采用WCDMA速率適配算法的FPGA設(shè)計(jì)

隨著因特網(wǎng)爆炸性的增長以及各種無線業(yè)務(wù)需求的增加，傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)已經(jīng)越來越無法適應(yīng)人們的需要。因此，以大容量、高數(shù)據(jù)率和承載多媒體業(yè)務(wù)為目的的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT-2000)應(yīng)運(yùn)而生。碼分多址(CDMA)由于其良好的抗噪性、保密性和簡單性等優(yōu)點(diǎn)而成為第三代移動(dòng)通信的主流。主要方案包括歐洲標(biāo)準(zhǔn)WCDMA，美國標(biāo)準(zhǔn)CDMA-2000和中國標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA。

和傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)相比，第三代移動(dòng)通信的最大特點(diǎn)在于可支持具有不同QoS的變速率的多種業(yè)務(wù)，這便要求其具有將各種無線媒體業(yè)務(wù)復(fù)接在一起傳輸?shù)哪芰?。為了達(dá)到這一目標(biāo)，WCDMA采用了一種比較完善的業(yè)務(wù)復(fù)接方案，各種業(yè)務(wù)須經(jīng)過一套復(fù)雜的編碼復(fù)接流程才能進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，占用盡可能少的碼道以恒定的功率發(fā)送。這樣就最大限度地減少了碼道間串?dāng)_，降低了對(duì)功放線性程度的要求。圖1所示的是WCDMA下行鏈路編 碼復(fù)接方案流程圖。而速率適配算法是業(yè)務(wù)復(fù)用方案的核心算法，如何設(shè)計(jì)有效的算法實(shí)現(xiàn)方案，是業(yè)務(wù)復(fù)用方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖1 下行鏈路編碼復(fù)接方案

速率適配算法描述

一條傳輸信道上不同的傳輸時(shí)間間隔中的比特?cái)?shù)有可能不一樣，但是上下行鏈路都對(duì)傳輸?shù)谋忍芈视幸欢ǖ囊螅合滦墟溌分腥绻忍財(cái)?shù)低于最小值的就會(huì)被中斷；上行鏈路中各傳輸時(shí)間間隔的比特?cái)?shù)不同，但需要保證第二次交織后的總比特率等于所分配的專用物理信道的總比特率。因此需要重復(fù)或者鑿去傳輸信道上的一些比特。速率適配就是指在傳輸信道上的數(shù)據(jù)比特被鑿孔(Puncturing)或重復(fù)(Repeating)，以便使信道映射時(shí)達(dá)到傳輸格式所要求的比特速率。“鑿孔”是按照一定的算法鑿去某些位置的比特；“重復(fù)”則按照一定的算法在某些位置插入重復(fù)比特。

速率匹配前的比特記為：xi1,xi2,xi3,k,xixi 其中 i 為 TrCH 號(hào)，速率匹配參數(shù)為Xi, eini, eplus, 和eminus。

eini：初始化誤差，算法中誤差e的初始值；
eminus：相減誤差，算法中誤差e的相減值；
eplus：相加誤差，算法中誤差e的相加值；
N：數(shù)據(jù)量，即速率適配前的數(shù)據(jù)量。

速率匹配的規(guī)則如下：

if 要執(zhí)行“鑿孔”操作
e=eini 初始化目前的與要求的鑿孔比例之間的偏差
m=1 當(dāng)前比特索引序號(hào)
do while m = N
e=e-eminus 修改誤差
if e = 0 then 檢查m是否是應(yīng)該鑿掉的比特序號(hào)
鑿掉該比特xi,m
e=e+eplus 更改誤差
end if
m=m+1 進(jìn)行下一個(gè)比特的判斷
end do
else
e = eini 初始化目前的與要求的鑿孔比例之間的偏差
m = 1 當(dāng)前比特索引序號(hào)
do while m = N
e = e - eminus 修改誤差
do while e = 0 檢查比特m 是否是應(yīng)被重復(fù)的比特序號(hào)
重復(fù)比特 xi,m
e = e + eplus 更改誤差
end do
m = m + 1 進(jìn)行下一個(gè)比特的判斷
end do
end if

該適配算法對(duì)于上行鏈路和下行鏈路都是適用的。3GPP協(xié)議中規(guī)定了“鑿孔”和“重復(fù)”算法的使用對(duì)象與范圍。Turbo編碼后的系統(tǒng)比特不允許鑿去，因此如果對(duì)Turbo編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行“鑿”操作，則首先應(yīng)將系統(tǒng)比特和校驗(yàn)比特區(qū)分開，僅對(duì)其中的校驗(yàn)比特進(jìn)行“鑿”操作；然而Turbo編碼后的數(shù)據(jù)如果進(jìn)行“重復(fù)”以及卷積編碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行“鑿”或“重復(fù)”都不區(qū)分系統(tǒng)比特與校驗(yàn)比特。上述情況的速率匹配見圖2及圖3。

圖2 下行鏈路Turbo編碼比特鑿孔時(shí)TrCH的速率適配

圖3 下行未編碼和卷積編碼以及重復(fù)的Turbo編碼的TrCH的速率匹配

另外，協(xié)議給出的確定參數(shù)的算法依編碼方式及鏈路的不同而不同。也就是說，Turbo編碼與卷積編碼、下行鏈路與上行鏈路在確定適配參數(shù)的算法上有區(qū)別。具體的確定算法可以參考3G相應(yīng)的協(xié)議。