物理层过程及其相关技术(与“信道”有关的文档共38张)

第2讲物理层过程及其相关技术2022/11/281第一页，共38页。上讲内容

FDMA、TDMA、CDMA容量由于FDMA和TDMA是尺度受限系统，所以新技术（信道编码）很难用于提高容量CDMA是一个干扰受限系统，抑制干扰即提高容量2022/11/282第二页，共38页。2022/11/283第三页，共38页。本讲内容无线通信系统中的通信建立过程建立和维持通信链路所需的相关技术3G系统的有关物理信道2022/11/284第四页，共38页。调谐到CDMA载波CDMARF载波选择移动台获取导频信道和同步信道移动台获取寻呼信道并且对消息进行监控移动台通过反向接入信道发送信息；基站通过寻呼信道发送信息在下行和上行专用信道上进行语音和数据通信。相关的控制信息：—传输格式—功控比特系统初始化状态系统空闲状态系统接入状态业务信道状态在CDMA系统中获取业务信道2022/11/285第五页，共38页。主要接收技术模数／数模转换AGC（自动增益控制）无符号间干扰的传输／滤波器设计信号（序列）检测AFC（自动频率控制）信道估计／信道均衡（基带）调制解调其它（交织／信道编、解码／多天线等）2022/11/286第六页，共38页。有关的检测与估计理论检测（同步）噪声中确知信号的检测噪声中具有未知参数的信号检测噪声中随机信号检测参数估计（AGC、AFC、信道测量、SNR估计）噪声中确知信号的（参数）估计噪声中具有未知参数的信号（参数）估计噪声中随机信号的（参数）估计调制／解调噪声中确知信号的（参数）估计噪声中具有未知参数的信号（参数）估计噪声中随机信号的（参数）估计2022/11/287第七页，共38页。通信系统中的例子检测参数估计调制噪声中的已知信号同步数字通信（有衰减无畸变）调幅、调频和具有相位同步的调相系统调幅、调频和调相系统、最佳滤波噪声中的未知参数信号慢衰落信道上的数字通信具有未知振幅或未知相位无相位同步的通信噪声中的随机信号多径衰落信道多径衰落信道的参数估计（双扩展）多径衰落信道下的通信2022/11/288第八页，共38页。信号检测源概率转移机构观测空间H1H0判决规则判决源+1-1rn2022/11/289第九页，共38页。二元检测判决准则贝叶斯准则（最小风险）似然比充分统计量Neyman－Pearson准则（恒虚警）接收机工作特性（ROC）简单二元检测和一般二元检测2022/11/2810第十页，共38页。简单二元检测滤波器h(t)＝s(T-t)门限比较r(t)积分器门限比较s(t)r(t)相关接收机匹配滤波器2022/11/2811第十一页，共38页。一般二元和M元检测器积分器选择最大s1(t)r(t)积分器sM(t)2022/11/2812第十二页，共38页。反向接入用途：传输信令，如开机注册、位置更新、对呼叫初始化传送低速率分组业务需要的物理信道上行PRACH下行AICH方法前导接入基于时隙ALOHA，采用相关、FHT等处理方式；采用开环功控消息部分采用RAKE接收机，无功控优点：快速，相对较短负荷时间缺点：更复杂的方法2022/11/2813第十三页，共38页。反向接入前缀捕获基于NP准则（在一定误捕概率的前提下，提高正确检测概率）2022/11/2814第十四页，共38页。PRACH前缀和定时Csig,s(i)=Ps(imodulo16),i=0,1,…,4095.Sr-pre,n(i)=clong,1,n(i),i=0,1,…,4095;Cpre,n,s(k)=Sr-pre,n(k)Csig,s(k),k=0,1,…,4095;2022/11/2815第十五页，共38页。前缀捕获方案（串行或并行）匹配滤波或相关捕获及确认2022/11/2816第十六页，共38页。标准的性能要求在虚警概率恒定为0.001的前提下，接收机需要达到的检测概率性能如表为达到Pd0.99时需要的Ec/N0为达到Pd0.999时需要的Ec/N0静止信道-20.5dB-20.1dBCase3信道-15.5dB-13.4dB2022/11/2817第十七页，共38页。不同积分长度的捕获器检测性能2022/11/2818第十八页，共38页。有频偏时性能晶振频偏在400Hz以下时，性能减少的很小，在0.3dB以内，仍然达到标准上的性能要求随着晶振频偏的增大，性能损失也越来越大，当晶振频偏为1200Hz时，性能损失达到了1.5dB左右2022/11/2819第十九页，共38页。估计理论映射到观测空间的概率观测空间R估计规则参数空间2022/11/2820第二十页，共38页。参数估计随机参数估计贝叶斯估计最小均方误差估计MAP非随机参数估计最小均方误差估计极大似然估计克拉美－罗界2022/11/2821第二十一页，共38页。AFC（1）2022/11/2822第二十二页，共38页。AFC（2）2022/11/2823第二十三页，共38页。扩频和调制（下行）CQM（复四相调制）与BPSK相比，误码性能相同；频谱效率高一倍串并转换×××××××∑∑∑●●

