信道化码与扰码

UMTS中,码字一共有二种类型的应用,第一种称为信道化码(Channelization code,简写为CH),第二种称为扰码(Scrambling code,简写为SC)。由于在上下行链路中处理方式的不同,导致二种类型码字的作用各不一样。在下行链路(基站移动台方向)上,基站向本小区发送信息时,基站首先将各种用户信息分别与各自的CH进行相乘运算,之后将信号叠加,再与扰码进行相乘运算,之后在空中接口上发射。移动台侧先做解扰,然后再解出自己的有用信息。用户信息和CH进行相乘运算时,CH就是扩频序列,通过选择CH的正交性,来区分用户信息。所以CH无论在上行还是下行链路上,它最基本的作用就是直接扩频(Spreading),所以CH就是扩频码。经过扩频后的速率都是3.84Mchip/s,再进行扰码加密过程,扰码的速率也是恒定的3.84Mchip/sCH除了作为扩频码外,还可以作为物理信道的ID。在UMTS中,单个用户的业务类型,可以根据需要分配多个物理信道,理论上2M速率的实现是通过同时占用多个物理信道来实现的,而用户正是通过识别不同的CH来获得物理信道的服务,所以CH是用来区分在下行链路上的多个物理信道的。空中接口资源在分配时,相当于分配给用户的就是多个CH。而这种分配是由RNC来完成的动态分配。作为扰码,移动台必须首先进行解扰,然后才能获得自己的有用信息,所以扰码的作用相当于小区的ID。对移动台来说,由于工作在相同频率,所以可以收到来自不同小区的无线信号,是一个自干扰系统,但通过扰码,移动台只需要对驻扎小区进行解码,因为有用信息只有在本小区的专用信道上发送。在下行链路上,移动台首先要区分本小区和非本小区的信号,这个区分过程就是通过解本小区扰码来实现的。所以系统中每小区对应一个扰码。需要强调的是cellsectorBTS概念的不同。对于BTS来说,可以是全向站、三扇区或六扇区定向站等,如果基站在发射方向是全向发射,从逻辑角度来说,基站的管理是一个小区(cell),1BTS1cell,基站分配一个扰码;如果基站在发射方向是三扇区定向发射,每个扇区(sector)就是一个小区(cell),故一个BTS需要3个扰码。所以cell的概念是OMCR上的概念,逻辑上是执行相关算法的最小单位。而sector的构成是从射频角度上讲的。在UMTS中,一个全向的BTS,可以理解为在下行链路上是全向发射,而上行方向则是3扇区定向接受的,采用3付天线,在发射方向三扇区发射相同的信号,相当于全向发射,而接受端是定向接受。对于相邻小区的扰码在分配时码字的互相关性要低,正交性要好。但从网络角度来说,如果二个基站处于同时发射,到达移动台后,由于所处位置不同,在接受来自二个小区的信号时,由于传播时延,信号的相位会有所偏差,形成干扰。也就是在同步条件下,完全正交的特性,由于传播时延而遭到破坏。

在上行链路(移动台基站方向)上,每个移动台向基站发射自己的信息,信息由每个移动台自己处理,首先经过CH进行扩频,然后再增加各自的扰码进行加扰。对于不同用户,如果是相同的服务类型,则可以选择相同的CH,而通过扰码来加以区分。从扰码角度来看,在上行方向上是移动台(UE)的ID,对于每一个移动台,会有一个扰码来对应,不同UE之间的扰码应该是完全正交。对于高速业务,UE同样可以分配多个物理信道同时进行工作,只是现阶段不作讨论。所以在UL方向,CH的作用只是扩频。在不同方向上码字的作用归纳如下:

 

Down Link

Up Link

信道化码(CH

扩频(spreading

物理信道标识(phy channel ID

扩频(spreading

专用物理信道

扰码(SC

小区标识(cell ID

移动台标识(UE ID

值得注意的是,码字作为空中接口的资源是按序分配的。在DL方向,CH是由RNC根据业务类型进行动态分配,对于相同业务类型则分配正交的码字;SC是在OMC上确定的,相当于GSM中频率规划,在UMTS中需要做码字规划(512个主扰码),一旦确定,则是由OMC静态管理。在UL方向,现阶段的CH是由RNC以半静态方式分配的,对于相同业务速率,CH是唯一的,规范中规定在将来可以是动态分配;SC的分配,首先要区分二个ID,一个是RNC所分配的临时识别符(UE ID),另一个是完成位置登记时由核心网分配的临时识别符(UIA)。这里的UE ID仍然是由RNC动态分配的,如果是属于同一个RNCUEID是不会出现重复的,由UE ID来触发上行链路上扰码的产生,所以上行链路上的扰码是RNC根据用户的每一次RRC连接建立请求动态分配的,上行SC是针对每用户分配,而不是针对每业务类型。所谓的RNC无线资源的管理功能,就是RNC对码字的管理。

扰码就是就是用一个伪随机码序列对扩频码进行相乘,对信号进行加密。上行链路物理信道加扰的作用是区分用户,下行链路加扰可以区分小区和信道。

在上行链路中,扰码区分用户,扩频码(也叫信道化码)区分同一个用户的不同信道(物理数据(DPDCH)和控制信道(DPCCH));下行链路中,扰码可以用来区分不同的小区,用扩频码区分同一小区中不同的用户。WCDMA 中就是利用扩频码和扰码来减少多用户之间干扰。

Q:干扰随机化

其实,CDMA中使用扰码最主要的目的是干扰随机化。例如:在前向,使用了良好的扰码后,其他小区来的信号可以近似看作是高斯噪声。我们知道高斯噪声是最好的噪声。至于加密等其他功能那都是次要的。

在WCDMA中,下行有主扰码和辅扰码。辅扰码用来扩展信道码的空间。确保系统是干扰受限的而不是码受限的。在上行,因为WCDMA不是同步系统,所以每个用户使用独立的OVSF码空间。因此用扰码来进行用户间的隔离。原理一样,也是干扰随机化。

如果扰码太短或设计不好,就起不到干扰随机化的作用。典型的例子是TD-SCDMA,用的是16bit的扰码。效果很差,大大影响了TD-SCDMA的系统性能。可能是TD-SCDMA早期的设计者对扰码的认识有侷限性。另外,因为智能天线的使用,用户面的信噪比比较高。但是因为码资源受限(TD-SCDMA没有使用辅扰码且扩频因子最大是16),TD-SCDMA用户面的能力没有充分发挥

 

 

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