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1、第2讲物理层过程及其相关技术2022/9/222022/9/221 1本讲稿第一页，共三十六页上讲内容u FDMA、TDMA、CDMA容量u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uCDMA是一个干扰受限系统，抑制干扰即提高容量2022/9/222022/9/222 2本讲稿第二页，共三十六页2022/9/222022/9/223 3本讲稿第三页，共三十六页本讲内容l l无线通信系统中的通信建立过程l l建立和维持通信链路所需的相关技术l l3G系统的有关物理信道2022/9/222022/9/224 4本讲稿第四页，共三十六页调谐到CDMA载波CDMA R
2、F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在CDMACDMA系统中获取业务信道系统中获取业务信道2022/9/222022/9/225 5本讲稿第五页，共三十六页主要接收技术l l模数数模转换l lAGCAGC（自动增益控制）（自动增益控制）l l无符号间干扰的传输滤波器设计无符号间干扰的传输滤波器设计l l信号（序列）检测l lAFCAFC（自动频率控制）（自动频率控制）l l
3、信道估计信道均衡信道估计信道均衡l l（基带）调制解调（基带）调制解调l l其它（交织信道编、解码多天线等）其它（交织信道编、解码多天线等）2022/9/222022/9/226 6本讲稿第六页，共三十六页有关的检测与估计理论l l检测（同步）检测（同步）l l噪声中确知信号的检测噪声中确知信号的检测l l噪声中具有未知参数的信号检测噪声中具有未知参数的信号检测l l噪声中随机信号检测噪声中随机信号检测l l参数估计（参数估计（AGCAGC、AFCAFC、信道测量、信道测量、SNRSNR估计）估计）l l噪声中确知信号的（参数）估计噪声中确知信号的（参数）估计l l噪声中具有未知参数的信号（参
4、数）估计噪声中具有未知参数的信号（参数）估计l l噪声中随机信号的（参数）估计噪声中随机信号的（参数）估计l l调制解调调制解调l l噪声中确知信号的（参数）估计噪声中确知信号的（参数）估计l l噪声中具有未知参数的信号（参数）估计噪声中具有未知参数的信号（参数）估计l l噪声中随机信号的（参数）估计噪声中随机信号的（参数）估计2022/9/222022/9/227 7本讲稿第七页，共三十六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
5、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2022/9/222022/9/228 8本讲稿第八页，共三十六页信号检测源概率转移机构观测空间H1H0判决规则判决源+1-1rn2022/9/222022/9/229 9本讲稿第九页，共三十六页二元检测l l判决准则判决准则l l贝叶斯准则（最小风险）l l似然比似然比l l充分统计量l lNeymanPearson准则（恒虚警）l l接收机工作特性（接收机工作特性（ROCROC）l l简单二元检测和一般二元检测简单二元检测和一般二元检测2022/9/222022/9/221010本讲稿第十页，共
6、三十六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2022/9/222022/9/221111本讲稿第十一页，共三十六页一般二元和M元检测器积分器选择最大s1(t)r(t)积分器sM(t)2022/9/222022/9/221212本讲稿第十二页，共三十六页反向接入l l用途：l l传输信令，如开机注册、位置更新、对呼叫初始化传输信令，如开机注册、位置更新、对呼叫初始化l l传送低速率分组业务传送低速率分组业务l l需要的物理信道需要的物理信道l l上行上行PRACHPRACHl l下行下行AICHAICHl l方法方法l l前导接
7、入基于时隙前导接入基于时隙ALOHAALOHA，采用相关、，采用相关、FHTFHT等处理方式；等处理方式；采用开环功控采用开环功控l l消息部分采用消息部分采用RAKERAKE接收机，无功控接收机，无功控l l优点：快速，相对较短负荷时间优点：快速，相对较短负荷时间l l缺点：更复杂的方法缺点：更复杂的方法2022/9/222022/9/221313本讲稿第十三页，共三十六页反向接入l l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）2022/9/222022/9/221414本讲稿第十四页，共三十六页PRACH前缀和定时l lC Csig,sig,s s(i i)=)=P
8、Ps s(i(i modulo 16modulo 16),i),i=0,1,4095.=0,1,4095.l lS Sr-pre,nr-pre,n(i i)=c)=clong,1,nlong,1,n(i i),),i i=0,1,4095;=0,1,4095;l lC Cpre,n,spre,n,s(k)=S(k)=Sr-pre,nr-pre,n(k)(k)C Csig,ssig,s(k)(k),k=0,1,4095;,k=0,1,4095;2022/9/222022/9/221515本讲稿第十五页，共三十六页前缀捕获方案（串行或并行）l l匹配滤波或相关l l捕获及确认2022/9/2220
9、22/9/221616本讲稿第十六页，共三十六页标准的性能要求l l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为达到 Pd Pd 0.99 0.99时时需要的需要的Ec/N0 Ec/N0 为达到为达到 Pd Pd 0.999 0.999时时需要的需要的Ec/N0 Ec/N0 静止信道静止信道-20.5dB-20.5dB-20.1 dB-20.1 dBCase3Case3信道信道 -15.5 dB-15.5 dB-13.4 dB-13.4 dB 2022/9/222022/9/221717本讲稿第十七页，共三十六页不同积分长度的捕获器检测性能 2022/9/222
10、022/9/221818本讲稿第十八页，共三十六页有频偏时性能l l晶振频偏在晶振频偏在400Hz400Hz以下时，性能减少的很小，在以下时，性能减少的很小，在0.3dB0.3dB以内，仍然达到标准上的性能要以内，仍然达到标准上的性能要求求l l随着晶振频偏的增大，性能损失也越来越大，随着晶振频偏的增大，性能损失也越来越大，l l当晶振频偏为当晶振频偏为1200Hz1200Hz时，性能损失达到了时，性能损失达到了1.5dB1.5dB左右左右 2022/9/222022/9/221919本讲稿第十九页，共三十六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2022/9/222022/9
