celluláris kommunikációs szabvány W-CDMA
Egy rövid megfontolás fő paraméterek WCDMA
3.1 táblázat. A fő paraméterek WCDMA
A többi rész e fejezetben röviden megvizsgálni az általános elvek CDMA működését. A következő fejezetekben, a fent említett szempontokat, amelyek megkülönböztetik a WCDMA szabvány, bemutatásra kerül, és részletesebben ismertetjük. Alapvető CDMA foglalt elvek az irodalomban [1], [2], [3] és [4].
3.1 ábra. Az elosztó a sávszélesség a WCDMA az idő-frekvencia-kódot tér
Tágulás és összehúzódás
Ábra. 3.2 ábra az alap működését a tágulás és összehúzódás DS-CDMA rendszerben spektrumot.
Ábra. 3.2. Tágulás és összehúzódás a DS-CDMA
Itt feltételezzük, hogy a felhasználói adatok egy bitsorozat bináris fázisú billentyűzés (BPSK) jelátviteli sebessége R, ahol a felhasználói adatok bitek értékei ± 1. Működés bővülése ebben a példában - a szorzás minden bit a felhasználói adatok sorozatára 8 bites kódot úgynevezett chips. Feltételezzük, hogy ez vonatkozik a kiterjesztése modulációs eljárással BPSK. Látjuk, hogy az így kapott bővítése az adatot továbbítjuk a 8 és R azonos véletlenszerű (zaj-szerű) formában, mint a szórási kódot. Ebben az esetben azt mondhatjuk, hogy mi használt a tágulási együtthatója egyenlő 8. Ezután a szélessávú jelet vezeték nélkül továbbítja a fogadó végén.
Ha megszorozzuk a tömörítés kibővített felhasználói adat / szekvenciája chips, apránként ugyanazon 8 kódchip hogy használták bővülése során ezeket a biteket. Ábrán látható 3.2 kiindulási bitszekvencia a felhasználó tökéletesen helyreáll, feltéve, hogy mi is kiterjesztették a felhasználó pontos szinkronizációs jelet és egy másolata a spreading kód (tömörítés).
Szorzás jel átviteli sebesség faktorral 8 megfelel a kiterjesztést (faktorral 8) által elfoglalt frekvenciatartomány a fejlett felhasználói adatok jelet. Ennek köszönhetően előnyt CDMA rendszerek gyakran nevezik szórt spektrumú rendszerekben. Compression visszaállítja a sávszélesség arányosan R jelet.
korrelációs vevő működési elve egy CDMA ábrán látható. 3.3. A felső fele a ábra mutatja a vétel a hasznos jel a saját. Amint ábrán látható. 3.2, itt látjuk a tömörítési művelet tökéletesen szinkronizált kódot. Ezután integrálja a korrelációs befogadóval (azaz, hozzáadja) a kapott terméket (kód adatok) minden egyes felhasználó számára bit.
Ábra. 3.3. A működési elve a CDMA korrelációs vevő
Az alsó felében ábra. 3.3 ábra a hatása a préselési művelet, ha kapcsolódik a CDMA jel egy másik felhasználó, amely jelet úgy vélik, hogy már elterjedt különböző szórási kódot. A szorzás eredménye jelinterferenciát saját kódját és az integráció a kapott termékek vezethet, amelyek értéke közel a zavaró jel 0. Amint látható saját jel amplitúdója növekszik átlagos tágulási együtthatója 8 a felhasználó helyzetéhez képest jelamplitúdónak létrehoz egy másik zavaró rendszer, azaz . korrelációs vétel lehet növelni a hasznos jel a tágulási együtthatója, ebben az esetben nyolcszor, összehasonlítva a zavaró jelek jelen a CDMA rendszerben. Ezt a hatást nevezzük „erősítés a jel / zaj arány jelfeldolgozó”, és egy olyan alapvető paraméter minden CDMA rendszerek és általában valamennyi szórt spektrumú rendszerekben. Az erősítés a jel / zaj viszony jelfeldolgozás - ez az, ami a rendszer robusztus ellen CDMA belső zavart, és meg kell, hogy újra a meglévő hordozó egy 5 MHz frekvencián földrajzilag közelről.
