基于MATLAB的WCDMA上行链路的实现

张建锋

(中国电信股份有限公司山西分公司，山西 太原 030006)

基于MATLAB的WCDMA上行链路的实现

张建锋

(中国电信股份有限公司山西分公司，山西 太原 030006)

对WCDMA系统结构进行简要介绍，在此基础上，在MATLAB中SIMULINK仿真软件上搭建了WCDMA系统端到端的上行链路，并按照WCDMA系统规定的参数设定所搭建系统各模块的参数，设定系统时钟后对其进行仿真，最后对仿真波形加以分析。

WCDMA；上行链路；MATLAB；Turbo编码

1 WCDMA技术

WCDMA主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动。从1994年开始，日本对IMT-2000进行了研究，通过在国内针对无线传输方案的征集并筛选，确定了日本的方案，即NTTDoCoMo公司的WCDMA综合FDD/TDD方式[1]。后续诺基亚和爱立信等欧洲公司融合了WCDMA技术，也就是现在的WCDMA技术。它把建立在窄带基础上的CDMA作为关键技术，相比于原有的技术，进行了进一步的技术改进。

2 建立MATLAB仿真

随着我国第三代移动通信系统商用不断普及，作为3G的标准，有很多对于WCDMA系统的研究，信道编码复用作为WCDMA系统的关键技术，对系统的影响深远，本文就这一问题进行了深入的研究。并通过MATLAB建立模型，对系统全部流程进行了仿真验证，通过变换模型参数进行了仿真，从而深入研究该技术[2]。

有着信道分为专用信道和公用信道传输信道分类的数据传输块是WCDMA 的编码复用模块处理的数据。而专用信道则是3GPP的TS25系列协议定义的专用传输信道(DCH)[3]。公共传输信道则由Release99标准定义，包括下行共享信道(DSCH)和高速下行共享信道(HS-DSCH)、广播信道(BCH)、前向接入信道(FACH)、寻呼信道(PCH)[4，5]。

在对整个64 kbps数据链路的编码流程进行研究的基础上，在Simulink中实现了编码复用的仿真。WCDMA中定义的3G交织器性能优越，但其实现的复杂度也是有目共睹的，Turbo编码的内部交织器很大程度上影响了编码的性能。交换图样通过复杂计算得出，实现了适用于数据传输速率为64 kbps的内部交织器则是按照比特填充、行内、行间交换的流程完成。

对1/3编码速率的Turbo进行了编码，可以看到数据比特会产生对应的变化，如：1296 bit作为输入时，会产生1296×3+12，即3900 bit的结果，12为编码过程中的尾比特。因此，在一定时间间隔中产生第一次交织的数据3900 bit。在特定的仿真条件下，建立编码复用链时，DTCH采用1/3的Turbo编码，其实现模块如图1所示。

第二次交织为帧内交织，输入数据按行写入矩阵(矩阵的列数为30)，在交织器内进行列间置换后，逐列输出序列(滤除填充比特)。第二次交织完成后，两路分别进行信道译码。控制信道采用卷积译码，数据信道采用Turbo译码。本文中采用一种简化的译码方法——Turbo码的Viterbi译码方法，该方法虽然译码性能稍差一点，但是其译码简单、复杂度低，完全能够实现Turbo译码功能。在对其结构分析的基础上，用Simulink实现其功能如图2所示。

图1 编码速率为1/3的Turbo编码

图2 Turbo码的译码模块的实现

3 仿真结果分析

通过以上的叙述，建立了一个基本WCDMA的传输信道复用系统仿真模型，进行了上行链路的数据传输仿真和结果调试。仿真结果的误码率是比较基站输入端的原始系统数据比特和移动终端接收并处理后输出的数据比特，其结果如图3所示。

图3 上行链路的误比特率(完整模块)

从仿真结果数据可以看出，模拟高斯白噪声信道的信噪比在范围0～6 db内，仿真系统的误比特率从40.6%～0。

图4 上行链路的误比特率(无速率匹配模块)

图4反映了除去速率匹配模块的系统仿真误比特率。在相同的干扰信道信噪比的情况下，没有速率匹配模块的仿真的误比特率相对有速率匹配模块的仿真低，这是因为速率匹配模块为了适应固定分配的信道速率而对数据流进行了打孔，删除了部分比特，而使得在恢复数据的难度增加，也就导致了误比特的相对较高。

仿真也抽取第一次卷积、第二次卷积、卷积编码等其他模块的仿真。从仿真的实验数据可以看出，在相同的信道环境下，抽去模块的仿真系统的误比特率都比具有完整模块的仿真系统的误比特率高，说明了各个模块对系统的误比特率都有贡献，缺少某个模块的系统都会导致误比特率的增大。

紧接着传输信道复用系统，物理信道子系统再对数据进行扩频调制，加长扰码，脉冲整形(滤波)后，再经过高斯白噪声信道后到达UE接收端。通过对上面模块的反作用， 就可得到我们需要的系统数据比特了。表1讨论两个子系统连接后的仿真结果。

表1 完整模块和抽去第二次交织模块的系统仿真误比特率比较

从整个系统的仿真数据可以看出，有两个子系统共同作用的整个链路的误比特率比任一个单独作用的子系统的误比特率都要低很多，而且整个系统对噪声的抗干扰能力也在很大程度上得到提高。

4 小结

随着我国第三代移动通信系统商用不断普及，作为3G的标准，有很多对于WCDMA系统的研究，信道编码复用作为WCDMA系统的关键技术，对系统的影响深远，本文就这一问题进行了深入的研究。并通过MATLAB建立模型，对系统全部流程进行了仿真验证，通过变换模型参数进行了仿真，正确仿真出WCDMA系统的各种功能，实现了编码复用及译码解复用的整个流程。

[1] 于澄，詹菲，等.WCDMA系统物理层设计[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[2] Harri Holma,Antti Toskala.WCDMA技术与系统设计[M].付景兴，马敏，陈泽强，等译.北京：机械工业出版社，2004.

[3] 张平，王卫东，陶峰.WCDMA移动通信系统[M].第3版，北京：人民邮电出版社，2004.

[4] 曹达仲，侯春平.移动通信原理、系统及技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

[5] 蔡卫红.全球3G三大主流技术标准比较分析[J].长沙通信职业技术学院学报，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

张建锋(1978- )，男，河南人，工程师， 研究方向：通信工程。

1674- 4578(2017)01- 0062- 03

TN914.3

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