（信号与信息处理专业论文）cdma数字信号发生器校准方法研究.pdf

摘要 摘要 第三代移动通信是目前移动通信发展的主要方向 其目标是为用户提供高质 量的移动语音 移动宽带数据和移动多媒体业务 它将极大地促进人类社会的信 息化 人们正热烈期待它所带来的美好前景 中国作为世界上最大的移动通信市 场 其第三代移动通信的发展已成为国际关注的热点 随着中国移动通信产业的快速发展 社会对移动通信的需求持续旺盛 设备 研发 生产和运营商等采购了大量的通信测试仪以对其生产的通信产品进行检 测 而如何确保在研发 生产制造 测量等各个行业中使用的这些通信测试仪能 准确地为产品服务 就必须定期对这些通信测试仪进行校准与测试 数字通信测试仪器被广泛应用在g s m 及c d m a 通信设备的设计 生产中 其种类很多 大致可以分三大类 数字信号发生器 矢量信号分析仪和无线通信 测试仪 在本文中将重点讨论c d m a 数字信号发生器的校准方法及其不确定度 的分析 本论文主要内容如下 首先介绍移动通信的发展历史 介绍了第三代移动通 信的三大主流技术 比较它们之间的异同 接着介绍了数字信号发生器的计量特 性 然后针对其中一个技术详细研究了数字信号发生器的数字调制校准方法 文 中分析了其基本原理和主要工作 并举出实例说明该方法在实际测试中的应用 然后对测试数据的不确定度进行了详尽的分析 最后 通过对实际校准过程中出 现的问题的分析和研究 对该校准方法进行了总结 提出了作者自己的一些经验 总结和研究心得 关键词 c d m a 计量 数字调制 校准 广东t 业大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ni sc u r r e n t l yt h em a i nd e v e l o p m e n t d i r e c t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t h eg o a li st op r o v i d eu s e r sw i t hh i g h q u a l i t y m o b i l ev o i c e m o b i l eb r o a d b a n dd a t aa n dm o b i l em u l t i m e d i as e r v i c e s i tw i l lg r e a t l y p r o m o t et h ei n f o r m a t i z a t i o no fh u m a ns o c i e t y p e o p l ea r ew a r m l ye x p e c t i n gi tb r i n g s w e l lp r o s p e c t s c h i n a a st h ew o r l d sl a r g e s tm o b i l ec o m m u n i c a t i o n sm a r k e t t h et h i r d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nd e v e l o p m e n th a sb e c o m et h ef o c u so fi n t e r n a t i o n a l c h i n am o b i l ec o m m u n i c a t i o ni n d u s t r yd e v e l o p sf a s tt h e s ey e a r sa n ds a t i s f i e st h e c o m m u n i c a t i o n r e q u i r e m e n t s o fp e o p l e e v e r y w h e r e a tt h es a m et i m e t h e r e q u i r e m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e s t i n ge q u i p m e n t sg o e s u p q u i c k l y t h e t e s t i n ge q u i p m e n t sa r eu s e d i nt h ep r o c e s so ft h e r e s e a r c h p r o d u c t i o n a n d m e a s u r e m e n t so ft h ec o m m u n i c a t i o np r o d u c t s t h e ys h o u l db ec a l i b r a t e dr e g u l a r l yt o g u a r a n t e et h eq u a l i t yo ft h ep r o d u c t s d i g i t a lc o m m u n i c a t i o nt e s t i n gi n s t r u m e n t s a r ew i d e l yu s e di nd e s i g na n d p r o d u c t i o no fg s ma n dc d m ac o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t