Itt egy példa a tényleges WCDMA paramétereket. Beszéd átviteli sebességgel 12,2 kbit / s ad egy feldolgozási nyereség 25 dB = 10 log10 (3,84e6 / 12,2e3). Tömörítés után, szükséges, hogy a jel teljesítménye jellemzően néhány dB-el nagyobb, mint az interferencia teljesítmény és a zaj. A szükséges teljesítmény sűrűség vonatkozásában a zaj teljesítménysűrűség a könyvben nevezik Eb / N0, ahol Eb energia vagy teljesítmény-sűrűség a felhasználói bit és N0 energiasűrűség az interferencia és a zaj. Átviteléhez Eb / N0 beszéd tipikusan a sorrendben 5,0 dB, és a szükséges széles sávú jel-interferencia viszony tehát 5,0 dB mínusz a feldolgozási nyereség = 20,0 dB. Más szóval, a jel teljesítménye lehet 20 dB-lel az interferencia teljesítmény és termikus zaj, és a WCDMA-vevő továbbra is képes fogadni a jelet. a széles sávú jel-interferencia viszony is nevezik a jel / zaj viszony a gyakoriságát a hordozó C / I. Mivel az expanzió és a C / I tömörítést WCDMA alacsonyabb lehet, mint például a GSM. Voice forgalom GSM: C / I = szeptember 12 dB.
Mivel a széles sávú jel alatt lehet a termikus zaj, a nehéz vételi ismerete nélkül a szórási szekvencia. Emiatt a szórt spektrumú rendszer először talált katonai alkalmazások, ahol a szélessávú jel karakter elrejteni állandó termikus zaj.
Figyeljük meg, hogy az adott csatorna sávszélesség (chip rate) lesz nagyobb feldolgozási nyereség az alacsonyabb felhasználói adatok aránya, mint a magasabbak. Különösen, a felhasználó adatátviteli sebessége 2 MHz-es, a feldolgozási nyereség kevesebb, mint 2 (= 3,84Mchip / s. 2 Mbit / s = 1,92, ami megfelel 2,8 dB), és a WCDMA jel robusztusságot képest interferencia nyilvánvalóan veszélybe . WCDMA jellemzőket nagy átviteli sebességet redukálható dyatsya-ben 11.4.
Bázisállomások és mobil állomások WCDMA üzemmód alapvetően ez a fajta összefüggést vevő. Azonban, mivel a többutas terjedés (és esetleg egy több vevőantenna) szükséges használni egy sor megfelelő korrelációs vevőkészülékek energia visszanyerése a sok sugarak és / vagy antennákat. Ilyen egy sor korrelációs vevők úgynevezett „ujjak” ( „kiadások”), ami magában foglalja a koncepció Rake CDMA vevő. Bemutatásra kerül a CDMA Rake-vevő működését. További részletek a következő részben, de azt megelőzően fogunk tenni néhány utolsó megjegyzés a transzformációs kinyúló / ha használják a vezeték nélküli rendszerekben.
Fontos megérteni, hogy maga a bővítés / tömörítés nem nyújt semmilyen javulást a jel vezeték nélküli alkalmazások, sőt, az erősítés a jel / zaj arány a feldolgozást kapott rovására megnövekedett sávszélesség átvitel (szorozva az összeg feldolgozási nyereség) .
Minden előnyeit WCDMA inkább „a hátsó ajtón keresztül” a széles sávú jel minőségét, ha figyelembe vesszük a rendszer szintjén, hanem szinten egyedi rádióállomás:
Az erősítés a jel / zaj arány együtt szélessávú amelyek a jel természetét lehetőségét sugallja teljes frekvencia újrafelhasználás tényező 1 ismétlődés, különböző sejtek egy vezeték nélküli rendszer (azaz, a frekvenciát újra felhasználható minden egyes cellában / szektorban). Ez a tulajdonság lehet használni ahhoz, hogy a nagy spektrális hatékonyság.
