WCDMA系统基本原理03

目录3-263.5多用户检测技术.................................................3-143.4.2Turbo码..................................................3-113.4.1卷积码...................................................3-93.4信道编码.......................................................3-73.3分集接收原理...................................................3-53.2.3数字中频技术...............................................3-43.2.2CDMA的射频设计性能和考虑..................................3-43.2.1CDMA射频和中频的总体结构..................................3-43.2CDMA射频和中频设计原理.........................................3-13.1RAKE接收机....................................................3-1第三章WCDMA关键技术................................................3-27图3-19多用户检测的系统模型............................................3-26图3-18多用户检测的效果...............................................3-23图3-17Turbo码的MAP迭代解码方法.......................................3-21图3-16反向递归的图形表示..............................................3-20图3-15前向递归的图形表示..............................................3-15图3-14Turbo编码器...................................................3-13图3-13候选路径的相加比较选择的抽取过程和分支度量的累加过程............3-12图3-12卷积编码器的格状图trellis......................................3-11图3-11212卷积编码器及其状态图..................................3-10表3-1BPSK或QPSK编码增益.........................................3-8图3-10不同合并方式的增益比较...........................................3-8图3-9正交发射分集原理.................................................3-7图3-8正交中频采样.....................................................3-6图3-7中频采样........................................................3-4图3-6CDMA射频和中频原理框图..........................................3-3图3-5匹配滤波器的基本结构..............................................3-3图3-4使用判决反馈技术的间断导频条件的信道估计方法.........................3-2图3-3基于连续导频信号的信道估计方法.....................................3-2图3-2RAKE接收机框图..................................................3-1图3-1数字通信系统框图.................................................i3-29图3-22并行干扰消除中的一级消除器.......................................3-28图3-21解相关器......................................................3-28图3-20多用户检测算法分类..............................................ii第三章WCDMA关键技术本章主要从原理的角度介绍了WCDMA收发信机的各个组成部分的结构包括RAKE接收机的原理和结构射频和中频处理技术信道编解码技术和多用户检测的基本原理信源信源编码器信道编码器调制器信道解调器信宿信源译码器信道译码器MYRM图3-1数字通信系统框图如图3-1所示为一般意义上的数字通信系统WCDMA的收发信机就建立在这个基本的框图上其中信道编译码部分采用卷积码或者Turbo码调制解调部分采用码分多址的直接扩频通信技术信源编码部分根据应用数据的不同对语音采用AMR自适应多速率编码对图象和多媒体业务采用ITURec.H.324系列协议3.1RAKE接收机在CDMA扩频系统中信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性这样在无线信道中出现的时延扩展就可以被看作只是被传信号的再次传送如果这些多径信号相互间的延时超过了一个码片的长度那么它们将被CDMA接收机