t h e r ea r e al o to f k i n d s c a r lb er o u g h l yt h r e ec a t e g o r i e s d i g i t a ls i g n a lg e n e r a t o r v e c t o rs i g n a la n a l y z e r a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e s t e r i nt h i sp a p e rw i l lf o c u so nt h ec a l i b r a t i o nm e t h o d a n du n c e r t a i n t ya n a l y s i so fc d m a d i g i t a ls i g n a lg e n e r a t o r t h i sp a p e ri n c l u d e ss e v e r a li m p o r t a n tp a r t s f i r s t l y i ti n t r o d u c e st h em o b i l e c o m m u n i c a t i o nd e v e l o p i n gh i s t o r y i ti n t r o d u c e st h r e em a i nt e c h n o l o g i e so ft h et h r e e m o b i l ec o m m u n i c a t i o n i tc o m p a r e st h es i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e m t h es e c o n d i ti n t r o d u c e st h em e t r o l o g yc h a r a c t e r i s t i c so ft h ed i g i m ls i g n a lg e n e r a t o r t h e ni ti n t r o d u c e st h ec a l i b r a t i o na n dt e s t i n gm e t h o d so ft h ed i g i t a ls i g n a lg e n e r a t o ri n d e t a i l f u r t h e r m o r e t h e nt h ep a p e rg i v e st h ec a l i b r a t i o nu n c e r t a i n l ya n a l y s i so ft h e c a l i b r a t i o nr e s u l t s f i n a l l y t h e p a p e rg i v e ss o m ei d e a s o i lh o wt oi n c r e a s et h e c a l i b r a t i o na c c u r a c yt os o l v et h ep r o b l e m si nt h er e a lc a l i b r a t i o n k e yw o r d s c d m a m e a s u r e d i g i t a lm o d u l a t i o n c a l i b r a t i o n 广东t 业大学硕士学位论文 独创性 声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德 本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以 标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 不包 含本人或其他用途使用过的成果 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明 并表示了诩十意 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的 论 文成果归广东工业大学所有 申请学位论文与资料若有不实之处 本人承担一切相关责任 特此声明 论文作者签字 纠癌莺 指导教师签字 团 捌 加兮年6 月牛日 第一章绪论 1 1 移动通信的发展 第一章绪论 所谓 通信 就是指信息的传输 发送和接收 人类通信史上革命性的变化 是把电波作为信息载体 利用电波做信息载体的通信方式称为 电信 当电信 号在有线线路中传输时 则为有线通信 当电信号在空中传输时 则为无线通信 近代电信的标志是电报的诞生 1 7 5 3 年2 月1 7 日 在 苏格兰人 杂志上 发表了一篇文章 作者提出了用电流进行通信的大胆设想 1 7 9 3 年 法国查佩 兄弟在巴黎和里尔之间架设了一条2 3 0 k m 长的接力方式传送信息的托架式线 路 1 8 3 2 年 俄国外交家巴伦 许希林利用电磁感应原理制作出了用电流计指针 偏转来接收信息的电报机 同年 美国专家莫尔斯开始对这种新生的技术发生了 兴趣 经过3 年的专研之后 在1 8 3 5 年他发明的第一台实用的电报机问世 1 8 6 0 年 德国人赖斯最早提出远距离传送话筒 