WCDMA/TD-SCDMA 雙模手機可復(fù)用性分析

摘要：
　　對WCDMA/TD-SCDMA 協(xié)議中外部收發(fā)機的信號流程進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明，WCDMA/TD-SCDMA 的外部收發(fā)機中大部分功能模塊可進(jìn)行復(fù)用，在不同協(xié)議間切換時，只需對復(fù)用的功能模塊進(jìn)行參數(shù)配置即可實現(xiàn)雙模手機的外部收發(fā)機。利用該復(fù)用性可大大減少雙模手機外部收發(fā)機的實現(xiàn)資源和實現(xiàn)復(fù)雜度。

關(guān)鍵字：WCDMA，TD-SCDMA，雙模，外部收發(fā)機，復(fù)用
1. 概述

　　目前的GSM 網(wǎng)絡(luò)由于頻譜資源受限，傳輸速率低等缺點，已不足以滿足人們通信的需求，必然逐漸被第三代移動通信網(wǎng)所代替。第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)包括WCDMA, CDMA2000,TD-SCDMA, WiMAX 四種。
　　

　　FDD 模式的WCDMA 已在全球范圍大規(guī)模商用，發(fā)展明顯快于同為FDD 模式的CDMA2000。而TD-SCDMA是我國自主研發(fā)的3G 標(biāo)準(zhǔn)，相比于同為TDD 模式的WiMAX，TD-SCDMA 在降低同頻干擾，支持移動性方面更優(yōu)于WiMAX，同時更易于和WCDMA一起實現(xiàn)雙模手機，并且TD-SCDMA 在我國比WiMAX 離商業(yè)化更近一步。

　　WCDMA 和TD-SCDMA 各有其優(yōu)缺點，兩者互為補充的混合組網(wǎng)方式可能是我國3G未來的演進(jìn)趨勢。因此實現(xiàn)支持WCDMA/TD-SCDMA（后文簡稱：W/TD）雙模式的手機基帶芯片不僅有利于提高國內(nèi)的3G 市場競爭力，同時也能為開拓3G 國際市場提供先決條件。

　　本文首先簡單介紹W/TD 雙模手機收發(fā)機的整體架構(gòu)，然后對WCDMA 和TD-SCDMA 協(xié)議中外部收發(fā)機的信號流程進(jìn)行可復(fù)用性分析，并從上行和下行兩個方面分析了外部收發(fā)機中可復(fù)用的功能模塊。本文的分析基于3GPP-Release 7 版本。2. W/TD 雙模手機收發(fā)機

　　雙模手機可將所支持的兩種模式中相同的功能模塊進(jìn)行復(fù)用，以減少硬件資源的浪費。W/TD 雙模手機收發(fā)機的基本功能框圖如圖1 所示。從圖中可看出，W 和TD 收發(fā)機中大部分功能模塊均可復(fù)用，對功能模塊按復(fù)用層次進(jìn)行劃分可分為物理層的復(fù)用和高層的復(fù)用，其中物理層的復(fù)用包括：
1） 射頻器件的復(fù)用。主要是混頻器，增益放大器，濾波器的復(fù)用。
2） 數(shù)字中頻或基帶信號處理模塊的復(fù)用（內(nèi)部收發(fā)機）。主要是A/D，D/A，數(shù)字濾
波器，數(shù)字混頻器等功能器件的復(fù)用。
3） 物理信道向傳輸信道相互映射過程的復(fù)用（外部收發(fā)機）。主要是信道編解碼，CRC校驗，交織解交織，速率匹配等功能器件的復(fù)用。高層的復(fù)用包括MAC 層，RLC 層，RRC 層等處理功能復(fù)用，高層復(fù)用的主要表現(xiàn)是軟件協(xié)議棧的復(fù)用。