Gold_iGold_q●●I_++BasebandFilterBasebandFilter+Qcos(2πfct)-sin(2πfct)++ComplexMultiplierOVSFQPSK脉冲成形×信息/控制比特2022/11/2824第二十四页，共38页。扩频和调制（上行）××××××∑∑∑●●

Gold_iGold_q●●I_++BasebandFilterBasebandFilter+Qcos(2πfct)-sin(2πfct)++ComplexMultiplierCQM（复四相调制）QPSK脉冲成形××IinQin

OVSF_i

OVSF_q××βcβd控制比特信息比特2022/11/2825第二十五页，共38页。扩频和调制（上行）星座图复扰码之前的I-Q/码复用信号星座图复扰码I-Q/码复用信号星座图2022/11/2826第二十六页，共38页。上、下行链路调制方式的异同点（1）上行链路I/Q支路采用不同的OVSF码在检测出DPCCH进行信道估计之前区分I/Q支路上行链路也不存在OVSF码资源限制问题下行链路I/Q支路采用相同的OVSF码，原因在于节约了OVSF码资源可以用一直存在的连续导频进行信道估计为确保来自终端传输的听觉干扰最小，上行链路调制采用I-Q支路/码复用方式下行链路中持续存在公共信道，不存在音频干扰问题2022/11/2827第二十七页，共38页。上、下行链路调制方式的异同点（2）由于采用了I-Q支路/码复用方式，上行链路I/Q支路的功率不同，为减小包络起伏（与QPSK相同）采用了复扰码扩频；而下行链路I/Q支路功率相等，所以扰码操作不会造成信号包络起伏基站对通话时间不敏感不必考虑单码传输PAR的优化问题；复扰码扩频保证了一个符号周期内的两个连续码片的旋转量限制在±90°之内；只有在两个连续符号之间才会出现完全的180°旋转，从而进一步减少了普通QPSK传输时的发送信号PAR，终端放大器效率得到提高，从而保证了通话时间2022/11/2828第二十八页，共38页。16QAM的解调（1）加CRCBIT加扰Turbo编码交织QAM映射扩频调制2022/11/2829第二十九页，共38页。16QAM的解调（2）i1q1i2q2IbranchQbranch00000.44720.447200010.44721.341600101.34160.447200111.34161.341601000.4472-0.447201010.4472-1.341601101.3416-0.447201111.3416-1.34161000-0.44720.44721001-0.44721.34161010-1.34160.44721011-1.34161.34161100-0.4472-0.44721101-0.4472-1.34161110-1.3416-0.44721111-1.3416-1.34162022/11/2830第三十页，共38页。16QAM的解调（3）见“16QAM软输出.doc”2022/11/2831第三十一页，共38页。3G系统物理层过程小区搜索反向接入寻呼测量开环/闭环功控2022/11/2832第三十二页，共38页。3G系统物理信道上行/反向链路信道反向接入反向数据下行／前向链路信道同步连续导频广播寻呼/前向接入数据信道／语音信道2022/11/2833第三十三页，共38页。例子：WCDMA物理信道上行链路（uplink）信道PRACHDPCH（DPDCH/DPCCH码分复用）下行链路（downlink）信道SCHCPICHP-CCCPHS-CCPCHAICHDPCH（DPDCH、DPCCH时分复用）2022/11/2834第三十四页，共38页。基带