接力传送信息的建议 并用电将一 切旋律传送了一段距离 虽然这种方法不太切合实际 但他为这种通话方式所取 的名字 电话 却一直沿用至今 现代移动通信起源于1 9 世纪 18 6 4 年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存 在 1 8 7 6 年赫兹用实验证实了电磁波的存在 使人们认识到电磁波和电磁能量 是可以控制发射的 1 9 0 0 年马可尼等人的跨大西洋无线电通信证实了电波携带 信息的能力 利用电磁波进行远距离无线电通信取得了成功 从此世界进入了无 线电通信的新时代 现代意义上的移动通信开始于2 0 世纪2 0 年代初期 1 9 2 8 年 美国p u r d u e 大学学生发明了工作于2 m h z 的超外差式无线电接收机 并很快在底特律的警察 局投入使用 这是世界上第一种可以有效工作的移动通信系统 2 0 世纪3 0 年代 初 第一部调幅制式的双向移动通信系统在美国新泽西的警察局投入使用 2 0 世纪3 0 年代末 第一部调频制式的移动通信系统诞生 试验表明调频制式的移 动通信系统比调幅制式的移动通信系统更加有效 在第二次世界大期间 军事上 的需求促使技术快速进步 同时导致移动通信的巨大发展 战后开始了建立公众 移动通信系统阶段 到目前为止移动通信经历了三代 从第一代模拟移动通信系 广东t 业大学硕士学位论文 统 1 g 到第二代数字移动通信系统 2 g 再到第三代多媒体移动通信系统 3 g 正在向三代后或第四代宽带移动通信系统 b 3 g 4 g 发展n 3 1 2 研究项目的目的与意义 随着通信业务的迅猛发展和通信量的激增 未来的移动通信不仅要有大的容 量 而且还要能支持话音 数据 图像 多媒体等多种业务的有效传输 第三代 移动通信将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来 在提高无线频率利 用率的同时 为用户提供更经济 内容更丰富的无线通信服务 第三代移动通信 在国际上统称为i m t 2 0 0 0 简称3 g 与第一代模拟移动通信和第二代数字移动 通信相比 第三代的最主要特征是可提供移动多媒体业务 第三代移动通信的主流技术标准主要有三种 w c d m a i m t 一2 0 0 0 直接扩 频c d m a 可以在一个宽达5 m h z 的频带内直接对信号进行扩频 c d m a 2 0 0 0 i m t 2 0 0 0 多载波c d m a 是由1 个或多个1 2 5 m h z 的窄带直接扩频 系统组成的一个宽带系统 t d s c d m a 是由中国提出的 是c d m at d d 标准 的一员 第三代移动通信是当今经济发展热点之一 用于基站和客户终端测试的各类 移动通信测量仪器都添加了3 g 标准制式 对这类仪器进行校准时 将不能再参 照2 g 标准制式的校准规范 我们需要制定出新的校准规范 才能保证测量仪器 的准确可靠 对信息产业有着现实意义 数字通信测试仪器被广泛应用在g s m 及c d m a 通信设备的设计 生产中 数字信号发生器是在一个信号发生器内完全整合了数字 模拟调制功能 提供了 全面的调制能力 包括各种数字标准g s m p h s i s 9 5c d m a w c d m a c m d a 2 0 0 0 t d s c d m a 等 各种数字调制f s k p s k q a m 等 模拟调制 a m f m p m 以及外部i q 调制 对于多种数字调制类型的实现 数字信号发 生器主要通过一个双通道任意波发生器来实现 同时通过运用内插值计算和过采 样技术保证波形精确 并采用深存储深度方式存储样本 数字信号发生器的矢量 调制带宽高达几十兆 可以满足现今的无线数字通信系统的测试要求 近几年 国家非常重视数字通信测量测试仪器的量传以及校准方法的规范 组织编制了三个相关的规范 分别是 j j f l l 3 1 2 0 0 5t d m a g s m 数字移动通 2 第一章绪论 信综合测试仪校准规范 j j f l l 2 8 2 0 0 4 矢量信号分析仪校准规范 和 j j f l1 7 4 2 0 0 7 数字信号发生器校准规范 但这些规范对c d m a 技术中的特 殊参量没有研究 例如 表征信号质量的波形质量因数r h o 和码域功率等 量 值溯源没有得到保证 本项目主要是研究数字信号发生器的校准方法 组建自动校准系统 探讨数 字调制参数的新溯源方案 1 3 论文的内容及章节安排 1 3 1 主要内容 本论文主要通过分析三个主流标准 找出共同之处 再对其一标准进行参数 研究 分析参数影响来源 给出合理的测试方法 再对测试方法进行验证其合理 性和可行性 1 3 2 章节安排 第一章为绪论部分 主要介绍本研究课题的目的和意义 本论文的主要内容 第二章介绍了c d m a 技术的发展状况 三大主流标准各自的特点以及他们 之间的同异 第三章通过对c d m a 2 0 0 0 标准参数的分析 并完成对其的测试方法 第四章对实验中得到的数据进行处理 进行不确定度分析 第五章分析在测试过程当中所发现的问题 1 4 本章小节 本章明确了本课题的目的和意义 简要的说明了本论文的主要内容和章节 广东工业大学硕士学位论文 2 1 c d m a 系统 第二章c d m a 技术标准 c d m a 是英文c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 