圖1 W/TD 雙模手機收發(fā)機的基本功能框圖

3. 外部發(fā)送機的可復(fù)用性分析
　　外部發(fā)送機實現(xiàn)上行物理信道的編碼映射功能。本節(jié)根據(jù)W（WCDMA）和TD（TD-SCDMA）上行物理信道編碼映射流程的相似性將上行物理信道映射方式分為3 類：通用方式（General Uplink），增強型方式（Enhanced Uplink），特殊方式（Special Uplink）分別進(jìn)行分析。如表1 所示。
表1 上行物理信道編碼映射流程分類
分類方式 上行物理信道（模式）
上行通用方式（GU） DPCH（W/TD），PRACH（W/TD），USCH（TD），E-RUCCH（TD）
上行增強型方式（EU） E-DCH（W/TD），上行特殊方式（SU） HS-DPCCH（W），HS-SICH（TD）
E-DPCCH（W），E-UCCH（TD）

3.1. 上行物理信道通用編碼映射方式的復(fù)用（GU）
　　通過分析協(xié)議[1][2]，W和TD 的上行物理信道通用編碼映射過程大部分功能模塊均可以
用（如圖2 中的紫色方框功能）。除比特加擾，子幀分段和物理信道映射模塊外，其他模塊只需要在切換系統(tǒng)的時候進(jìn)行參數(shù)配置即可。
TD模式的物理信道E-RUCCH 的編碼映射過程是通用編碼映射過程的一個子集，只需針對E-RUCCH 生成一組相應(yīng)的配置參數(shù)即可。
圖2 W/TD 的通用編碼映射過程
3.2. E-DCH 編碼映射方式的復(fù)用（EU）
物理信道
分段交織
W-FDD物理
MUX 信道映射
TD物理
信道映射
MUX
CRC校驗
碼塊分段
信道編碼
H-ARQ
速率匹配
W/TD
加擾W/TD
16QAM星
座重排
圖3 W/TD 的E-DCH 編碼映射過程

　　3GPP-Release 7 協(xié)議中，W 和TD 均支持HSUPA。研究協(xié)議可知[1][2]，W 和TD 的E-DCH 編碼映射過程大部分功能模塊也可以復(fù)用（上圖3 中的紫色方框功能），并且有一些可以和通用編碼映射方式的功能模塊復(fù)用，如CRC 校驗，信道編碼，加擾，交織，物理信道映射等，只需要在不同類型物理信道映射前進(jìn)行參數(shù)配置即可。例如，對TD模式的E-DCH物理信道只需一個時隙，不需要物理信道分段功能，但可將其看作物理信道分段的一個特殊情況加以對待。
　　圖4 為復(fù)用GU 和EU 后的編碼映射功能框圖，其中紅色功能模塊不僅W 和TD 兩種模式可以復(fù)用，并且GU 和EU 兩種編碼映射方式也可復(fù)用；藍(lán)色功能模塊為GU 和EU 兩種編碼映射方式可以復(fù)用；紫色功能模塊為W和TD 兩種模式可以復(fù)用。
圖4 W/TD 的GU/EU 編碼映射過程

3.3. 其他上行物理信道（SU）
　　 其它上行物理信道中，E-DPCCH 和E-UCCH 的編碼映射方式類似（統(tǒng)稱為SU-E），而HS-DPCCH 和HS-SICH 的編碼映射方式類似（統(tǒng)稱為SU-HS）。Reed-Muller（RM）編碼不僅在SU 中使用，在上行TFCI 編碼中也要使用，TD 模式的RM 編碼要支持（32，10），（16，5），（64，10），（48，10），（32，6）五種。而W 模式的RM 編碼要支持（32，10），（30，10）和（20，5）三種。由于（64，10）RM 編碼的子集即可實現(xiàn)其他模式，因此可將上述RM 編碼模塊（如下圖5 中紫色的功能模塊）復(fù)用為一個，通過配置參數(shù)來選擇RM 編碼模塊的工作模式。
圖5 W/TD 的SU 編碼映射過程

