本文介绍了第三代(WCDMA)和第四代(OFDM)手机调制方案及其关键传输特性,以及用于传输部件和组件开发/生产测试的测试放大器所需功能涉及的基本概念。
本文中所有例证均选取移动电话系统下行链路(基站到移动电话)进行测试。
WCDMA
WCDMA(宽带码多分址)是第三代(3G)移动电话网络UMTS的定义空中接口。采用直接序列扩频(DSSS),将“伪噪声”扩频码与用户信号结合,通过带宽传输用户信号。将不同代码分配给不同用户,通过同一带宽实现多种信号同时传输。由于信号分配代码相同,接收端可还原(解扩)复合宽带信号中的特定信号。还原过程中,宽带中所有其它扩展信号均表现为噪声。
DSSS数据传输
通过DSSS,用户基线数据由众多扩频码的其中之一调制。此类代码也称为“信道化码”,每一个代码是一个高速率(3.84兆位/秒)、循环重复的伪随机二进制序列,可“碎化”基线数据,达到3.84MHz的带宽。
图1(a)展示了数据传输与数据还原时的波形,此处–1=逻辑0,+1=逻辑1。前三个曲线表示传输过程。曲线1表示用户基线数据,曲线2表示分配给每一用户位的8位扩频码,曲线3表示曲线2在曲线1处“碎化”后得到的扩展信号。曲线3表示传送的信号。
图1(a) 通过扩频码1传送用户数据,接收端用相同代码产生交叉关联时还原(标记为解扩码1)
接收端利用相同的扩解码(曲线4)结合传送信号来恢复信道数据,由此标记为“解扩码1”。曲线5表示恢复后的用户数据。这一过程即为“解扩”,在数学上与解扩码构成传送扩频码交叉关联。交叉关联在第3页“正交性”部分作出了阐述,但概括起来,即使扩频码与解扩码增加异或非门功能。
图1(b)表示将传送的扩展信号与不同的扩解码结合后的结果。前三个跟踪曲线表示与图1(a)相同的传送过程。不同的是,接收端用标记为“解扩码2”的另一解扩码时,数据未恢复(曲线4与5)。
图1(b) 通过扩频码1传送用户数据,接收端用解扩码2产生交叉关联时不恢复
正交性
WCDMA采用正交可变扩频因子(OVSF)码,实现多信道同时传输,并保证信道数据速率灵活性。所有的OVSF扩频码都是“特别的”,相互正交的,即彼此可在3.84MHz传输频带共存,无交叉干扰。
为实现正交性,各代码需具备以下属性:
• 任意两种代码交叉关联=0
• 自相关性除以每个数据位的码片位数量=1
• 必须拥有与-1和1同等数量的代码
按照这些规则,我们将检验扩频码1和2作为示例。
按照规则逐条验证:
(1)交叉关联=0
两个数字序列的交叉关联性是二者相似度的尺度。R(A.B)表示为序列位的乘积之和。
假设A为图1(a)中的扩频码1,B为图1(b)中的扩解码2,如下所示:
A={-1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, 1}
B={1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1}
R(A.B)={(-1x1)+(1x –1)+(1x1)+(-1x1)+(1x1)+(-1x–1)+(-1x1)+(1x–1)}={0}
如前文所示,利用异或非门,即可在门级轻易实现交叉关联的函数。
(2)自相关性÷每数据位的码片位数量=1
自相关本质上即是序列的交叉关联函数。
R(A.A)={(-1x-1)+(1x1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(-1x-1)+(1x1)}={8}
R(B.B)={(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)}={8}
这两种扩频码每数据位均有8位码片位,其中每数据位的码片位被称为扩频因子(SF)。因此自相关除以SF=1。
(3)拥有同等数量的-1与1
最后,扩频码1与扩频码2拥有相同数量的-1与1,因此这两种代码满足第三种正交条件。
需要注意的是,遵守规则即可产生伪随机码,因其类似噪声被称为伪噪声(PN)。
可变扩频因子
如上所示,扩频码1与扩频码2均含8位扩频因子。下行链路扩频因子取值在4至512之间。在低扩频因子既定的条件下,当用户要求数据传输更快时,系统可分配用户不同的数据传输速率及不同的扩频因子。这正是正交可变扩频因子“可变”由来。注意3.84兆位/秒的码片速率是恒定的,因此相对于可变SF来说,分配给用户基带的数据速率是不同的。
直接序列码扩频后附加了扰码。扰码可帮助移动电话识别正在联系的基站。