WCDMA/TD-SCDMA 双模手机可复用性分析

摘要：
　　对WCDMA/TD-SCDMA 协议中外部收发机的信号流程进行了分析，分析结果表明，WCDMA/TD-SCDMA 的外部收发机中大部分功能模块可进行复用，在不同协议间切换时，只需对复用的功能模块进行参数配置即可实现双模手机的外部收发机。利用该复用性可大大减少双模手机外部收发机的实现资源和实现复杂度。

关键字：WCDMA，TD-SCDMA，双模，外部收发机，复用
1. 概述

　　目前的GSM 网络由于频谱资源受限，传输速率低等缺点，已不足以满足人们通信的需求，必然逐渐被第三代移动通信网所代替。第三代移动通信标准包括WCDMA, CDMA2000,TD-SCDMA, WiMAX 四种。
　　

　　FDD 模式的WCDMA 已在全球范围大规模商用，发展明显快于同为FDD 模式的CDMA2000。而TD-SCDMA是我国自主研发的3G 标准，相比于同为TDD 模式的WiMAX，TD-SCDMA 在降低同频干扰，支持移动性方面更优于WiMAX，同时更易于和WCDMA一起实现双模手机，并且TD-SCDMA 在我国比WiMAX 离商业化更近一步。

　　WCDMA 和TD-SCDMA 各有其优缺点，两者互为补充的混合组网方式可能是我国3G未来的演进趋势。因此实现支持WCDMA/TD-SCDMA（后文简称：W/TD）双模式的手机基带芯片不仅有利于提高国内的3G 市场竞争力，同时也能为开拓3G 国际市场提供先决条件。

　　本文首先简单介绍W/TD 双模手机收发机的整体架构，然后对WCDMA 和TD-SCDMA 协议中外部收发机的信号流程进行可复用性分析，并从上行和下行两个方面分析了外部收发机中可复用的功能模块。本文的分析基于3GPP-Release 7 版本。2. W/TD 双模手机收发机

　　双模手机可将所支持的两种模式中相同的功能模块进行复用，以减少硬件资源的浪费。W/TD 双模手机收发机的基本功能框图如图1 所示。从图中可看出，W 和TD 收发机中大部分功能模块均可复用，对功能模块按复用层次进行划分可分为物理层的复用和高层的复用，其中物理层的复用包括：
1） 射频器件的复用。主要是混频器，增益放大器，滤波器的复用。
2） 数字中频或基带信号处理模块的复用（内部收发机）。主要是A/D，D/A，数字滤
波器，数字混频器等功能器件的复用。
3） 物理信道向传输信道相互映射过程的复用（外部收发机）。主要是信道编解码，CRC校验，交织解交织，速率匹配等功能器件的复用。高层的复用包括MAC 层，RLC 层，RRC 层等处理功能复用，高层复用的主要表现是软件协议栈的复用。

图1 W/TD 双模手机收发机的基本功能框图

3. 外部发送机的可复用性分析
　　外部发送机实现上行物理信道的编码映射功能。本节根据W（WCDMA）和TD（TD-SCDMA）上行物理信道编码映射流程的相似性将上行物理信道映射方式分为3 类：通用方式（General Uplink），增强型方式（Enhanced Uplink），特殊方式（Special Uplink）分别进行分析。如表1 所示。
表1 上行物理信道编码映射流程分类
分类方式 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）
上行增强型方式（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. 上行物理信道通用编码映射方式的复用（GU）
　　通过分析协议[1][2]，W和TD 的上行物理信道通用编码映射过程大部分功能模块均可以
用（如图2 中的紫色方框功能）。除比特加扰，子帧分段和物理信道映射模块外，其他模块只需要在切换系统的时候进行参数配置即可。
TD模式的物理信道E-RUCCH 的编码映射过程是通用编码映射过程的一个子集，只需针对E-RUCCH 生成一组相应的配置参数即可。
图2 W/TD 的通用编码映射过程
3.2. E-DCH 编码映射方式的复用（EU）
物理信道
分段交织
W-FDD物理
MUX 信道映射
TD物理
信道映射
MUX
CRC校验
码块分段
信道编码
H-ARQ
速率匹配
W/TD
加扰W/TD
16QAM星
座重排
图3 W/TD 的E-DCH 编码映射过程

　　3GPP-Release 7 协议中，W 和TD 均支持HSUPA。研究协议可知[1][2]，W 和TD 的E-DCH 编码映射过程大部分功能模块也可以复用（上图3 中的紫色方框功能），并且有一些可以和通用编码映射方式的功能模块复用，如CRC 校验，信道编码，加扰，交织，物理信道映射等，只需要在不同类型物理信道映射前进行参数配置即可。例如，对TD模式的E-DCH物理信道只需一个时隙，不需要物理信道分段功能，但可将其看作物理信道分段的一个特殊情况加以对待。
　　图4 为复用GU 和EU 后的编码映射功能框图，其中红色功能模块不仅W 和TD 两种模式可以复用，并且GU 和EU 两种编码映射方式也可复用；蓝色功能模块为GU 和EU 两种编码映射方式可以复用；紫色功能模块为W和TD 两种模式可以复用。
图4 W/TD 的GU/EU 编码映射过程

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 的编码映射方式类似（统称为SU-E），而HS-DPCCH 和HS-SICH 的编码映射方式类似（统称为SU-HS）。Reed-Muller（RM）编码不仅在SU 中使用，在上行TFCI 编码中也要使用，TD 模式的RM 编码要支持（32，10），（16，5），（64，10），（48，10），（32，6）五种。而W 模式的RM 编码要支持（32，10），（30，10）和（20，5）三种。由于（64，10）RM 编码的子集即可实现其他模式，因此可将上述RM 编码模块（如下图5 中紫色的功能模块）复用为一个，通过配置参数来选择RM 编码模块的工作模式。
图5 W/TD 的SU 编码映射过程

