[科普中国]-上行链路

上行链路的概念

上行链路指信号从移动台到基站的物理通道。

上行链路由手机发射功率、人体损耗、建筑物损耗、路径损耗、天线增益、分集增益、馈线及其他损耗、双工器损耗、分路器损耗、基站接收机灵敏度组成。

这里的移动台（MS，Mobile Station）就是各种制式的手机。其实，MS是对GSM制式手机的称呼，对于UMTS、LTE等制式的手机，现在通常称之为UE（User Equipment）。

基站就是相对应的2G的BTS（Base Transceiver Station，基站收发信机）、3G的Node B（包含1个或多个Cell的物理结点）、4G的eNode B（EvolvedNodeB，演进的NodeB）等。

用手机往外发送消息，就是一条上行链路。就像向网络传送文件，通常叫做“上”传一样。

上行链路是针对移动台侧来说的，移动台到基站方向称之为上行。

反向链路是针对基站侧来说的，移动台到基站方向称之为反向链路。

因此，上行链路又称为反向链路。1

上行链路的工作原理I-Q支路的码分复用设计上行链路结构时要求考虑两个目标：必须保证手机前端的功率放大器效率的最大化、手机发送信号产生的音频干扰最小化。

如果在音箱附近接听或拨打GSM手机时，有时会听到音箱发出的噪声。这是因为GSM手机的功放产生的断续发射信号在音箱耦合出音频信号。这种干扰的性质与空中接口的干扰性质完全不同。音频干扰只会对用户产生噪声，而不影响诸如系统容量这样的网络指标。因为GSM系统的帧定时频率为217Hz，在人耳可听见的频带内，一定条件下，就会产生这样的干扰。用IS-95制式的CDMA系统的手机进行通话时，手机的发射机的非连续发射，同样会产生这个问题。在无话音的静默期，发射机发送保持无线链路的1.5kHz功率控制信令。导频信令和1.5kHz的功率控制指令将在通话中产生音频噪声。为避免这种音频干扰的出现，WCDMA系统的手机上行链路的两个专用物理信道采用I-Q/码分复用处理，而不是时分复用。

I-Q/码分复用控制信道产生图2.5所示的控制信道的连续传输。因此导频和功率控制信令在独立的信道连续传输，传输中不产生脉冲。虽然数据信道DPDCH在DTX传输时会产生脉冲，但这种情况很少发生，因此采用I-Q/码分复用的WCDMA对其他小区用户的干扰与采用时分复用的方法（GSM）相同。若导频符号与功率控制指令能量相同，I-Q/码分复用与时分复用方案的链路质量相同。

WCDMA系统的平均用户干扰指标和系统容量与GSM系统相当。若导频与功率控制信令的能量相同，那么两种体制的链路质量也相同。

为了实现功放的最佳效率，应当尽量降低手机发射功率的峰平比，这样手机可以在最小的放大器边界要求下工作，提高工作效率，延长电池时间。I-Q/码分复用也称为四相QPSK调制，DPDCH和DPCCH的功率不同，当两个支路独立时，随着数据速率增加，趋向于BPSK信号的传输。

上行链路扩频序列上行链路DPCCH已使用的信道化序列不能再作为其他物理信道的扩频序列，即使是在不同的I或Q支路上，也是如此。这是上行链路DPCCH的扩频信道化序列的应用的一个限制条件，假设没有这个限制条件，多个上行物理信道采用相同的扩频序列，基站侧的DPCCH检测和信道相位估计使用前就无法分离双信道QPSK的I/Q支路物理信道。

上行链路中的DPDCH扩频因子可以逐帧改变。扩频编码序列来自同一个码树。当扩频信道化序列总是从码树的同一分支得到时，基站侧的解扩操作可以充分地结合码树结构进行解扩，这样就避免了码片级的扩频编码序列的存储。手机的DPCCH给基站提供数据速率信息，或直接明确的传输格式组合指示（TFCI），以配合基站检测变扩频因子的DPDCH。

上行链路的扰码序列接收端通过扰码序列区分来自不同信息源的信息。上行链路采用的扰码序列可分为：短扰码和长扰码。长扰码是由25阶生成器多项式生成的，并截短为10ms的帧长度，它包含38400个码片，速率为3.84兆码片/秒。短扰码的长度为256个码片。如果基站使用RAKE接收机，手机的扰码序列为长扰码。如果基站采用多用户检测或干扰取消接收机，短扰码使复杂接收机的实现较容易。这两种扰码族都具有上几百万个可用的扰码，因此上行链路方向对扰码序列资源的使用不进行规划。

短扰码源自扩展的S（2）码族，长码为Gold码。复值扰码序列的子序列如果是短码，则将两个码结合起来，如果是长码，则它们虽然源自同一个长码，但彼此间的相位不同。

复值扰码与两个实码和的关系为：

其中码片速率的序列和为： ={1 1}，={1 -1}。

第二个扰码序列的抽取因子为2，这将减少星座图中的过零次数，以及调制时的幅度扰动。

RACH与CPCH的信号处理随机接入信道（RACH）的前缀采用与上行链路传输相同的扰码序列，不同的是RACH只采用扰码序列的首4096个码片，而且限制调制状态的转移方法不同。RACH的扩频和扰码处理类似于BPSK处理，即同相和正交支路的扩频和扰码序列都是同一个序列，这样就降低了基站中的RACH接收匹配滤波器的复杂性。

RACH消息部分的扩频、扰码和调制与DCH信道相同。小区的BCH告知手机可用的RACH扰码序列。

为了降低RACH的峰平比，RACH的前缀使用如下的旋转公式：

k=0,1,2...4095

其中a(k)是二进制前缀，b(k)是计算获得的码片间相位旋转90°内的复前缀。RACH的自相关值不受该操作的影响。

RACH前缀还采用签名序列的调制，签名序列有特定的调制方式，这种调制方式可以消除多普勒频偏和频率误差的影响。签名序列由16个符号生成，这16个符号在前缀的持续时间内还进行了交织处理，否则大的频率误差会造成序列互相关特性严重下降。这16个符号仅用在RACH使用时，但是多个扰码序列的签名序列还可以来自同一个签名序列组。CPCH扩频和调制方法和RACH相同，以降低手机和基站的成本。2