的缩写 中文译为码分多址 是通信领域广泛使用的多址技术之一 作为一种基于扩频的无线接入技术 c d m a 已经非常成熟 与t d m a 和f d m a 技术不同 无线资源在c d m a 技术 中是以码为基础单元进行分配的 由此所有的用户能够在同一时间段同时占用同 一带宽 每一个用户被分配一个码 多个码 每次数据传输分配的码都是不同的 这些码用于小区 信道和用户分离 根据所使用的调制的扩频技术不同 c d m a 技术可以分为以下几类心3 直接序列c d m a d s c d m a 调频c d m a f h c d m a 混合调制c d m a h m c d m a 多载波c d a m c c d a 近年来 移动通信发展极快 用户数量迅猛增加 现有系统的容量越来越显 得不够并且难以提供市场对新业务 高速数据服务 全球覆盖 国际漫游等问题 的解决和实现 随着通信技术的发展 第三代移动通信业已成熟 具有提供全球 无缝覆盖和漫游 更大容量 支持窄带业务和车速下的1 4 4 k b s 和步行下3 8 4 k b s 及室内条件下2 m b s 的高速数据服务 且质量达到有线系统水平 向下兼容 最 终目标是实现终端和携带者的移动性 进而实现个人通信的第三代移动通信系 统 国际电讯联盟 i t u 综合各国标准化组织提出的建议 从1 9 9 8 年开始制定 并不断完善第三代移动通信标准i m p 2 0 0 0 根据各国标准化组织向国际电信联 盟提交的各自无线传输技术候选方案 总共提出了1 6 种候选技术 包括1 0 种地 面技术和6 种卫星技术 1 0 种地面技术中有8 种频分双工 f d d 和5 种时分双 工 t d d 技术 如表2 1 所示 在上述方案中以宽带c d m a 作为主要的候选多 址技术 国际电信联盟对这1 6 个技术提案进行了必要的技术融合 最终形成了 4 第二章c d m a 技术标准 最具代表性的i m t 0 2 0 0 0 技术标准 其中涉及的c d m a 技术可以分为3 类 w c d m a 技术 有5 个类似的技术 表中序号为l 5 c d m a 2 0 0 0 技术 有2 个类似的技术 表中序号为7 8 t d s c d m a 技术 表中序号为6 表2 i 第三代移动通信的无线传输技术方案 t a b 2 1w i r e l e s st r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yf o rt h e3 r dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n 序 提交技术双工 应用环境 多址技术提交者 号 1j w c d m af d d t d d 所有环境c d m a日本a r t b 2 e t s i u t r a u m t sf d d t d d 所有环境 c d m a欧洲e t s i 3 w i m sw c d m a f d d 所有环境c d m a美国t i a 4w c d m a n af d d 所有环境c d m a美国t 1 p i 5g l o b a lc d m ai if d d 所有环境 c d m a 韩国 r a 6t d s c d m at d d 所有环境c d m a 中国c a t i 7 c d m a 2 0 0 0f d d t d d所有环境c d m a美国t 认 8g l o b a lc d m ai f d d 所有环境 c d m a 韩国t t a 9u w c 1 3 6f d d 所有环境c d m a美国t 认 1 0e p d e c tt d d 所有环境c d m a 欧洲e t s i 国际电信联盟召开多次会议 试图在第三代移动通信无线接口的陆地部分寻 求一个融合的 折衷的统一标准 但由于各国和各区域性标准化组织的经济利益 和政治因素的影响 很难形成一个全球统一的标准 在融合的过程中 成立了两 个标准化协调组织 即3 g p p 和3 g p p 2 分别对w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的进 行融合 达成了i t ui m p 2 0 0 0c d m a 技术融合协议 i m t 2 0 0 0 的无线接口技术 分类 如表2 2 所示口1 第三代系统的主要目的是将包括卫星在内的所有网络融合为可以替代众多 网络功能的统一系统 它能够提供宽带业务并实现全球无缝覆盖 第二代系统向 第三代系统的演进遵循平滑过渡的原则 现有的g s m d a m p s i s 1 3 6 等第 二代系统均演变成为第三代系统的核心网络 从而形成一个核心网家族 核心网 家族的不同成员之间通过n n i 接口联结起来 成为一个整体 从而实现全球漫 游 在核心网络家族的外围 形成了一个庞大的无线接入家族 现有的几乎所有 5 广东工业大学硕士学位论文 的无线接入技术以及w c d m a 等第三代无线接入技术均将成为其成员 图2 1 给出了第三代系统的网络结构 它充分显示了未来电信网络的融合特征 表2 2i m t 2 0 0 0 无线传输技术分类 t a b 2 2i m t 2 0 0 0w i r e l e s st r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yc