TD-SCDMA系統擾碼規劃算法及仿真

張治元， 蔣清泉， 宋燕輝

（①長沙通信職業技術學院 計算機信息工程系，湖南 長沙 410015；②北京郵電大學 信息與通信工程學院，北京 100876）

0 引言

TD-SCDMA系統是中國主導開發的第3代移動通信技術，隨著技術的演進和大規模網絡建設的展開，一些網絡規劃的實際問題就擺在了面前，擾碼規劃就是其一[1]。因為TD-SCDMA與其它第三代移動通信標準一樣，均采用 CDMA的多址接入技術，所以擴頻是其物理層很重要的一個步驟。擴頻操作位于調制之后和脈沖形成之前。擴頻調制主要分為擴頻和加擾兩步。首先用擴頻碼對數據信號擴頻，其擴頻系數在 1-16之間。第二步操作是加擾碼，將擾碼加到擴頻后的信號中。如果定義擴頻碼和擾碼的乘積為復合碼[2]，則擴頻和加擾的過程可以等效為與復合碼相乘，如圖1所示。

小區間用戶的擴頻碼和擾碼長度都是 16個碼片，兩者相乘生成得到的復合碼的長度也是 16碼片[3]。TD-SCDMA系統共128個擾碼，每個擾碼和31個擴頻碼相乘后一共得到128×31＝3968個編碼碼片的復合碼，這些復合碼中存在重碼和相關性很強的碼對。當相鄰小區采用這樣的碼對后，如果相鄰小區用戶的數據域相重合時，雙方將無法正確解調[4]。由此可見，復合碼序列的相關性強弱最終對數據符號的解調起作用。所以，在擾碼分配時要著重考慮復合碼之間有無重碼或相關性很強的碼對，并且不將這些碼對分配到覆蓋區交疊的相鄰小區。

圖1 擴頻加擾過程等效為復合碼過程示意

本文分析研究了所有擾碼對的復合碼相關性，提出了基于碼字相關值的擾碼規劃算法，并以此構建擾碼對的互相關值評價矩陣，在這個矩陣中相關性強的擾碼對數值大，相關性小的碼字數值小，并在多徑衰落環境下加以仿真驗證。在TD-SCDMA系統擾碼規劃時，依據這個矩陣內的碼字相關值來判斷兩個擾碼是否可以分配為鄰小區。

1 擾碼規劃算法

1.1 擾碼相關性

擾碼循環相關特性的數學描述如下：

復合碼由正交可變擴頻碼（OVSF）與擾碼（SC）逐位相乘得到，擴頻碼個數是31個。當每個復擾碼和對應的31復擴頻碼相乘之后形成的復合碼中，有一些重碼（完全相關或完全負相關），其中不重復的擴頻碼共有 21個，用 Ck表示， k =1 ,2… 2 1。擾碼i和21個擴頻碼相乘后會有21個復合碼；同樣，擾碼j和21個擴頻碼相乘后會有21個復合碼。

組網中決定系統性能的是復合碼的相關性而不是簡單的擾碼間的相關性。因此，需要考察復合碼 S Ci,k和復合碼的循環相關特性 corr_value(i,j,kxm,16)，對于一個擾碼對（i，j）共有21*21=441個corr_value值，每個corr_value都是由小區i的一個復合碼和小區j的一個復合碼的循環相關序列，長度是16。其計算公式為：

式中，符號?表示循環相關。

1.2 碼字相關值

歸一化碼字相關值的數學描述如下：

由于16個相關值的可能取值是{0、4、8、12、16}，將441個16值序列的前4個元素和后4個元素的最大值大于8（即12、16）的個數統計出來，分別是12n、16n，并加權求平均。其計算公式為：

441個16 值序列的均值為：

式中，,16kn ，k=1,2,…,4表示441個16值序列第k個值等于16的個數，,16ka ,k=1,2,…,4表示,16kn ，k=1,2,…,4加權求和時所對應的加權系數，16β表示16值相關序列中值為16的權重。

