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WCDMA エンドツーエンド物理層

このモデルでは、広帯域符号分割多元接続 (WCDMA) として知られる第 3 世代の無線通信システムの周波数分割複信 (FDD) ダウンリンク物理層の一部を示します。

WCDMA は、International Telecommunication Union (ITU) が策定した International Mobile Telecommunications (IMT)-2000 のフレームワーク内で開発された第 3 世代無線通信用の 5 つのエアー インターフェイスの 1 つです。WCDMA 技術は正式には IMT-2000 直接拡散と呼ばれます。

この WCDMA システムの仕様は、Third Generation Partnership Project (3GPP) によって開発され、1999 年にリリースされました。これには、ヨーロッパ、日本、韓国、米国、中国の標準化団体が共同で取り組んでいます。

WCDMA エアー インターフェイスは直接拡散技術です。つまり、符号化されたユーザー データを非常に広い帯域幅 (5 MHz) で比較的低速で拡散します。その際、非常に高速 (3.84 Mcps) でチップと呼ばれる一連の疑似ランダム単位を使用します。各ユーザーにユニークなコードを割り当てることにより、対象とするユーザーのコードを認識している受信機は目的の信号を受信した波形から正常に分離できます。

例の構造

物理層には、上位層で生成されたデータにトランスポート サポートを提供する役割があります。このデータは、トランスポート チャネルの形式でより上位層と物理層の間を行き来します。同時に処理可能なトランスポート チャネルは最大 8 つです。各トランスポート チャネルは、物理層によってデータがどのように処理される必要があるかについての情報を含むさまざまなトランスポート形式に関連付けられています。物理層はチャネルに送信される前にこのデータを処理します。

このモデルには、次の表に示す機能をもった 7 つの主要なサブシステムがあります。

WCDMA DL Tx Channel Coding Scheme。WCDMA DL Tx Channel Coding Scheme サブシステムは、これに関連付けられているトランスポート形式パラメーターに従って個別に各トランスポート チャネルを処理します。このサブシステムは、次の機能を実装します。

  • 巡回冗長コード (CRC) の付加

  • トランスポート ブロックの連結とセグメンテーション

  • チャネル符号化

  • レートの一致

  • 最初のインターリーブ

  • 無線フレームのセグメンテーション

さまざまなトランスポート チャネルが組み合わされて、符号化複合トランスポート チャネル (CCTrCH) が生成されます。CCTrCH は WCDMA Tx Physical Mapping サブシステムに送信されます。

WCDMA Tx Physical Mapping。このサブシステムは、次の機能を実装します。

  • 物理チャネルのセグメンテーション

  • 2 次インターリーバー

  • スロット ビルダー

このサブシステムの出力は、WCDMA BS Tx Antenna Spreading and Modulation サブシステムに渡される専用物理チャネル (DPCH) を構成しています。

WCDMA BS Tx Antenna。WCDMA BS Tx Antenna サブシステムは以下の機能を実行します。

  • 変調

  • 実数値の直交可変拡散係数 (OVSF) コードによる拡散

  • 複素数値の Gold コード シーケンスによるスクランブル

  • 電力の重み付け

  • パルス整形

WCDMA Channel Model。WCDMA Channel Model サブシステムは加法性ホワイト ガウス ノイズ (AWGN) (選択されている場合はマルチパス伝播条件) が含まれる無線リンク チャネルをシミュレートします。「例の検証」で説明されているように、Propagation conditions environment パラメーターを使用してマルチパス プロファイルを変更できます。

WCDMA UE Rx Antenna。WCDMA UE Rx Antenna サブシステムで受信した信号は、チャネルによって生じたいわゆる「マルチパス伝播」によって減衰および遅延した送信信号の和です。受信機側でそれらの影響を解決および補正するために RAKE 受信機が実装されています。RAKE 受信機は複数の RAKE フィンガーから構成され、それぞれ異なる受信成分に関連付けられています。各 RAKE フィンガーは、逆拡散を行うチップ相関器、チャネルを評価するチャネル推定、チャネル推定器を使用してデータ シンボルの位相を修正するデローテーターから構成されます。サブシステムは、各 RAKE フィンガーの出力をコヒーレントに結合し、各々の遅延量の補正によりエネルギーを回復します。

WCDMA Rx Physical Channel Demapping および Channel Decoding Scheme。WCDMA Rx Physical Channel Demapping および WCDMA DL Rx Channel Decoding Scheme サブシステムは、前に説明した WCDMA DL Tx Channel Coding Scheme サブシステムの機能の逆を実行することによって信号を復号化します。

例の検証

Model Parameters というラベルの付いたブロックをダブルクリックすると、モデル内のパラメーターを表示または変更できます。これにより、[ブロック パラメーター] ダイアログが表示されます。

[Power for [DPCH, P-CPICH, PICH, PCCPCH, SCH] in dB] パラメーターは、さまざまな物理チャネルに対応するデシベル単位の強度が含まれる行ベクトルから構成されます。

[Show Transport Channel Settings] チェック ボックスでは、受信機側で WCDMA Tx Channel Coding Scheme サブシステム、WCDMA Tx PhCh Mapping サブシステムに対応するパラメーター、およびそれに対応するサブシステムを指定できます。このチェック ボックスをオンにすると、ダイアログ ボックスには次のパラメーターが表示されます。

[Show Antenna Settings] チェック ボックスでは、WCDMA BS Tx Antenna および WCDMA UE Rx Antenna サブシステムに対応するパラメーターを指定できます。このチェック ボックスをオンにすると、ダイアログ ボックスには次のパラメーターが表示されます。

[Show Channel Model Settings] チェック ボックスでは、WCDMA Channel Model サブシステムに対応するパラメーターを指定できます。

結果と表示

この例の次のブロックはさまざまな誤り率を計算します。

  • BLER (Block Error Rate) Calculation は、結合されたトランスポート チャネルのブロック誤り率を示します。

  • BER (Bit Error Rate) Calculation は、各トランスポート チャネルに個別に関連付けられた BER 計算ブロックの結果を示します。

次のスコープは、さまざまな方法で信号を表示します。スコープを表示するには、シミュレーションが実行されているときにアイコンをダブルクリックします。

  • タイム スコープには、重み付けされたさまざまな物理チャネルの拡散前、拡散後、および結合後のビット ストリームが表示されます。また、実数部と虚数部が個別に表示されます。また、最初の RAKE フィンガーのチャネル推定の出力の実数部と虚数部も表示されます。

  • パワー スペクトル プロットには、拡散前、拡散後、パルス整形後、および受信機アンテナの入力での信号のパワー スペクトルが表示されます。

  • 散布図には、データ相関器の出力時、位相逆回転後、および振幅訂正後のコンスタレーションが表示されます。

付随するモデル

次の 2 つは、この例のモデル内のいくつかのサブシステムにより構成された独立したモデルです。

commwcdmamuxandcoding.slx: Physical Channel Mapping を含む WCDMA DL Tx Channel Coding Scheme と、Rx Channel Decoding Scheme を含む WCDMA Physical Channel Demapping を示します。

commwcdmaspreadandmod.slx: WCDMA BS Tx Antenna および WCDMA UE Rx Antenna を示します。

参考文献

http://www.3gpp.org