3.4. 小结
　　综上所述，双模外部发送机可用1 个比特控制W/TD 模式，2 个比特控制是GU，EU，SU-E，SU-HS 中的哪一种编码映射方式，从而完成上行物理信道编码映射的功能模块复用过程。
4. 外部接收机的可复用性分析
　　下行的接收过程可分为内部接收机和外部接收机两部分，内部接收机把AD 采样信号解调解扩为软判决物理信道信息的功能模块；外部接收机把软判决物理信道信息进行解码和传输信道映射的功能模块。
　　本节根据W 和TD 不同物理信道下行解码映射流程的相似性将其分为3 类：通用方式（General Downlink），高速方式（High-speed Downlink），其他方式（Other Downlink）分别进行分析。如表2 所示。
表2 下行物理信道解码映射流程分类
分类方式 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. 下行通用解码映射方式的复用（GD）
分析协议可得[1][2]，W和TD 在下行通用解码映射方式上也有一些功能模块可以复用。（如图6 中紫色功能模块可以复用），其中W 和TD 的区别主要在两方面：一是W 和TD的速率匹配的顺序不同；二是W 中为了支持传输信道固定位置和灵活位置两种模式增加了两个DTX 插入过程。
图6 W/TD 的GD 解码映射复用过程

4.2. 下行HS-DPSCH 解码映射方式的复用（HD）
WCDMA[1]中HSDPA 支持QPSK，16QAM，64QAM，而TD-SCDMA[1]中HSDPA仅支持QPSK 和16QAM，因此对于HSDPA 中星座重排和解交织功能，TD 可作为W 实现功能的一个子集。对于HSDPA 的CRC 校验过程，W 采用的方法有两种，TD 只采用其中一种，因此也可为W 的一个集。图7 即为HD 的解码映射复用过程。
图7 W/TD 的HD 解码映射复用过程

　　对比图6 和图7，HD 中一些功能模块是GD 功能模块的子集，可以和GD 方式的功能模块复用，如CRC 校验，信道解码等；同时HD 的有些功能模块需支持QPSK 和16QAM，如解交织，物理信道映射等，GD 的这些功能模块就是HD 的子集。所以需在不同类型物理信道映射前对不同模块进行参数配置。
图8 为复用GD 和HD 后的解码映射功能框图，其中红色功能模块不仅W 和TD 两种模式可以复用，并且GD 和HD 两种解码映射方式也可复用；紫色功能模块为W 和TD 两种模式可以复用；蓝色功模块为GD 和HD 两种解码映射方式可以复用。
图8 W/TD 的GD/HD 解码映射复用过程

4.3. 其他下行信道（OD）
4.3.1. 下行信道HS-SCCH 和E-AGCH 的解码解映射方式的复用（OD-1）同HD 解码映射方式相似，HS-SCCH 和E-AGCH 的解码映射过程中，大部分功能模块均为GD 解码映射过程的子集（如图9 中紫色功能模块）。因此也可以和GD 解码映射过程的功能模块进行复用。
图9 W/TD 的HS-SCCH 和E-AGCH 解码映射的复用过程

4.3.2. 其他下行信道E-RGCH，E-HICH（OD-2）
E-RGCH 和E-HICH 传输信道承载的信息很少，所以E-RGCH 和E-HICH 的解码映射功能非常简单。而且由于E-RGCH为WCDMA特有的传输信道，且W和TD模式在E-HICH的物理信道映射方面区别较大，因此E-RGCH 和E-HICH 的解码映射功能不需复用。
4.4. 小结
综上所述，双模外部接收机可以使用1 个比特控制W/TD 模式，2 个比特控制是GD，HD，OD-1，OD-2 中的哪一种编码映射方式，从而完成下行传输信道解码映射的功能模块
复用过程。
5. 其他考虑
5.1. WCDMA 的压缩模式对复用的影响
　　为了支持异频测量，WCDMA 引入压缩模式。压缩模式的方法主要有两种：减小扩频码长度和高层调度。在上行和下行信道映射过程中，压缩模式与普通模式的区别主要在速率匹配，DTX 插入和物理信道映射等功能模块的参数计算上。
5.2. WCDMA 的MIMO 模式对复用的影响
　　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 的解码映射方式在MIMO 模式下稍有不同外，其他传输信道的解码映射方式不变。只是在内部接收机解调后增加了MIMO 解码以提高传输可靠性。
5.3. 上下行之间的模块复用性
　　从最大复用的角度来看，在上行发送和下行接收链路中，有些功能模块可以上下行共用，如CRC 校验，比特加扰，交织解交织的地址产生器等。但由于WCDMA 是FDD 模式，所以上行发送和下行接收过程同时进行，如果上下行共用相同模块则需对上行和下行进行串行处理，这会大大增加共用模块的处理速度，同时增加缓冲区的存储空间，有时反而得不偿失。因此可以考虑上下行共用两个并行模块，根据不同协议的处理要求对并行模块进行配置。如在处理WCDMA 协议数据时，两个并行模块可一个处理上行数据，一个处理下行数据；在处理TD-SCDMA 协议数据时，两个并行模块可同时处理上行数据，也可同时处理下行数据。
6. 结论
　　本文的分析结果表明，WCDMA/TD-SCDMA 的外部收发机中大部分功能模块可进行复用，在不同协议间切换时，只需对复用的功能模块进行参数配置即可实现双模手机的外部收发机。利用该复用性可大大减少双模手机外部收发机的实现资源，从而降低双模手机收发芯片的硬件实现复杂度和实现成本。
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)".