a t e g o r y d s f d dw c d m a 3 g p p m c f d dc d m a 2 0 0 03 g p p 2 c d m a t d c d a 3 g p p t d d u t r at d d t d s c d m ac w t s t d m au w c 1 3 6 t l e t s i 一 一 无线接入家族 核心网络家族 图2 1 第三代移动通信系统的网络结构 f i g 2 1n e t w o r ks t r u c t u r eo ft h e3 r dm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m 2 2w c d m a w c d m a 由欧洲e i s i 和日本a r i b 提出 它的核心网基于g s m m a p 同 时可通过网络扩展方式提供基于a n s i 一4 1 的运行能力 w c d m a 系统能同时支 持电路交换业务 如p s t n i s d n 和分组交换业务 如i p 网 该系统使用的灵 活的无线协议可在一个载波内同时支持话音 数据和多媒体业务 并通过透明或 非透明传输来支持实时 非实时业务 w c d m a 无线空中接口参数见表2 3 w c d m a 系统除具有原来窄带c d m a 系统的优点以外 还具有以下一些明 显的特点h 3 6 霎 第二章c d m a 技术标准 1 扩频 在w c d m a 系统中采用长的扩频码 不同的小区以及上行链路中不同的用 户由不同的扩频码来区分 在下行链路中用长为2 1 8 1 的g o l d 码 但它被截短 为1 0 m s 的帧 总共可用的扰码的数目为5 1 2 每组有1 6 个码 1 个主扰码 1 5 个副扰码 便于小区的快速搜索 上行链路都采用短码和长码 扰码 短码为 v l k a s a m i 码 长为2 5 6 采用短码易于实现多用户接收机技术 长码为g o l d 序列 长2 2 5 1 被截断为周期是1 0 m s 的帧 对于信道的区分则采用正交码 如树形结构的正交码 表2 3w c d m a 系统的空中接口参数 t a b 2 3a i ri n t e r f a c ep a r a m e t e r so fw c d m a s y s t e m 空中接口规范参数参数内容 复用方式 f d d 每载波时隙数 1 5 基本带宽 5 叶z 码片速率 3 8 4 m c h i p s 帧长1 0 m s 信道编码卷积编码 t u r b o 编码等 数据调制 q p s k 下行链路 h p s k 上行链路 扩频方式 q p s k 扩频因子 4 5 1 2 功率控制开环 闭环功率控制 控制步长为l d b 2 d b 或3 d b 分集接收方式r a k e 接收技术 基站间同步关系同步或非同步 核心网g s m 从p 2 多码率 同一连接的多种服务可以复用在一个专用物理数据信道 d p d c h 上 多路 复用可以在内编码或外编码的前后进行 在服务的多路复用和信道编码之后 多 路复用的数据流映射到一个d p d c h 如果总的数据率超过了一个码分信道的传 输上限 另一种选择是将多路复用映射到不同的d p d c h 则可以分配多个 d p d c h 进入到一种多码道的方式 分别进行编码及交织 此时 功率和每种 服务的质量均可分别独立地进行控制 7 广东工业大学硕士学位论文 3 分组数据 w c d m a 提供了发送两种数据的可能性 短的数据包可以直接附加在随机 接入中 这种方法称为公共信道分组传输 更大和更经常进行的数据传输则在专 用信道上 单个大的数据包用单数据包方式传输 当数据传送完成时 专用信道 立即释放 在多分组方式传输时 专用信道将通过功率控制及同步信息保持来维 持专用信道 除了上述的一些功能特点外 w c d m a 还有其自身的许多技术特点 如支 持基站间的异步操作 随着技术的发展 可支持自适应天线阵技术和多用户检测 技术等 2 3c d m a 2 0 0 0 c d m a 2 0 0 0 是从c d m ao n e 发展而来的一种3 g 技术 目的是为现有的 c d m a 运营商提供平滑升级到3 g 的路径 其核心是l u c e n t m o t o r o l a n o r t e l 和q u a l c o m m 联合提出的宽带c d m a 技术 c d m a 2 0 0 0 的一个主要特点是与现 有的t i a e i a 9 5 一b 标准向后兼容 并可与i s 9 5 b 系统的频段实现共享或重叠 这样就使运营商可以在i s 9 5 b 系统的基础上平滑过渡 c d m a 2 0 0 0 的核心网基 于a n s i 4 1 但通过网络扩展方式 也可提供基于在g s m m a p 核心网上运行的 能力 c d m a 2 0 0 0 的空中接口参数见表2 4 c d m a 2 0 0 0 具有以下主要特点喳3 1 扩频 在下行链路中 c d m a 2 0 0 0 的小区是通过两个2 1 5 长的m 序列来区分的 一 个是i 信道 一个是q 信道 不同的小区通过p n 偏置进行相位偏移来区分 因 为只有有限数据的p n 偏移需要进行规划 以避免p n 混淆 因此 在小区搜索 过程中 只有这些序列需要被搜索 