Исследование модели физического уровня WCDMA системы
Модель выполнена в соответствии с 3GPP стандартами: 25.211 v3.6.0, 25.212 v3.6.0, 25.101 v3.6.0,and 25.213 v3.6.0 подробное описание которых вы можете обнаружить на www.3gpp.org.
I. Анализ структуры модели
Информация, передаваемая сетью некоторой конкретной МС на транспортном уровне, организована в виде единственного выделенного (DCH) канала, который затем отображается двумя физическими каналами «вниз»: выделенные каналы данных ( DTCH) и управления (DCCH)
рис. 1 Общая структурная схема модели
Модель состоит из семи основных подсистем:
WCDMA DL Tx Channel Coding Scheme |
канальное кодирование и мультиплексирование |
WCDMA Tx Physical Channel Mapping |
формирование физического канала |
WCDMA BS Tx Antenna |
расширение спектра и модуляция |
WCDMA Channel Model |
канал с АБГШ |
WCDMA UE Rx Antenna |
сжатие спектра и демодуляция |
WCDMA Rx Physical Channel Demapping |
Выделение транспортного канала |
WCDMA DL Rx Channel Decoding Scheme |
Канальное декодирование и демультиплексирование |
1) WCDMA DL Tx Channel Coding Scheme – схема канального кодирования и мультиплексирования
рис. 2 Схема канального кодирования и мультиплексирования
Данная подсистема осуществляет следующие функции:
- Прикрепление циклического избыточного кода ( CRC)
- Объединение и сегментация транспортных блоков
- Канальное кодирование
- Согласование скоростей
- Первое перемежение
- Формирование радио-фрейма длительностью 10 мс (38400 чипов)
На выходе данной подсистемы один физический канал управления и один (или несколько) физических каналов передачи данных образует один кодированный составной транспортный канал (CCTrCh).
2) WCDMA Tx Physical Mapping – схема формирования физического канала.
рис. 3 Схема формирования физического канала.
На данном этапе происходит сегментация составного канала, повторное перемежение и разбивка радио-фрейма на 15 слотов по 666,66 мкс (2560 чипов). Выходом этой схемы является выделенный физический канал (DPCH) который затем передается в блок расширения и модуляции.
3) WCDMA BS Tx Antenna – подсистема расширения спектра и модуляции.
рис. 4 Подсистема расширения спектра и модуляции.
На данном этапе применяется QPSK модуляция данных (в отличие от BPSK в линии «вверх»). Во-первых, демультиплексор (DMUX) расщепляет битовый поток после первого физического подуровня (канальное кодирование, перемежение и т.п.) на два, содержащих четные и нечетные биты исходного потока соответственно. Оба потока, отображенные на {+-1} алфавит, умножаются на двоичный каналообразующий код (СС), создавая вещественную и мнимую части комплексного канализирующего сигнала данных. Завершающим шагом является умножение данного QPSK сигнала данных на QPSK расширяющий (скремблирующий) код, взвешивание мощности и QPSK модуляция несущей, аналогично осуществляемой в линии «вверх».
4) WCDMA Channel Model – канал с АБГШ
Название данной подсистемы, пожалуй, говорит само за себя.
5) WCDMA UE Rx Antenna – подсистема сжатия спектра и демодуляции
рис. 5 Подсистема сжатия спектра и демодуляции
На приемную антенну МС поступает сумма задержанных и ослабленных из-за многолучевого распространения копий сигнала. Rake приемник компенсирует этот эффект. Он состоит из нескольких трактов, каждый из которых «собирает» энергию принятых компонент в один сигнал.
6) WCDMA RX Physical Channel Demapping
рис. 6 Схема выделения составного транспортного канала
В данной схеме происходят обратные преобразования:
DPCH канал разбивается на слоты, а затем происходит обратное перемежение и формирование кодированного составного транспортного канала (CCTrCh).
7) WCDMA Rx Channel Decoding Scheme.
рис. 7 Схема декодирования и обнаружения ошибок
Здесь также происходят обратные тем , что были на передающей стороне операции:
CCTrCh канал разделяется на выделенный канал трафика (DTCH) и выделенный канал управления (DCCH). После этого выполняется обратное первому перемежение, декодирование и детектирование ошибок.
II. Иллюстрация результатов работы модели
Данная модель позволяет получить спектры, созвездия, временные диаграммы сигналов, а также оценки ошибок в каналах управления и трафика.
Ниже приведены рисунки спектров сигнала в различных точках модели.
 Рисунок 8 исходный нерасширенный сигнал |
 Рисунок 9 расширенный сигнал |
 Рисунок 10 отфильтрованный сигнал, передаваемый в КС |
 Рисунок 11 сигнал на входе приемника |
Как видим, ширина спектра сигнала составляет 5МГц, что соответствует спецификациям WCDMA
Также модель иллюстрирует сигнальные созвездия на входе и выходе приемника:
 Рисунок 12 сигнальное созвездие на входе Rake приемника |
 Рисунок 13 созвездие суммы копий сигнала на выходе Rake приемника |
Заметим как увеличилась амплитуда после суммирования копий сигнала, пришедших различными лучами.
Эта модель является параметризированной и дает возможность изменения множества значений в системе и наблюдения полученных при этом результатов.
Показанные выше результаты были получены при ОСШ = -1дБ. Но благодаря использованию расширения спектра, WCDMA системы остаются работоспособными, даже когда мощность шума превышает уровень сигнала на 10 дБ. Ошибки в приеме появляются при ОСШ=12дБ. При этом BER=10-3
Источники:
1) встроенная в Matlab демонстрационная модель wcdma системы
2) В. Ипатов "Расширение спектра и CDMA"
3) Harri Holma, Antti Toskala - WCDMA for UMTS - Radio Access for Third Generation Mobile Communications 3rd Ed (Wiley 2004)
4) http://wcdma3g.ru
5) http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/1471-wcdma-fdd-simulink-models
6) www.google.com