根據多次實驗結果，擾碼相關性計算時取：

441個16 值序列的前4個元素和后4個元素均值的均值：

再將前兩者加權（權值w1，w2）相加的值作為衡量擾碼對（i，j）的相關性的碼字相關值（歸一化）：

2 仿真分析

2.1 仿真參數設置

在 3GPP TS25.102協議給出的 1.28 Mc/sTDD Option的三種多徑衰落信道[5]環境下，如表1所示。小區間干擾基本仿真參數的參數為：碼片速率：1.28 Mc/s；業務速率：12.2 kb/s；每小區用戶數：1；干擾小區用戶功率和本小區用戶功率的比值：2干擾小區時，ρ=[0.3,0.3]選取三種情況用于仿真測試[6]，其對應的擾碼組合如下：

①同步相關性 0.25的擾碼中互相關性好的擾碼組合：{4（小區 1），58，62}和{48（小區 1），122，127}；

②同步相關性0.5的擾碼中互相關性差的擾碼組合：{0（小區 1），19，23}和{4（小區 1），3，8}；

③同步相關性1的擾碼中互相關性很差的擾碼組合：{4（小區 1），33，39}和{0（小區 1），25，54}。

表1 多徑衰落環境參數

2.2 下行12.2 KB/S業務的仿真結果

從上面（1）、（2）、（3）中分別選一組擾碼{4（小區 1），58，62}、{0（小區 1），19，23}、{4（小區 1），33，39},并選取信道化碼都是（0，1）（SF=16）,仿真下行 12.2kb/s業務信道在不同多徑衰落信道條件下的 BLER性能。仿真中設置了三小區,每小區一個用戶,干擾小區功率和期望小區功率的比值為 0.4。注意，這三種不同的擾碼選擇時同步相關系數不同，分別是：{4（小區 1），58，62}的同步相關性為 0.25；{0（小區 1），19，23}的同步相關性為 0.5；{4（小區1），33，39}的同步相關性為1.0。因此在仿真結果圖中，分別用corre0.25（同步相關性=0.25）、corre0.5、corre1.0分別表示三種擾碼選擇時的性能曲線，同步時仿真結果如圖2～圖4所示。

圖2 CASE1、三小區單用戶三組擾碼的BLER比較

圖3 CASE2、三小區單用戶三組擾碼的BLER比較

圖4 CASE3下、三小區單用戶三組擾碼的BLER比較

從圖2～圖4可得，三種場景下corre0.25的BLER都明顯較低，這充分說明擾碼間擾碼相關值越小系統性能越好。

3 結語

本文在分析 TD-SCDMA系統相鄰小區擾碼對相關特性的基礎上，采用對擾碼對的相關值進行統計并加權求平均的方式，構造了反映擾碼對相關性能好壞的歸一化碼字相關值，仿真結果證明，擾碼相關值好的擾碼對，其 BLER值明顯較低。這樣，TD-SCDMA系統在運行時只需根據擾碼對矩陣中的碼字相關值，通過查表就可得到相鄰小區所需要分配的擾碼對，大大提高了運行效率。美中不足的是，由于α、β的取值受到場景的限制，有待進一步研究。

[1] 胡妍,陳曦.TD-SCDMA系統擾碼相關性分析及規劃建議[J].上海電力學院學報,2007,23(03):265-268.

[2] Amandine M, Bertrand I, Fran?ois V D ,et al.An Efficient Methodology for Modeling Complex Computer Codes with Gaussian Processes[J].Computational Statistics and Data Analysis,2008,52(10):4731-4744.

[3] 羅建迪,萬俊青,朱雪田.TD-SCDMA系統中的復合碼分析[J].電信科學,2007(07):104-108.

[4] 李小文,李貴勇,陳賢亮. TD-SCDMA第三代移動通信系統、信令及實現[M].北京：人民郵電出版社, 2004.101-102.

[5] 李成杰,裴崢.無線信號服從瑞利分布的驗證方法[J].通信技術,2009,42(05):51-53.

[6] 李莉,王珂,韓力.多徑衰落信道MIMO-OFDM系統容量分析與仿真[J].計算機仿真,2008,25(02):141-144.