WCDMA上行链路I/Q星座图形成原理研究
0引言
WCDMA是由欧洲和日本提出的,由3GPP制定的以GSM MAP为核心网,UTRAN(UMTS terrestrial radio access network)为无线接口的一种第三代移动通信标准[1]。它支持384 kbit/s~ 2 Mbit/s不等的数据传输速率:在高速移动状态下,可提供384 kbit/s的传输速率;在低速或是室内环境下,则可提供高达2 Mbit/s的传输速率[2]。WCDMA最重要的一个特点即功率对用户来说是共享资源。在下行链路上,基站中码分复用的用户分享总的功率;在上行链路中,基站有一个最大干扰容限,这个功率在小区中产生干扰的移动台之间分配。共享功率使WCDMA能灵活地处理各种不同速率的业务。目前众多文献明确指出WCDMA系统中反向信道的物理层调制方式是QPSK,那么根据QPSK的调制原理,其星座图应该是4个象限均匀分布的4个点(4个向量)。如图1所示。但是在WCDMA终端的实际研发过程中,我们发现事实并非如此。使用Agilent8960综测仪测试手机发射I/Q星座图的时候,图上显示的是8个不对称的点,如图2所示。
图1QPSK星座图图2实测I/Q星座图经过详细研究发现,WCDMA上行链路的调制方式不是真正意义上的QPSK,I/Q路调制幅度不一样。下面就该问题详细讨论。1WCDMA物理层调制的详细过程
1.1WCDMA上行链路扩频
上行链路专用物理信道(上行DPDCH/DPCCH),如图3所示[3]。
图3上行链路专用物理信道用于扩频的二进制DPCCH 和DPDCH 信道用实数序列表示,也就是说二进制的"0"映射为实数+1,二进制的"1"映射为实数-1。DPCCH信道通过信道化码Cc扩频到指定的码片速率,第n个DPDCH信道(DPDCHn)通过信道化码Cd,n扩频到指定的码片速率。DPDCH可以采用多码同时发射方式,能够支持n(1≤n≤6)路DPDCH同时传输。
信道化之后,对实数值的扩频信号进行加权处理,对DPCCH 信道用增益因子βc进行加权处理,对DPDCH信道用增益因子βd进行加权处理。在任意时刻,βc和βd的幅度值至少有一个为1.0。β的值用4个bit进行量化,β取值为0,1/15,2/15,…,15/15中的一个值。量化后的I,Q 2路幅度值就是一个多值状态,16个值中的2个。
加权处理后,I路和Q路的实数值码流相加成为复数值的码流,复数值的信号再通过复数值的Sdpch,n码(第n路DPCCH/DPDCH上行链路扰码)进行复扩频扰码,DPCCH/DPDCH都和复数值的Sdpch,n扰码进行扰码处理。
假设扰码输入的I/Q信号为a+jb,复数扰码为x+jy,则扰码后的信号为(a+jb)×(x+jy)=(ax-by)+j(ay+bx)(1)I路和Q路分别为I′=ax-by(2)
Q′=ay+bx(3)I′和Q′为最后进行QPSK调制的I/Q信号。
由于复数扰码的随机性,生成的I′和Q′的值如表1所示。表1生成的I′和Q′值
xyI′Q′11a-ba+b1-1a+b-a+b-11-a-b-a+b-1-1 -a+b-a-b
一般地,设a>b>0,则复数加扰以后的瞬时I′/Q′信号的4个相位点如图4所示。将X轴和Y轴调换后得到得I′/Q′星座如图5所示。
图4复数加扰以后的瞬时I′/Q′相位图图5X轴和Y轴调换后的瞬时I′/Q′相位图这样,由于加权导致的复数加扰前的I/Q信号星座图变成不对称,然后进行复数扩频后,导致出现8个点。
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