看作是非相关的噪声而不再需要均衡了由于在多径信号中含有可以利用的信息所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比其实RAKE接收机所作的就是通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号并把它们合并在一起图3-2所示为一个RAKE接收机它是专为CDMA系统设计的经典的分集接收器其理论基础就是当传播时延超过一个码片周期时多径信号实际上可被看作是互不相关的第三章WCDMA关键技术WCDMA系统基本原理3-1QI合并相加I延迟估计相位旋转信道估计延迟均衡IQ第一径第二径第三径基带输入信号时间量径位置的相关器带DLL本地扩频码图3-2RAKE接收机框图带DLL的相关器是一个迟早门的锁相环它由两个相关器早和晚组成和解调相关器分别相差1/2或1/4个码片迟早门的相关结果相减可以用于调整码相位延迟环路的性能取决于环路带宽延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布如图3-3所示识别具有较大能量的多径位置并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上匹配滤波器的测量精度可以达到1/41/2码片而RAKE接收机的不同接收径的间隔是一个码片实际实现中如果延迟估计的更新速度很快比如几十ms一次就可以无须迟早门的锁相环由于信道中快速衰落和噪声的影响实际接收的各径的相位与原来发射信号的相位有很大的变化因此在合并以前要按照信道估计的结果进行相位的旋转实际的CDMA系统中的信道估计是根据发射信号中携带的导频符号完成的根据发射信号中是否携带有连续导频可以分别采用基于连续导频的相位预测和基于判决反馈技术的相位预测方法如图3-3图3-4所示相关器导频通道基带I/Q信号LPF预测的相位和幅度结果I/Q信号图3-3基于连续导频信号的信道估计方法第三章WCDMA关键技术WCDMA系统基本原理3-2相关器基带I/Q信号预测的相位和幅度结果I/Q信号DMUX数据符号导频符号LPF并内插符号判决LPF图3-4使用判决反馈技术的间断导频条件的信道估计方法LPF是一个低通滤波器滤除信道估计结果中的噪声其带宽一般要高于信道的衰落率使用间断导频时在导频的间隙要采用内插技术来进行信道估计采用判决反馈技术时先硬判决出信道中的数据符号在已判决结果作为先验信息类似导频进行完整的信道估计通过低通滤波得到比较好的信道估计结果这种方法的缺点是由于非线性和非因果预测技术使噪声比较大的时候信道估计的准确度大大降低而且还引入了较大的解码延迟图3-5为匹配滤波器的基本结构本地的扩频码和扰码NN-10NN-10串行输入的采样数据图3-5匹配滤波器的基本结构延迟估计的主要部件是匹配滤波器匹配滤波器的功能是用输入的数据和不同相位的本地码字进行相关取得不同码字相位的相关能量当串行输入的采样数据和本地的扩频码和扰码的相位一致时其相关能力最大在滤波器输出端有一个最大值根据相关能量延迟估计器就可以得到多径的到达时间量从实现的角度而言RAKE接收机的处理包括码片级和符号级码片级的处理有相关器本地码产生器和匹配滤波器符号级的处理包括信道估计相位旋转和合并相加码片级的处理一般用ASIC器件实现而符号级的处理用第三章WCDMA关键技术WCDMA系统基本原理3-3DSP实现移动台和基站间的RAKE接收机的实现方法和功能尽管有所不同但其原理是完全一样的对于多个接收天线分集接收而言多个接收天线接收的多径可以用上面的方法同样处理RAKE接收机既可以接收来自同一天线的多径也可以接收来自不同天线的多径从RAKE接收的角度来看两种分集并没有本质的不同但是在实现上由于多个天线的数据要进行分路的控制处理增加了基带处理的复杂度3.2CDMA射频和中频设计原理3.2.1CDMA射频和中频的总体结构双工器Rx滤波器IF去混迭滤波器ADC数字下变频器基带处理器下变频器数据I/OIQIF和平滑滤波器DAC数字上变频器IQ上变频器本振Tx滤波器本振功放RFAGCRFAGC图3-6CDMA射频和中频原理框图图3-6给出了CDMA射频和中频部分的原理框图射频部分是传统的模拟结构有用信号在这里转化为中频信号射频下行通道部分主要包括自动增益控制RFAGC接收滤波器Rx滤波器和下变频器射频的上行通道部分主要包括自动增益控制RFAGC二次上变频宽带线性功放和射频发射滤波器中频部分主要包括下行的去混迭滤波器下变频器ADC和上行的中频和平滑滤波器上变频器和DAC对于WCDMA的数字下变频器而言由于其输出的基带信号的带宽已经大于中频信号的10%故与一般的GSM信号和第一代信号不同称为宽带信号3.2.2CDMA的射频设计性能和考虑前面已经提到CDMA的信号是宽带信号因此射频部分必须设计成适合于宽带低功率谱密度信号CDMA的高动态范围高峰值因数由于采用线性调制和多码传输精确的快速功率控制环路向功率放大器的线性和效率提第三章WCDMA关键技术WCDMA系统基本原理3-4出了挑战CDMA对RF前端提出了非常困难的线性和效率要求线性约束是由于要求了严格的输出频谱的掩模Mask同时输出的信号包络变化幅度很大当然为了保证功放有足够的效率功放的工作电平一般也保持在1dB压缩点附近为了减少移动台的体积和功耗要求在接收和发射端实现基带到射频或者相反方向的一次直接变频这种技术的困难在于混频器需要有良好的线性避免相邻信道的互调产物同时混频器的输入隔离也必须足够高以避免自混频而可能出现的直流分量射频部分的另外两个部件自动增益控制器AGC和低噪声放大器LNA的性能也非常关键AGC必须有很快的响应速度和很高的动态范围使输入模数变换的信号电平处于最佳范围WCDMA设计中AGC的要求在80dB左右而LNA的指标直接决定了接收机的总噪声指标WCDMA中要求LNA的噪声指标低于4dB模拟的射频器件使得射频部分的指标变化比较大同时个体的不一致性差异也比较大在设计射频部分的时候我们要按照最坏的情况对每个射频部件可能带来的整体接收机性能损失进行仿真