上行鏈路

上行鏈路

移動通信系統中,上行鏈路是指信號從移動台到基站的物理通道。

上行鏈路由手機發射功率、人體損耗、建築物損耗、路徑損耗、天線增益、分集增益、饋線及其他損耗、雙工器損耗、分路器損耗、基站接收機靈敏度組成。

移動台(MS,Mobile Station)就是各種制式的手機。其實,MS是對GSM制式手機的稱呼,對於UMTS、LTE等制式的手機,現在通常稱之為UE(User Equipment)。

基站就是相對應的2G的BTS(Base Transceiver Station,基站收發信機)、3G的Node B(包含1個或多個Cell的物理結點)、4G的eNode B(EvolvedNodeB,演進的NodeB)等。

基本介紹

  • 中文名:上行鏈路
  • 外文名:uplink
  • 定    義:信號從移動台到基站的物理通道
  • 套用學科:通信術語,移動通信系統
概念,工作原理,I碼分復用,擴頻序列,擾碼序列,信號處理,

概念

上行鏈路指信號從移動台到基站的物理通道。
上行鏈路由手機發射功率、人體損耗、建築物損耗、路徑損耗、天線增益、分集增益、饋線及其他損耗、雙工器損耗、分路器損耗、基站接收機靈敏度組成。
這裡的移動台(MS,Mobile Station)就是各種制式的手機。其實,MS是對GSM制式手機的稱呼,對於UMTS、LTE等制式的手機,現在通常稱之為UE(User Equipment)。
基站就是相對應的2G的BTS(Base Transceiver Station,基站收發信機)、3G的Node B(包含1個或多個Cell的物理結點)、4G的eNode B(EvolvedNodeB,演進的NodeB)等。
用手機往外傳送訊息,就是一條上行鏈路。就像向網路傳送檔案,通常叫做“上”傳一樣。
上行鏈路上行鏈路
上行鏈路是針對移動台側來說的,移動台到基站方向稱之為上行。
反向鏈路是針對基站側來說的,移動台到基站方向稱之為反向鏈路。
因此,上行鏈路又稱為反向鏈路。
反向鏈路反向鏈路

工作原理

I碼分復用

設計上行鏈路結構時要求考慮兩個目標:必須保證手機前端的功率放大器效率的最大化、手機傳送信號產生的音頻干擾最小化。
如果在音箱附近接聽或撥打GSM手機時,有時會聽到音箱發出的噪聲。這是因為GSM手機的功放產生的斷續發射信號在音箱耦合出音頻信號。這種干擾的性質與空中接口的干擾性質完全不同。音頻干擾只會對用戶產生噪聲,而不影響諸如系統容量這樣的網路指標。因為GSM系統的幀定時頻率為217Hz,在人耳可聽見的頻帶內,一定條件下,就會產生這樣的干擾。用IS-95制式的CDMA系統的手機進行通話時,手機的發射機的非連續發射,同樣會產生這個問題。在無話音的靜默期,發射機傳送保持無線鏈路的1.5kHz功率控制信令。導頻信令和1.5kHz的功率控制指令將在通話中產生音頻噪聲。為避免這種音頻干擾的出現,WCDMA系統的手機上行鏈路的兩個專用物理信道採用I-Q/碼分復用處理,而不是時分復用。
I-Q/碼分復用控制信道產生圖2.5所示的控制信道的連續傳輸。因此導頻和功率控制信令在獨立的信道連續傳輸,傳輸中不產生脈衝。雖然數據信道DPDCH在DTX傳輸時會產生脈衝,但這種情況很少發生,因此採用I-Q/碼分復用的WCDMA對其他小區用戶的干擾與採用時分復用的方法(GSM)相同。若導頻符號與功率控制指令能量相同,I-Q/碼分復用與時分復用方案的鏈路質量相同。
上行鏈路
WCDMA系統的平均用戶干擾指標和系統容量與GSM系統相當。若導頻與功率控制信令的能量相同,那么兩種體制的鏈路質量也相同。
為了實現功放的最佳效率,應當儘量降低手機發射功率的峰平比,這樣手機可以在最小的放大器邊界要求下工作,提高工作效率,延長電池時間。I-Q/碼分復用也稱為四相QPSK調製,DPDCH和DPCCH的功率不同,當兩個支路獨立時,隨著數據速率增加,趨向於BPSK信號的傳輸。

