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1、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 ITU Rec. H.324系列协
2、议3.1 RAKE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 RA
3、KE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 3-2 RAKE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
4、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 1/4 1/2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
5、 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
6、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N N-1 0N N-1 0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
7、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3.2 CDMA射频和中频设计原理
8、3.2.1 CDMA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RF AGCRF AGC图 3-6 CDMA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RF AGC 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 RF AGC 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3.2.2 CDMA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
