfeng

(ShanxiBranchofChinaTelecom,TaiyuanShanxi030006,China)

This paper makes a brief instruction on WCDMA systematic structure. On this basis, it builds the WCDMA in artificial link of end-to-end uplink system on the point of dynamic system simulation software called SUMULIN of MATLAB, and establishes the parameter of every system mode according to the parameter set by WCDMA system. After establishing the systematic clock, the simulation of it is made; finally the artificial wave form is analyzed.

WCDMA; Uplink; MATLAB; Turbo coding

2016-12-05

張建鋒(1978- )，男，河南人，工程師， 研究方向：通信工程。

1674- 4578(2017)01- 0062- 03

TN914.3

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