擴頻序列

上行鏈路DPCCH已使用的信道化序列不能再作為其他物理信道的擴頻序列,即使是在不同的I或Q支路上,也是如此。這是上行鏈路DPCCH的擴頻信道化序列的套用的一個限制條件,假設沒有這個限制條件,多個上行物理信道採用相同的擴頻序列,基站側的DPCCH檢測和信道相位估計使用前就無法分離雙信道QPSK的I/Q支路物理信道。
上行鏈路中的DPDCH擴頻因子可以逐幀改變。擴頻編碼序列來自同一個碼樹。當擴頻信道化序列總是從碼樹的同一分支得到時,基站側的解擴操作可以充分地結合碼樹結構進行解擴,這樣就避免了碼片級的擴頻編碼序列的存儲。手機的DPCCH給基站提供數據速率信息,或直接明確的傳輸格式組合指示(TFCI),以配合基站檢測變擴頻因子的DPDCH。

擾碼序列

接收端通過擾碼序列區分來自不同信息源的信息。上行鏈路採用的擾碼序列可分為:短擾碼和長擾碼。長擾碼是由25階生成器多項式生成的,並截短為10ms的幀長度,它包含38400個碼片,速率為3.84兆碼片/秒。短擾碼的長度為256個碼片。如果基站使用RAKE接收機,手機的擾碼序列為長擾碼。如果基站採用多用戶檢測或干擾取消接收機,短擾碼使複雜接收機的實現較容易。這兩種擾碼族都具有上幾百萬個可用的擾碼,因此上行鏈路方向對擾碼序列資源的使用不進行規劃。
短擾碼源自擴展的S(2)碼族,長碼為Gold碼。復值擾碼序列的子序列如果是短碼,則將兩個碼結合起來,如果是長碼,則它們雖然源自同一個長碼,但彼此間的相位不同。
復值擾碼與兩個實碼
的關係為:
其中碼片速率的序列
為:
={1 1},
={1 -1}。
第二個擾碼序列的抽取因子為2,這將減少星座圖中的過零次數,以及調製時的幅度擾動。

信號處理

隨機接入信道(RACH)的前綴採用與上行鏈路傳輸相同的擾碼序列,不同的是RACH只採用擾碼序列的首4096個碼片,而且限制調製狀態的轉移方法不同。RACH的擴頻和擾碼處理類似於BPSK處理,即同相和正交支路的擴頻和擾碼序列都是同一個序列,這樣就降低了基站中的RACH接收匹配濾波器的複雜性。
RACH訊息部分的擴頻、擾碼和調製與DCH信道相同。小區的BCH告知手機可用的RACH擾碼序列。
為了降低RACH的峰平比,RACH的前綴使用如下的旋轉公式:
k=0,1,2...4095
其中a(k)是二進制前綴,b(k)是計算獲得的碼片間相位旋轉90°內的復前綴。RACH的自相關值不受該操作的影響。
RACH前綴還採用簽名序列的調製,簽名序列有特定的調製方式,這種調製方式可以消除都卜勒頻偏和頻率誤差的影響。簽名序列由16個符號生成,這16個符號在前綴的持續時間內還進行了交織處理,否則大的頻率誤差會造成序列互相關特性嚴重下降。這16個符號僅用在RACH使用時,但是多個擾碼序列的簽名序列還可以來自同一個簽名序列組。CPCH擴頻和調製方法和RACH相同,以降低手機和基站的成本。

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