WCDMA系统基本原理第三章WCDMA关键技术第三章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MY信源信源编码器信道编码器调制器信道MR信宿信源译码器信道译码器解调器图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
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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3-1WCDMA系统基本原理第三章WCDMA关键技术基带输入信号II相位延迟I带DLL的Q相关器旋转均衡本地信道Q扩频码估计合并相加第一径第二径第三径时间量径位置延迟估计图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
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如图3-3图3-4所示基带I/Q信号预测的相位和幅度结果相关器LPFI/Q信号导频通道图3-3基于连续导频信号的信道估计方法3-2WCDMA系统基本原理第三章WCDMA关键技术基带I/Q信号数据符号相关器符号判决LPFDMUXLPF导频符号并内插预测的相位和幅度结果I/Q信号图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-10串行输入的采样数据NN-10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3-3WCDMA系统基本原理第三章WCDMA关键技术DSP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Rx滤波器下变频器IIF去混迭数字下ADCQ双工器滤波器变频器RFAGC基数据本振带功放I/O处Tx滤波器理器IIF和平滑数字上本振DACQ滤波器变频器RFAGC上变频器图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3-4
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