11、/222020本讲稿第二十页，共三十六页参数估计l l随机参数估计l l贝叶斯估计l l最小均方误差估计l lMAPl l非随机参数估计l l最小均方误差估计l l极大似然估计l l克拉美罗界2022/9/222022/9/222121本讲稿第二十一页，共三十六页AFC（1）2022/9/222022/9/222222本讲稿第二十二页，共三十六页AFC（2）2022/9/222022/9/222323本讲稿第二十三页，共三十六页扩频和调制（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_i Gold_qI_+Baseband FilterBaseba
12、nd Filter+Qcos(2fc t)-sin(2fc t)+Complex MultiplierOVSFQPSK脉冲成形信息/控制比特2022/9/222022/9/222424本讲稿第二十四页，共三十六页扩频和调制（上行）Gold_i Gold_qI_+Baseband FilterBaseband Filter+Qcos(2fc t)-sin(2fc t)+Complex MultiplierCQM（复四相调制）QPSK脉冲成形IinQin OVSF_i OVSF_qcd控制比特信息比特2022/9/222022/9/222525本讲稿第二十五页，共三十六页扩频和调制（上行）星座图复
13、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2022/9/222022/9/222626本讲稿第二十六页，共三十六页上、下行链路调制方式的异同点（1）l l上行链路上行链路I/QI/Q支路采用不同的支路采用不同的OVSFOVSF码码l l在检测出在检测出DPCCHDPCCH进行信道估计之前区分进行信道估计之前区分I/QI/Q支路支路l l上行链路也不存在上行链路也不存在OVSFOVSF码资源限制问题码资源限制问题l l下行链路I/Q支路采用相同的OVSF码，原因在于l l节约了节约了OVSFOVSF码资源码资源l l可以用一直存在的连续导频进行信道估计可以用一直存在的连续导
14、频进行信道估计l l为确保来自终端传输的听觉干扰最小，上行链路调制为确保来自终端传输的听觉干扰最小，上行链路调制采用采用I-QI-Q支路支路/码复用方式码复用方式l l下行链路中持续存在公共信道，不存在音频干扰问题下行链路中持续存在公共信道，不存在音频干扰问题2022/9/222022/9/222727本讲稿第二十七页，共三十六页上、下行链路调制方式的异同点（2）l l由于采用了由于采用了I-QI-Q支路支路/码复用方式，上行链路码复用方式，上行链路I/QI/Q支路的功率支路的功率不同，为减小包络起伏（与不同，为减小包络起伏（与QPSKQPSK相同）采用了复扰码扩频；相同）采用了复扰码扩频；l
15、 l而下行链路而下行链路I/QI/Q支路功率相等，所以扰码操作不会造成信号支路功率相等，所以扰码操作不会造成信号包络起伏包络起伏l l基站对通话时间不敏感不必考虑单码传输PAR的优化问题；l l复扰码复扰码扩频扩频保证了一个符号周期内的保证了一个符号周期内的两个连续码片的旋的旋转量限制在转量限制在9090之内；只有在之内；只有在两个连续符号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，终端放大器效率得到提高，从而保证了通话时间而保证了通话时间2022/9/222022/9/222828本讲稿第二十八页，共三十六页16Q
16、AM的解调（1）加CRCBIT加扰Turbo编码交织QAM映射扩频调制2022/9/222022/9/222929本讲稿第二十九页，共三十六页16QAM的解调（2）i1q1i2q2I branchQ branch00000.44720.447200010.44721.341600101.34160.447200111.34161.341601000.4472-0.447201010.4472-1.341601101.3416-0.447201111.3416-1.34161000-0.44720.44721001-0.44721.34161010-1.34160.44721011-1.3416
17、1.34161100-0.4472-0.44721101-0.4472-1.34161110-1.3416-0.44721111-1.3416-1.34162022/9/222022/9/223030本讲稿第三十页，共三十六页16QAM的解调（3）l l见“16QAM软输出.doc”2022/9/222022/9/223131本讲稿第三十一页，共三十六页3G系统物理层过程l l小区搜索l l反向接入l l寻呼l l测量l l开环/闭环功控2022/9/222022/9/223232本讲稿第三十二页，共三十六页3G系统物理信道l l上行上行/反向链路信道反向链路信道l l反向接入反向接入l l反
18、向数据反向数据l l下行前向链路信道下行前向链路信道l l同步同步 l l连续导频连续导频l l广播广播l l寻呼寻呼/前向接入前向接入l l数据信道语音信道数据信道语音信道2022/9/222022/9/223333本讲稿第三十三页，共三十六页例子：WCDMA物理信道l l上行链路（上行链路（uplinkuplink）信道）信道l lPRACHPRACHl lDPCHDPCH（DPDCH/DPCCHDPDCH/DPCCH码分复用）码分复用）l l下行链路（downlink）信道l lSCH SCH l lCPICHCPICHl lP-CCCPHP-CCCPHl lS-CCPCHS-CCPCHl lAICHAICHl lDPCHDPCH（DPDCHDPDCH、DPCCHDPCCH时分复用）时分复用）2022/9/222022/9/223434本讲稿第三十四页，共三十六页基带处理以外的技术OCSPll1pll2OCPWCDMA(30.6mm2)WDSP(15mm2)CPU(4.84mm2)2022/9/222022/9/223535本讲稿第三十五页，共三十六页参考资料l lVan.Trees，检测、估计和调制理论 l l第一卷，检测、估计和线性调制理论2022/9/222022/9/223636本讲稿第三十六页，共三十六页