3.4. 小結(jié)
　　綜上所述，雙模外部發(fā)送機可用1 個比特控制W/TD 模式，2 個比特控制是GU，EU，SU-E，SU-HS 中的哪一種編碼映射方式，從而完成上行物理信道編碼映射的功能模塊復(fù)用過程。
4. 外部接收機的可復(fù)用性分析
　　下行的接收過程可分為內(nèi)部接收機和外部接收機兩部分，內(nèi)部接收機把AD 采樣信號解調(diào)解擴為軟判決物理信道信息的功能模塊；外部接收機把軟判決物理信道信息進(jìn)行解碼和傳輸信道映射的功能模塊。
　　本節(jié)根據(jù)W 和TD 不同物理信道下行解碼映射流程的相似性將其分為3 類：通用方式（General Downlink），高速方式（High-speed Downlink），其他方式（Other Downlink）分別進(jìn)行分析。如表2 所示。
表2 下行物理信道解碼映射流程分類
分類方式 下行物理信道（模式）
下行通用方式（GD） DPCH（W/TD），P-CCPCH（W/TD），S-CCPCH（W/TD），
F-DPCH（W），DSCH（TD）
下行高速方式（HD） HS-PDSCH（W/TD）
下行其他方式（OD） HS-SCCH（W/TD），E-AGCH（W/TD）
E-RGCH（W），E-HICH（W/TD）

4.1. 下行通用解碼映射方式的復(fù)用（GD）
分析協(xié)議可得[1][2]，W和TD 在下行通用解碼映射方式上也有一些功能模塊可以復(fù)用。（如圖6 中紫色功能模塊可以復(fù)用），其中W 和TD 的區(qū)別主要在兩方面：一是W 和TD的速率匹配的順序不同；二是W 中為了支持傳輸信道固定位置和靈活位置兩種模式增加了兩個DTX 插入過程。
圖6 W/TD 的GD 解碼映射復(fù)用過程

4.2. 下行HS-DPSCH 解碼映射方式的復(fù)用（HD）
WCDMA[1]中HSDPA 支持QPSK，16QAM，64QAM，而TD-SCDMA[1]中HSDPA僅支持QPSK 和16QAM，因此對于HSDPA 中星座重排和解交織功能，TD 可作為W 實現(xiàn)功能的一個子集。對于HSDPA 的CRC 校驗過程，W 采用的方法有兩種，TD 只采用其中一種，因此也可為W 的一個集。圖7 即為HD 的解碼映射復(fù)用過程。
圖7 W/TD 的HD 解碼映射復(fù)用過程

　　對比圖6 和圖7，HD 中一些功能模塊是GD 功能模塊的子集，可以和GD 方式的功能模塊復(fù)用，如CRC 校驗，信道解碼等；同時HD 的有些功能模塊需支持QPSK 和16QAM，如解交織，物理信道映射等，GD 的這些功能模塊就是HD 的子集。所以需在不同類型物理信道映射前對不同模塊進(jìn)行參數(shù)配置。
圖8 為復(fù)用GD 和HD 后的解碼映射功能框圖，其中紅色功能模塊不僅W 和TD 兩種模式可以復(fù)用，并且GD 和HD 兩種解碼映射方式也可復(fù)用；紫色功能模塊為W 和TD 兩種模式可以復(fù)用；藍(lán)色功模塊為GD 和HD 兩種解碼映射方式可以復(fù)用。
圖8 W/TD 的GD/HD 解碼映射復(fù)用過程

4.3. 其他下行信道（OD）
4.3.1. 下行信道HS-SCCH 和E-AGCH 的解碼解映射方式的復(fù)用（OD-1）同HD 解碼映射方式相似，HS-SCCH 和E-AGCH 的解碼映射過程中，大部分功能模塊均為GD 解碼映射過程的子集（如圖9 中紫色功能模塊）。因此也可以和GD 解碼映射過程的功能模塊進(jìn)行復(fù)用。
圖9 W/TD 的HS-SCCH 和E-AGCH 解碼映射的復(fù)用過程

