WCDMA通信系统中传输格式字分配策略及译码
引言
随着各种无线业务需求的增加，传统单一话音业务的无线通信网已经越来越无法适应人们的需求。因此，以大容量、高速率和承载视频电视电话等数据业务为目的的第三代移动通信系统（IMT-2000）应运而生。主要方案包括欧洲标准的WCDMA，美国标准CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA。和第二代移动通信系统相比较，第三代移动通信系统的最大特点在于可支持不同QoS的可变速率的多种业务，这便要求其具备将各种无线通信业务传输信道复接在一起的能力。WCDMA采用了一套比较复杂的传输信道复接方案，并对同一TFCS集下每一编码复合传输信道复接方案进行编号和编码，以使接收端正确获取发射端的业务复接信息，从而进行正确的数据处理。
本文主要介绍了WCDMA通信系统中传输格式组合指示字TFCI（Transport Format Combination Indicator）的分配策略及其编译码。第二部分以语音业务为例，主要介绍TFCI指示的分配策略。第三、四部分分别介绍了TFCI的Reed-Muller码编码发送与译码。
2． TFCI分配策略
在WCDMA通信系统中，用户所要进行的业务采用哪个传输格式组合集（TFCS）是由核心网来决定的。当用户有业务需求时，系统将分配该用户的TFCS集的信息和有效的传输格式组合TFC的信息（用有效的TFC的唯一的估计值CTFC表征）发送给用户，用户依据这些信息进行通信。传输格式指示字TFCI的长度为10bits，当不足10bits时在MAC层进行高位补0操作，它与有效的TFC组合是一一对应的关系，是有效的TFC按照速率由低到高的顺序排列。用户数据的传输是以TTI（传输时间间隔）为间隔来进行的，TFCI字分布在TTI的每一无线帧上，它指示了当前有效的TFC组合，用户与网络进行信息交互时以此TFCI信息来确定如何解码、解复接并在适当的传输信道上传送接收到的数据。 表1给出了目前某WCDMA实验系统语音业务所采用的TFCS集的信息：
表1. 4个TrCH的TFCS集的相关信息
|
|
DTCH TrCH0 |
DTCH TrCH1 |
DTCH TrCH2 |
DTCH TrCH3 |
|
| 传输块长度bits |
148 |
39，81 |
103 |
60 |
|
| CRC校验位长度 |
16bits |
12bits |
0bits |
0bits |
|
| TFS |
TF0 |
0*148 |
0*81 |
0*103 |
0*60 |
| TF1 |
1*148 |
1*39 |
1*103 |
1*60 |
|
| TF2 |
-- |
1*81 |
-- |
-- |
|
| RM属性 |
180 |
70 |
176 |
85 |
|
| 编码方式 |
CC, 1/2 |
CC, 1/3 |
CC, 1/3 |
CC, 1/2 |
|
| 传输信道号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
| TTI |
40ms |
20ms |
20ms |
20ms |
|
| DPDCH 映射 |
3.4kbps |
30Kbps |
30Kbps |
30Kbps |
|
| DPDCH bits/Frame |
172 |
59，101 |
111 |
68 |
|
| SF |
64 |
||||
| TFCS |
(TF0,TF0,TF0,TF0)(TF1,TF0,TF0,TF0)(TF0,TF1,TF0,TF0) (TF1,TF1,TF0,TF0)(TF0,TF2,TF1,TF1)(TF1,TF2,TF1,TF1) |
||||
2.1 CTFC的计算
在表1所示的语音业务中，TrCH0是用来承载信令的，其余的三个传输信道承载12.2kbps的语音业务，分别承载AMR语音编码的class A、class B和class C三部分信息。
TFCS全集中的TFC组合的个数是每一个传输信道的传输格式TF个数的乘积。由表1可以看出，该业务下，TFC组合的个数为：2*3*2*2=24个。在全集中的每一个TFC都有一个估计值CTFC：
设I条TrCH信道复用到物理信道上，传输信道i按编号从0到I-1排列。再设TrCHi有Li种TF格式。对每一条TrCH，计算参数：
where I=1,2,…,I, and L0=1.(计算每TRCH的权值)
如表1：P0=1，P1=2，P2=6，P3=12
则有：
CTFC(TF0,TF0,TF0,TF0)=0*1+0*2+0*6+0*12=0
CTFC(TF1,TF0,TF0,TF0)=1*1+0*2+0*6+0*12=1
…
CTFC(TF1,TF2,TF1,TF1)=1*1+2*2+1*6+1*12=23
2.2 有效的TFC组合的选择及其与TFCI的对应关系
有效的TFC组合的选择完全是由系统核心网来根据业务需求决定的。表1中选择的有效的TFC组合为：ctfc0、ctfc1、ctfc2、ctfc3、ctfc22和ctfc23，其相应的TFCI为0、1、2、3、4和5。由这种一一对应关系也可以看出，得到了TFCI信息，也就得到了传输信道复接的完整信息，从而解码处理就可以进行。
其他业务，如多媒体、电视电话等业务的TFCI分配策略与语音业务的TFCI分配策略是完全相同的。其差别只在于所选用的TFCS集不同。
3． TFCI的编码及发送
3.1 TFCI的编码
TFCI字的编码分为两种模式，即正常模式和拆分模式。两种模式下采用的编码都是Reed-Muller码，拆分模式采用的是（16，5）编码器，正常模式采用的是（32，10）编码器。
正常模式下的TFCI编码器是一个非规则的二阶Reed-Muller码编码器，输入为10比特，输出为32比特。对应的编码矩阵见表2，编码输出方式为：
其中，bi为输出TFCI码字，αi为输入编码器的信息序列，i=0,1,…31.