在上行链路中 用户通过长度为2 1 4 的m 序 列的相位偏移来区分 信道则通过使用彼此正交的w a l s h 的可变扩展因子来区 分 2 多码率 在基本和补充信道中可使用不同的编码和交织方式 在下行链路上 高比特 8 第二章c d m a 技术标准 率的服务具有不同的q o s 要求码分复用于补充信道 在上行链路上 可以传输 l 2 个补充信道 用户数据的帧长为2 0 m s 在传输控制信息时 基本信道可用 5 m s 和2 0 m s 的帧长 基本信道用约束长度为9 的卷积码 补充信道采用卷积码 最多为1 4 4 k b i t s 对于更高的数据率 则用约束长度为4 比率为1 4 的t u r b o 码 3 分组数据 c d m a 2 0 0 0 在传数据包时采用a l o h a 原理 但它不采用固定功率发射 在 随机接入不成功时则增加发射功率 短数据突发可在公共业务信道上传输 并可 用简单的a g o 来改善性能 表2 4c d m a 2 0 0 0 空中接口参数 仉l b 2 4a i ri n t e r f a c ep a r a m e t e r so fc d m a 2 0 0 0 空中接口规范参数 参数内容 复用方式 f d d t d d 基本带宽1 2 5 m h z 或3 7 5 m h z 码片速率 1 2 2 8 3 6 8 6 4 m c h i p s 帧长1 0 5 m s 信道编码卷积编码 t u r b o 码等 数据调制 q p s k 下行链路 b p s k 上行链路 扩频方式 q p s k 扩频因子数目4 5 1 2 功率控制开环 闭环功率控制 控制步长为l d b 可选0 5 0 2 5 d b 分集接收方式r a k e 接收技术 基站间同步关系需要g p s 同步 核心网a s n i 4 1 2 4t d s c d m a t d s c d m a 系统是t d m a 和c d m a 两种基本传输模式的灵活结合 是由 中国无线通信标准化组织 c w t s 提出并得到i t u 通过的3 g 无线通信标准 在 9 广东 下业大学硕上学位论文 3 g p p 内部 它也被称为低码片速率t d d 工作方式 相对于3 8 4 m h z 的u t r a t d d 系统的无线接口参数见表2 5 嘲 表2 5t d s c d m a 空中接口参数 t a b 2 5a i ri n t e r f a c ep a r a m e t e r so ft d s c d m a 空中接口规范参数参数内容 复用方式 t d d 基本带宽 1 6 m h z 每载波时隙数1 0 其中7 个时隙被用作业务时隙 码片速率 1 2 8 m c h i p s 无线帧长 1 0 m s 每个 0 m s 的无线帧被分为2 个5 m s 的子帧 信道编码卷积编码 t u r b o 码等 数据调制 q p s k 和8 p s k 高速率 扩频方式 q p s k 功率控制开环 闭环功率控制 控制步长i d b 2 d b 或3 d b 功率控制速率2 0 0 次 s 智能天线在基站端由8 个天线组成天线阵 基站间同步关系同步 多用户检测使用 业务特性对称和非对称 支持的核心网g s m m 渔p t d s c d m a 系统特别适合于在城市人口密集区提供高密度大容量话音 数 据和多媒体业务 系统可以单独运营 以满足e t s i 舢m t s 和i t u i m t 2 0 0 0 的 要求 也可与其他无线接入技术配合使用 例如 在城市人口密集区 使用 t d s c d m a 技术 而在非人口密集区 则使用g s m w c d m a 或卫星通信等来 实现大区或全球的覆盖 t d s c d m a 系统的主要特点如下 1 t d d 方式便于提供非对称业务 工作在t d d 模式下的t d s c d m a 系统在周期性重复的时间帧里传输基本 t d m a 突发脉冲 通过周期性地转换传输方向 在同一载波上交替进行上 下 行链路传输 t d d 方案的优势在于系统可根据不同的业务类型来灵活地调整链 1 0 第二章c d m a 技术标准 路的上 下行转换点 t d d 方式的另一优势就是系统无需使用成对的频段 而 可以使用f d d 系统无法使用的频段 2 智能天线 智能天线系统由一组天线阵及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法 构成 在发送端 智能天线根据接收到的终端到达的信号在天线阵上产生的相位 差 利用先进的数字信号处理算法提取出终端的位置信息 根据终端的位置信息 有效地产生多波束赋形 每个波束指向一个特定终端并自动地跟踪终端移动 从 而有效地减少了同信道干扰 提高了下行容量 在接收端 智能天线通过空间选 择性分集 可大大提高接收灵敏度 减少不同位置同信道用户的干扰 有效合并 多径分量 抵消多径衰落 提高上行容量 3 联合检测 联合检测技术即 多用户干扰 抑制技术 是消除和减轻多用户干扰的主要技 术 它把所有用户的信号都当作有用信号处理 这样可充分利用用户信号的扩频 码 幅度 定时 延时等信息 从而大幅度降低多径多址干绕 但同时也存在多 码道处理过于复杂和无法完全解决多址干扰等问题 将智能天线技术和联合检测 技术相结合 可获得较为理想的效果 4 同步c d m a 同步c d m a 