4.3.2. 其他下行信道E-RGCH，E-HICH（OD-2）
E-RGCH 和E-HICH 傳輸信道承載的信息很少，所以E-RGCH 和E-HICH 的解碼映射功能非常簡單。而且由于E-RGCH為WCDMA特有的傳輸信道，且W和TD模式在E-HICH的物理信道映射方面區(qū)別較大，因此E-RGCH 和E-HICH 的解碼映射功能不需復(fù)用。
4.4. 小結(jié)
綜上所述，雙模外部接收機可以使用1 個比特控制W/TD 模式，2 個比特控制是GD，HD，OD-1，OD-2 中的哪一種編碼映射方式，從而完成下行傳輸信道解碼映射的功能模塊
復(fù)用過程。
5. 其他考慮
5.1. WCDMA 的壓縮模式對復(fù)用的影響
　　為了支持異頻測量，WCDMA 引入壓縮模式。壓縮模式的方法主要有兩種：減小擴頻碼長度和高層調(diào)度。在上行和下行信道映射過程中，壓縮模式與普通模式的區(qū)別主要在速率匹配，DTX 插入和物理信道映射等功能模塊的參數(shù)計算上。
5.2. WCDMA 的MIMO 模式對復(fù)用的影響
　　WCDMA 的下行物理信道支持MIMO 模式。同普通模式相比，除了HS-SCCH 和HS-DPCCH 的解碼映射方式在MIMO 模式下稍有不同外，其他傳輸信道的解碼映射方式不變。只是在內(nèi)部接收機解調(diào)后增加了MIMO 解碼以提高傳輸可靠性。
5.3. 上下行之間的模塊復(fù)用性
　　從最大復(fù)用的角度來看，在上行發(fā)送和下行接收鏈路中，有些功能模塊可以上下行共用，如CRC 校驗，比特加擾，交織解交織的地址產(chǎn)生器等。但由于WCDMA 是FDD 模式，所以上行發(fā)送和下行接收過程同時進(jìn)行，如果上下行共用相同模塊則需對上行和下行進(jìn)行串行處理，這會大大增加共用模塊的處理速度，同時增加緩沖區(qū)的存儲空間，有時反而得不償失。因此可以考慮上下行共用兩個并行模塊，根據(jù)不同協(xié)議的處理要求對并行模塊進(jìn)行配置。如在處理WCDMA 協(xié)議數(shù)據(jù)時，兩個并行模塊可一個處理上行數(shù)據(jù)，一個處理下行數(shù)據(jù)；在處理TD-SCDMA 協(xié)議數(shù)據(jù)時，兩個并行模塊可同時處理上行數(shù)據(jù)，也可同時處理下行數(shù)據(jù)。
6. 結(jié)論
　　本文的分析結(jié)果表明，WCDMA/TD-SCDMA 的外部收發(fā)機中大部分功能模塊可進(jìn)行復(fù)用，在不同協(xié)議間切換時，只需對復(fù)用的功能模塊進(jìn)行參數(shù)配置即可實現(xiàn)雙模手機的外部收發(fā)機。利用該復(fù)用性可大大減少雙模手機外部收發(fā)機的實現(xiàn)資源，從而降低雙模手機收發(fā)芯片的硬件實現(xiàn)復(fù)雜度和實現(xiàn)成本。
Reference
[1] 3GPP TS 25.212.v770: "Multiplexing and channel coding (FDD)".
[2] 3GPP TS 25.222.v750: "Multiplexing and channel coding (TDD)".
[3] 3GPP TS 25.211.v740: "Transport channels and physical channels (FDD)".
[4] 3GPP TS 25.221.v750: "Transport channels and physical channels (TDD)".
[5] 3GPP TS 25.213.v740: "Spreading and Modulation (FDD)".
[6] 3GPP TS 25.223.v760: "Spreading and Modulation (TDD)".