表2. (32,10) TFCI编码基本序列
| i |
Mi,0 |
Mi,1 |
Mi,2 |
Mi,3 |
Mi,4 |
Mi,5 |
Mi,6 |
Mi,7 |
Mi,8 |
Mi,9 |
| 0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
| 2 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
| 3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
| 4 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
| 5 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
| 6 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
| 7 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
| 8 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
| 9 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
| 10 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
| 11 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
| 12 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
| 13 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
| 14 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
| 15 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
| 16 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
| 17 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
| 18 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
| 19 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
| 20 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
| 21 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
| 22 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
| 23 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
| 24 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
| 25 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
| 26 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
| 27 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
| 28 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
| 29 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
| 30 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 31 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
拆分模式下的TFCI编码器是一个规则的Reed-Muller码编码器，输入为5比特，输出为16比特。其编码原理与（32，10）编码器的编码原理相同。
3.2 TFCI的发送
在系统采用正常模式通信的情况下，上行发送时，TFCI编码后的信息映射到物理信道DPCCH的TFCI域（TFCI field）进行发送；下行发送时，TFCI编码后的信息映射到物理信道DPCH的TFCI域进行发送。 TFCI域的长度由高层指定的时隙格式决定。设编码后的序列为：{bk，k=0，1，…，31}，映射到物理信道后的TFCI发送序列为：{dl，l=0，1，…，m*15-1，m为每个时隙TFCI field的长度}。则bk与dl的关系为：
dl = bl mod 32
压缩模式下TFCI的映射方式与正常模式下的映射方式稍有不同，与传输间隔的开端分配给当前帧或者是分配给前一帧，以及传输的TFCI比特数有关。
4． TFCI的译码
TFCI编码方式是基于Reed-Muller码的基本编码规则，其译码思想也要基于Reed-Muller码的基本解码规则。Reed-Muller码解码是通过对接收码元进行模二加和多数判决来实现的，它可以归纳为一个迭代和层层剥离的译码过程。
在WCDMA通信系统中采用的（32，10）Reed-Muller码，由表1所示的其编码生成矩阵可以看出：只有全"1"序列（Mi,5）和5个OVSF（Orthogonal Variable Spreading Factor 正交可变扩频因子）码（Mi,0 ，Mi,1 ，Mi,2 ，Mi,3 ，Mi,4）才符合Reed-Muller码生成矩阵的定义，而4个掩码（Mi,6 ，Mi,7 ，Mi,8 ，Mi,9）不符合。因此在译码过程中首先要去除的就是4个掩码的影响，然后通过规则译码思想来解码。具体译码过程如下：
通过计算分别得到α6、α7、α8、α9的四元判决和式组，然后在不考虑α6、α7、α8、α9的影响下计算得到α0、α1、α2、α3、α4的二元判决和式组。
(1)对32位的接收码元序列，根据α6、α7、α8、α9的四元判决和式的结果采用大数判决解出α6、α7、α8、α9。
(2)去除α6、α7、α8、α9对接收码元序列的影响。
(3)根据α0、α1、α2、α3、α4的二元判决和式的结果采用大数判决解出α0、α1、α2、α3、α4。其中，α0、α1、α2、α3、α4的二元和式是在不考虑α6、α7、α8、α9的影响下得到的，用于译码的序列是（2）中得到的序列。
(4)对（2）得到的序列进一步消除α0、α1、α2、α3、α4的影响，得到即为α5的判决式，采用大数判决便解出α5。
由其译码过程可以看到，TFCI的译码是采用模2加和大数判决的方法，非常便于硬件实现，能提高TFCI译码的速度，从而为之后的数据处理节约时间。
规则的（16，5）Reed-Muller码的译码相对简单，其译码过程与（32，5）（16，5）Reed-Muller码的译码过程相同，不再赘述。