指上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步 它通 过软件及物理层设计来实现 这样可使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正 交 相互间不会产生多址干扰 克服了异步c d m a 多址技术由于每个移动终端 发射的码道信号到达基站的时间不同 造成码道非正交所带来的干扰问题 提高 了t d s c d m a 系统的容量和频谱利用率 还可简化硬件电路 降低成本 除此以外 t d s c d m a 还有许多其他优点 如便于实现由g s m 系统的平 滑过渡 能够支持各种并行承载等 2 5 三种标准的比较 为了满足未来业务的需求 相对于现有的移动通信系统 3 g 系统具有下列 功能 提供更大的通信容量和覆盖范围 具有可变的高速数据率 同时提供高速 电路交换和分组交换业务 具有高的频谱利用率 提供更加可靠的信道编码 灵 广东工业大学硕士学位论文 活配置的传输信道和逻辑信道 支持多种话音编码方案 为用户提供更为灵活的 接入服务等 同时 第三代移动通信划分出2 3 0 m h z 带宽 1 8 8 5 2 0 2 5 m h z 作 为i m t 2 0 0 0 的上行频段 2 1 1 0 2 2 0 0 m h z 作为下行频段 其中f d d 包括 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的上行使用1 9 2 0 1 9 8 0 m h z 下行使用2 1 1 0 2 1 7 0 m h z t d d 方式 包括t d s c d m a 和u t r at d d 使用2 0 1 0 2 0 2 5 m h z 不区分上 下行 1 9 8 0 2 0 1 0 m h z 和2 1 7 0 2 2 0 0 m h z 分别作为移动卫星业务的 上 下行频段 虽然c d m a 2 0 0 0 w c d m a 和t d s c d m a 同属3 g 的主流技术标准 但是 仍然可以将其分为两类 c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 作为一类 t d s c d m a 作为 一类 之所以这样 是因为在技术上c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 是f d d 的标准 而t d s c d m a 则是t d d 的标准口1 2 5 1w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 都满足i m t 2 0 0 0 提出的全部技术要求 包括支持 高比特率多媒体业务 分组数据和d 接入等 这两种系统的无线传输技术均基 于d s c d m a 作为多用户接入技术 单就技术来说 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 在 技术先进性和发展成熟度上各具优势 1 w c d m a 使用的带宽和码片速率是c d m a 2 0 0 0l x 演进家族的三倍以上 因而能提供更大的多路径分集 更高的中继增益和更小的信号开销 此外 更高 的码片速率也改善了接收机解决多径效应的能力 2 w c d m a 在小区站点同步方面的设计是使用异步基站 而c d m a 2 0 0 0 基站则通常通过g p s 实现同步 这将造成室内和城市小区部署困难 3 由于支持l xe v d o 的t d m 接入系统采用共享时分复用下行链路 它具 有固定时隙 因此c d m a 2 0 0 0 物理层兼容性较差 4 w c d m a 较c d m a 2 0 0 0 能够更灵活地处理话音和数据混合业务 5 w c d m a 进行功率控制的频率几乎是c d m a 2 0 0 0 的两倍 达到每秒1 5 0 0 次 1 5 k h z 因而能保证更好的信号质量 并支持更多的用户 6 c d m a 2 0 0 0 的导频信号大约需要下行链路总传输功率的2 0 相比之下 w c d m a 只需要约l o 因而可以节省更多的公用信道的开销 1 2 第二章c d m a 技术标准 7 为支持基于g s m 的g p r s 业务而部署的所有业务 如计费 安全 漫游 等 也支持w c d m a 业务 而为了完善新的数据 话音网络 c d m a 2 0 0 0l x 必须 添加额外的网元或进行功能的升级 8 在混合话音和数据流量方面 w c d m a 的系统性能比c d m a 2 0 0 0 也表 现得更加出色 2 5 2t d s c d m a t d s c d m a 与w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 相比 具有如下的特点 1 频谱利用率高 t d s c d m a 采用t d d 方式 c d m a 和t d m a 的多址 方式 在传输中很容易针对不同类型的业务设置上 下行链路转换点 因而可以 使总的频谱效率更高 2 支持多种通信接口 t d s c d m a 同时满足i u b a g b i u i u r 多种接 口要求 基站子系统既可作为2 g 和2 5 g 的g s m 基站的扩容 又可作为3 g 网 中的基站子系统 能同时兼顾现在的需求和未来长远的发展 