信道化碼與擾碼

UMTS中,碼字一共有二種類型的應用,第一種稱爲信道化碼(Channelization code,簡寫爲CH),第二種稱爲擾碼(Scrambling code,簡寫爲SC)。由於在上下行鏈路中處理方式的不同,導致二種類型碼字的作用各不一樣。在下行鏈路(基站移動臺方向)上,基站向本小區發送信息時,基站首先將各種用戶信息分別與各自的CH進行相乘運算,之後將信號疊加,再與擾碼進行相乘運算,之後在空中接口上發射。移動臺側先做解擾,然後再解出自己的有用信息。用戶信息和CH進行相乘運算時,CH就是擴頻序列,通過選擇CH的正交性,來區分用戶信息。所以CH無論在上行還是下行鏈路上,它最基本的作用就是直接擴頻(Spreading),所以CH就是擴頻碼。經過擴頻後的速率都是3.84Mchip/s,再進行擾碼加密過程,擾碼的速率也是恆定的3.84Mchip/sCH除了作爲擴頻碼外,還可以作爲物理信道的ID。在UMTS中,單個用戶的業務類型,可以根據需要分配多個物理信道,理論上2M速率的實現是通過同時佔用多個物理信道來實現的,而用戶正是通過識別不同的CH來獲得物理信道的服務,所以CH是用來區分在下行鏈路上的多個物理信道的。空中接口資源在分配時,相當於分配給用戶的就是多個CH。而這種分配是由RNC來完成的動態分配。作爲擾碼,移動臺必須首先進行解擾,然後才能獲得自己的有用信息,所以擾碼的作用相當於小區的ID。對移動臺來說,由於工作在相同頻率,所以可以收到來自不同小區的無線信號,是一個自干擾系統,但通過擾碼,移動臺只需要對駐紮小區進行解碼,因爲有用信息只有在本小區的專用信道上發送。在下行鏈路上,移動臺首先要區分本小區和非本小區的信號,這個區分過程就是通過解本小區擾碼來實現的。所以系統中每小區對應一個擾碼。需要強調的是cellsectorBTS概念的不同。對於BTS來說,可以是全向站、三扇區或六扇區定向站等,如果基站在發射方向是全向發射,從邏輯角度來說,基站的管理是一個小區(cell),1BTS1cell,基站分配一個擾碼;如果基站在發射方向是三扇區定向發射,每個扇區(sector)就是一個小區(cell),故一個BTS需要3個擾碼。所以cell的概念是OMCR上的概念,邏輯上是執行相關算法的最小單位。而sector的構成是從射頻角度上講的。在UMTS中,一個全向的BTS,可以理解爲在下行鏈路上是全向發射,而上行方向則是3扇區定向接受的,採用3付天線,在發射方向三扇區發射相同的信號,相當於全向發射,而接受端是定向接受。對於相鄰小區的擾碼在分配時碼字的互相關性要低,正交性要好。但從網絡角度來說,如果二個基站處於同時發射,到達移動臺後,由於所處位置不同,在接受來自二個小區的信號時,由於傳播時延,信號的相位會有所偏差,形成干擾。也就是在同步條件下,完全正交的特性,由於傳播時延而遭到破壞。

在上行鏈路(移動臺基站方向)上,每個移動臺向基站發射自己的信息,信息由每個移動臺自己處理,首先經過CH進行擴頻,然後再增加各自的擾碼進行加擾。對於不同用戶,如果是相同的服務類型,則可以選擇相同的CH,而通過擾碼來加以區分。從擾碼角度來看,在上行方向上是移動臺(UE)的ID,對於每一個移動臺,會有一個擾碼來對應,不同UE之間的擾碼應該是完全正交。對於高速業務,UE同樣可以分配多個物理信道同時進行工作,只是現階段不作討論。所以在UL方向,CH的作用只是擴頻。在不同方向上碼字的作用歸納如下:

 

Down Link

Up Link

信道化碼(CH

擴頻(spreading

物理信道標識(phy channel ID

擴頻(spreading

專用物理信道

擾碼(SC

小區標識(cell ID

移動臺標識(UE ID

值得注意的是,碼字作爲空中接口的資源是按序分配的。在DL方向,CH是由RNC根據業務類型進行動態分配,對於相同業務類型則分配正交的碼字;SC是在OMC上確定的,相當於GSM中頻率規劃,在UMTS中需要做碼字規劃(512個主擾碼),一旦確定,則是由OMC靜態管理。在UL方向,現階段的CH是由RNC以半靜態方式分配的,對於相同業務速率,CH是唯一的,規範中規定在將來可以是動態分配;SC的分配,首先要區分二個ID,一個是RNC所分配的臨時識別符(UE ID),另一個是完成位置登記時由核心網分配的臨時識別符(UIA)。這裏的UE ID仍然是由RNC動態分配的,如果是屬於同一個RNCUEID是不會出現重複的,由UE ID來觸發上行鏈路上擾碼的產生,所以上行鏈路上的擾碼是RNC根據用戶的每一次RRC連接建立請求動態分配的,上行SC是針對每用戶分配,而不是針對每業務類型。所謂的RNC無線資源的管理功能,就是RNC對碼字的管理。

擾碼就是就是用一個僞隨機碼序列對擴頻碼進行相乘,對信號進行加密。上行鏈路物理信道加擾的作用是區分用戶,下行鏈路加擾可以區分小區和信道。

在上行鏈路中,擾碼區分用戶,擴頻碼(也叫信道化碼)區分同一個用戶的不同信道(物理數據(DPDCH)和控制信道(DPCCH));下行鏈路中,擾碼可以用來區分不同的小區,用擴頻碼區分同一小區中不同的用戶。WCDMA 中就是利用擴頻碼和擾碼來減少多用戶之間干擾。

Q:干擾隨機化

其實,CDMA中使用擾碼最主要的目的是干擾隨機化。例如:在前向,使用了良好的擾碼後,其他小區來的信號可以近似看作是高斯噪聲。我們知道高斯噪聲是最好的噪聲。至於加密等其他功能那都是次要的。

在WCDMA中,下行有主擾碼和輔擾碼。輔擾碼用來擴展信道碼的空間。確保系統是干擾受限的而不是碼受限的。在上行,因爲WCDMA不是同步系統,所以每個用戶使用獨立的OVSF碼空間。因此用擾碼來進行用戶間的隔離。原理一樣,也是干擾隨機化。

如果擾碼太短或設計不好,就起不到干擾隨機化的作用。典型的例子是TD-SCDMA,用的是16bit的擾碼。效果很差,大大影響了TD-SCDMA的系統性能。可能是TD-SCDMA早期的設計者對擾碼的認識有侷限性。另外,因爲智能天線的使用,用戶面的信噪比比較高。但是因爲碼資源受限(TD-SCDMA沒有使用輔擾碼且擴頻因子最大是16),TD-SCDMA用戶面的能力沒有充分發揮

 

 

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