影响通道带宽的因素

1、影响通道带宽的引言该演示是专为检视通道带宽与码元速率间的关系和平衡而设计。就其本质而言，调制是为了传送信息而改变一个载波信号特征的过程。更为具体地，数字调制涉及到比特流（一次包含多个比特）的组合，并用一个不同的码元表示每个不同的组合。而且，每个不同的码元可以通过周期性改变其特征（如相位、幅值或频率）的载波信号表示。在此练习中，检视这些参数的改变频度（即码元速率）和所需的频域带宽间的关系。此外，宽的影响。还将检视滤波对于通道带常见用途基本上，所有的通信协议都为不同的通道指定了特定的频带。而且，这些频带的带宽依赖于多种。今天在此要评估的具体是码元速率和滤波。要特别检视的一个协议便是 HSDPA/H

2、SUPA（高速下行链路分组接入/高速上行链路分组接入）协议。HSDPA/HSUPA 采用 16-QAM 调制策略并工作于各种频带。在此要特别检视的频带是第七频带，即上行链路频带为 890 MHz 915 MHz，下行链路频带为 925 MHz 960 MHz。根据此协议，每个通道间的带宽为 5 MHz，这就意味着第七频带刚好包含由不同用户复用的 5 个通道。下面的框图描述了 HSUPA 的上行链路频带，每个通道间的为 5 MHz。带宽自 2005 年起，电信运营商们（如 T-Mobile、Cingular 和 Vodaphone）开始在世界各地布置 这一技术。该项技术的优势在于它比先前的 W-

3、CDMA（码分多址接入）标准支持更高的数据速率。W-CDMA 采用支持 2 位/码元（log2 (4)）传输速率的 QPSK（四相相移键控）调制。另一方面，HSDPA 采用能够支持 4 位/码元传输速率的 16-QAM 调制。因而，在相同的码元速率下，HSDPA 可以通过发送的比特实现更高的数据速率。正如在下面的练习所看到的，码元速率与通道带宽间存在某种明确的关系。因此，最大化与所得通道带宽间的平衡。检视码元速率和数据速率的2码元速率基础知识一个正弦波的调制使得载波正弦波的相位、幅值和频率产生周期性的变化。然而，为使一个调制后的信号保持在适当的载波通道内，这些变化必须渐次发生。例如，考虑16-

4、QAM调制。在此调制策略中，有16个不同的相位与幅值的组合可以应用于载波信号。在下面的框图中，展示了一个经过16-QAM调制的载波信号的时域表示。在此个例中，码元速率与载波频率使用了相同的频率。因而，正如 从下图可以看出的，相位与/或幅值按载波信号的周期改变。为方便描述，关闭了滤波功能以便使信号变迁更为明显。Carrier Frequency = Symbol Rate 载波频率=码元速率1 Period per Symbol与上例不同的是，下图所使用的码元速率恰为载波频率的一半。结果便是载波的相位与幅值每两个周期发生一次变迁，而不是一个周期。Carrier Frequency = 2(Sym

5、bol Rate)2 Periods per Symbol通常，实际码元速率比实际载波频率要低数个数量级。例如，GSM 使用的码元速率为270.833 码元/秒。通过这样的工作以缩减通道带宽，将在后续部分进行。3滤波基础知识截至目前，已经展示了没有经过滤波的载波信号调制，以突出码元速率的影响。然而，对过滤的调制信号的观察也说明了滤波的必要。正如您从下图看到的，一个滤波的信号展现了相位与幅值的突变。虽然这些并不影响其被解调的能力，但这样的锐变确实会造成频域内的高频组分。Phase/litude Transitions结果，当滤波时，这样的锐变导致了所分配的通道带宽之外的噪声。这一噪声导致相邻通道

6、间的干扰并码元间干扰（ISI）。实际上，降低 ISI 有两种途径，在发送端使用脉冲整形滤波器和在接受端使用匹配滤波器。下图显示了一个滤波（或脉冲整形）后信号的时域表示。如该图所示，经过滤波后相位与幅值的变迁平滑了许多。Phase/litude Transition此外，在频域中两个信号的平滑变迁更为显著，如下所示：Raised Cosine Filter Alpha = 0.54因而，可以看出滤波是如何有助于减少通道带宽。然而，在此演示中，更为关注码元速率与通道带宽间的关系。码元速率与带宽如上所述，码元速率正比于通道带宽。实际上，通道带宽由下式定义：Bw = Rs (1 + )在该式中，Bw表