3 频谱灵活性强 t d s c d m a 仅需要单一1 6 m 频带就可提供速率达2 m 的3 g 业务需求 而且非常适合非对称业务的传输 4 系统性能稳定 t d s c d m a 收发在同一频段上 上行链路和下行链路的 无线环境一致性很好 更适合使用新兴的智能天线技术 利用了c d m a 和t d m a 结合的多址方式 更利于联合检测技术的采用 这些技术都能减少干扰 提高系 统的性能稳定型 5 与传统系统兼容性好 t d s c d m a 支持现在的覆盖结构 信令协议可以 向后兼容 网络不必引入新的呼叫模式 能够实现从现存的通信系统到下一代移 动通信系统的平滑过渡 6 系统设备成本低 t d s c d m a 上下行工作于同一频率 对称的电波传播 特性使之便于利用智能天线等新技术 这也可达到降低成本的目的 7 支持与传统系统间的切换功能 t d s c d m a 技术支持多载波直接扩频系 统 可以再利用现有的框架设备 小区规划 操作系统 帐单系统等 在所有环 境下支持对称或不对称的数据速率 广东工业大学硕上学位论文 2 6 本章小节 本章简要介绍了移动通信现在三个主流的标准c d m a 2 0 0 0 w c d m a 和 t d s c d m a 比较它们各自的优缺点 1 4 第三章c d m a 2 0 0 0 校准方法 第三章c d m a 2 0 0 0 校准方法的研究 前一章已经介绍了第三代移动通信的三个比较主流的标准 虽然他们各有不 同 但是都采用了c d m a 技术 他们也都是调制信号 基本都可以用e v m 波 形调制精度 码域功率 邻道功率比等等参数来衡量其波形质量的好坏 只是在 解调他们时要用到不同的调制方式而已 下面我就c d m a 2 0 0 0 为例 对其校准 方法的研究 发射端经过调制和扩频两个步骤产生扩频信号 先用要传送的信息比特对载 波进行调制 再用伪随机序列扩展信号的频谱 或者先用扩频序列与信息比特相 乘 扩展信息的频谱 再对载波进行调制 接收端经过解扩和解调两个步骤恢复原信息 解扩就是接收机以相同的伪随 机序列与接收到的扩频信号相乘 也称相关接收 解扩后的信号再经过常规解调 即可恢复出信息 要想使接收端正确检测到发射端发射的信息 接收机本地产生的伪随机序列 必须与发射端相同且同步 但是伪随机序列本身具有随机性 不可能做到收发两 端的序列完全相同 为了减小检测的差错率 伪随机序列必须具有良好的相关特 性 在c d m a 系统中用到特定的正交序列 如威尔士序列 进行频谱扩展 3 1 术语和主要参数定义 3 1 1 调制与解调 调制就是对信号源的编码信息进行处理 使其变为适合传输的形式的过程 将需要传送的基带信号 音频 视频 数码信号 转载到易于传输的高频段载波的 过程就是调制 而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便处理和理解的过 程 调制和解调在通信系统中具有十分重要的作用 通过调制 不仅可以进行频 谱搬移 把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上 从而将调制信号转换成合适 与信道传输或便于信道多路复用的己调信号 而且它对系统的传输有效性和传输 可靠性有着很大的影响 调制和解调方式往往决定了一个通信系统的性能 1 5 广东t 业大学硕七学位论文 调制可分为模拟调制和数字调制两种方式 在模拟调制中 调制信号的值是 连续变化的 在数字调制中调制信号的值是离散的 现在第三代移动通信都使用 数字调制和解调技术 数字调制和解调比模拟方式有许多优点 其中包括更好的 抗噪声性能 更强的抗信道损耗 更容易服用各种不同形式的信息 如声音 数 据和视频图像等 和更好的安全性等 除此之外 数字传输系统适应于可以检查 和纠正传输差错的数字差错控制编码 并支持复杂的信号条件和处理技术 像信 源编码 加密技术和为提高整个通信链路性能的均衡技术 新的多用途可编程数 字信号处理器使得数字调制器和解调器完全用软件来实现成为可能 不同于以前 固件永久固定 面向特定调制解调器的设计方法 嵌入式的软件实现方法可以在 不重新设计或替换调制解调器的情况下改变和提高其性能眵3 3 1 2 矢量信号概念 数字调制是指被调制信号而非调制过程的数字化 大多数数字通信系统载波 频率固定而只改变其幅度和相位 调制信息以调制前载波信号的相位和幅度为参 考 调制后的信号相位和幅度信息是相对于原始载波信号而言的 一个信号有三 个特性随时间变化 幅度 相位或频率 然而 相位和频率仅仅是从不同的角度 去观察或测量同一个信号的变化 人们可以同时进行幅度和相位的调制 也可以 分开进行调制 但是这既难于产生更难于检测 在特制的系统中信号可以分解为 一组相对独立的分量 同相 i 和正交 q 分量 这两个分量是正交的 且互不相 干的 图3 1 中的q a m 调制器中i 和q 信号来自一个信号源 幅度和频率都相 同 唯一不同的是q 信号的相位与i 信号相差9 0 度 具体关系如图3 2 所示 当i 的幅度为l 的时候 q 的幅度为o 而当i 的幅度为0 的时候 q 的幅度为1 两个信号互不相干 相位相差9 0 度 是正交的 i q 调制的主要优点是 既便于将两个独立信号分量组合成一个符合信号 相应地也可以将其复合信号分解为两个独立的部分 大多数数字调制是在i q 平面上将数据映射为许多离散的点 我们称这些点为星座 当信号