7、示通道带宽，Rs表示码元速率，而表示滤波器参数alpha。下面，展示了一个具有极高码元速率的通信通道的FFT频谱。注意，在此例中，通道整形使用了一个升余弦滤波器（ = 0.5）。这里，载波频率为1 GHz，码元速率为500 MHz。根据的等式，通道带宽应为500 MHz * (1.5) = 750 MHz。在中心频率为1 GHz时，所分配的通道带宽将占用 650 MHz到1350 MHz。750 Mhz接下来，展示同样的物理系统，除了码元速率改为100 MHz。结果是通道的带宽为原通道的1/5。这样，通过一个升余弦滤波器（ = 0.5），通道带宽为：5Bw = 100 MHz (1 + 0.5

8、) = 150 MHz因而，在中心频率为1 GHz时，该通道将占用925 MHz到1075 MHz的带宽，具体如该通道的 FFT频谱（如下所示）所描述。150 Mhz这两图形通过展示通道带宽随码元速率提高的变化，描述了码元速率与通道带宽间的关系。因而，至少初步表明，在一个给定的系统中应使用较低的码元速率，以最大化在一个给定频率范围内实现的通道的数目。实际情况并非如此，因为高码元速率也意味着数据吞吐量也将被提 高。因此，在码元速率（进而通道吞吐量）与所需通道带宽之间有一个权衡问题。练习：在下面练习中， 载波之上。此外，构建一个采用 16-QAM 调制策略的 VI，将一个随机比特流调制到一个调整参

9、数（如码元速率和载波频率）并分析其在频域的结果。61）打开名为“channel_width_QAM.vi”的 VI。您将看到创建好的前面板和程序框图。2）选择 Window Show Block diagram (CTRL-E)以察看程序框图，如下所示：7正如从上图所看到的，该模块框图的大部分已经被创建。余下步骤将关注在程序中添加功能模块。3）通过函数面板上的 All Functions Modulation Digital Utility， “Generate System Parameters.vi”。从选择程序选择“QAM (M)”使其如右图所示。最后，将“S至适当的控件或常数。les

10、per Symbol”和“M-QAM (16)”输入端连接4）通过 All Functions Modulation Digital“Bit Generation.vi”。连接“errorin”与“bits to generate”输入端。接下来，将“reset”输入端连接至OR 函数的输出。5）通过 All Functions Modulation Digital Utility“Generate FilterCoefficients.vi”。连接“error in”、“ filtarameter”、“ pulse shafilter”、“ modulation type”输入端和来自适当控

11、件输出的“sles per symbol”两个输入端。6）通过 All Functions Modulation Digital Modulation “Modulate.QAM.vi”。连接适当控件到“Symbol Rate”输入端。“Filtarameters”与“Bistream”输入端数据应分别来自“Generate System Parameters.vi”和“BitGeneration.vi”。最后，连接“pulse sha出。filter coefficients”输入端到前一个 VI 的输7）通过 All Functions Modulation Digital“Uconver

12、.vi”。将“carrierOR 函数的输出。最frequency”输入端连接至适当控件。“reset”输入端应当连接至后，“complex waveform”输入端应当连接至“Modulate QAM.vi”的输出。此外，将 “Waveform”的输出连接至“Upconverted Waveform”波形图。8）接下来，通过 Express Signalysis 添加“Spectral Measurements ExpressVI”。使用默认设置，选择“OK”关闭框。Express VI 现在将出现在该程序框图。为节省空间，右击 Express VI，并选择“View as Icon”以节省

13、程序框图的空间。8将“Signals”输入端与其前面的 VI 的“Waveform”输出连接。接着，将“FFT (RMS)”的输出连接至程序框图的“FFT - (RMS)”波形图。10）通过 All Functions Modulation Digital Visualization“FormatConslation Graph.vi”。将“sles per symbol”、“ autoscale”和“cons lation reference”输入端连接至适当控件。连接“error in”到其前面的 VI 的输出，连接“waveform”输入端至“Modulate QAM.vi”的输出。最后

14、，将输出连接至“Cons lation Plot”波形图。至此，程序框图构建完成，并应当类似下图所示的程序9演示为阐述影响通道带宽的现在将运行该 VI 并调节其各种参数。ysis (FFT)”选项。您将注意到 VI 的默认设置使用 1 GHz 的，1）运行该 VI 并观察“Spectral载波频率和 500 MHz 的码元速率。此外，默认选择“pulse shafilter”作为“RaisedCosine”。作为这些设置的结果，您将看到一个中心频率约为 1 GHz 的相对较宽的通道（1 GHz 带宽）。102）为观察滤波对通道带宽的影响，改变“pulse shafilter”控件为“none”并查看其结果。您将注意到（如下所示），载波信号的时域锐变现在导致了许多更高频率的频率尖刺。可以通过选择“Spectralysis”选项查看这些锐变。3）接下来，重新将滤波器改变为升余弦