Megosztása több felhasználó ugyanazt a szélessávú hordozó való csatlakozás biztosítja sokféleség interferencia, azaz a interferenciát, ha többszörös hozzáférés több felhasználó a rendszer átlagolt, és ez megint vezet a kapacitás növekedésével szemben a rendszerekben, ahol a tervezési kell összpontosítania a legrosszabb zavarást SLE-tea.
Azonban mind a fenti előnyöket igényel kemény hatalom ellenőrzése és hívásátadásos elkerülése érdekében blokkolja jeleit egy másik felhasználóval. teljesítmény szabályozás és hívásátadásos figyelembe kell venni később ebben a fejezetben.
Ha széles sávú jel különböző vezeték nélküli rádiós terjedési út kaphat felbontás nagyobb pontossággal, mint jelek keskenyebb sávszélesség. Ez vezet a nagyobb változatos lehetőséget leküzdésére gyengült, és ezáltal a teljesítmény javítása érdekében.
Többutas és rádióadás Rake
Rádió terjedés földi mobil csatorna jellemzi nagyszámú gondolatok, diffrakciós és csillapítása a jel energia. Az ok minden, ez a természetes akadályokat, például az épületeket, dombok, és így tovább. D. Az eredmény pedig a többutas terjedés. Többutas terjedés vezet két következménye, amit figyelembe kell venni ebben a szakaszban.
jel energiája (kapcsolódó, például egy CDMA jel chip) beléphet a edényke különböző időpontokban. Bejövő energia „cement” egy bizonyos késleltetési profil többutas: lásd például a füge .. 3.4. A késleltetési időt a városi és elővárosi területeken, általában 1-2 ezredmásodperc, bár egyes esetekben dombvidéken megfigyelt késleltetés 20 mikroszekundum elég magas jel energiáját. Az időtartam a chip átviteli sebessége 3,84 Mcps / s egyenlő 0,26 ms. Ha az időkülönbség a többutas összetevők lesz legalább 0,26 ms, a WCDMA vevő tudja választani a többutas összetevők, és összekapcsolják őket koherens többutas. A késés 0,26 ms lehet elérni, ha a különbség a hossza a sugarak lesz legalább 78 m (a fénysebesség. Chip sebesség = 3,0 x 108 ms-1. 3,84 Mchip / s). Ha chip sebesség körülbelül 1 Mchip / s különbség a hossza a sugarak a többutas komponenseket kell mintegy 300 m, ami nem állítható elő a kis sejtek. Ezért könnyen belátható, hogy a WCDMA és egy óra 5 MHz frekvencián tud biztosítani a többutas sokszínűség kis sejtek, lehetetlen az IS-95 rendszer.
Ezen túlmenően, bizonyos értékeket a késleltetés általában több gerendák közel egyenlő hosszúságú, amely kiterjeszti a rádiójeleket. Például, a sugarak egy különbség hossza megegyezik a hullámhossz fele, (2 GHz körülbelül 7 cm) érkezik lényegében egyidejűleg képest sugarakkal útkülönbség 78 m, és amelyek között van egy késleltetés egyenlő a chip időtartama (átviteli sebességgel 3,84 Mcps / s). Ennek eredményeként, a vevőnél, ami mozog még kisebb távolságokra van elnyomása a hasznos jel, említett strymi halványuló. A elnyomása a hasznos jel a legjobban képviseli, mint egy összegzése több súlyozott vektorok kapnak fázistolás (általában modulo hossza rádióhullámok) és csillapítás mentén egy előre meghatározott irányba egy időben.
Ábra. 3.5 ábra egy példakénti nézete gyors fading, a jel által érzékelt energiát szolgáltatott egy adott idő elteltével, ha a vevő mozog. Látjuk, hogy a vett jel erőssége is csökken jelentősen (20-30 dB), ha van egy szakasz reflexiók elnyomása miatt többszörös. Bizonyos geometriai viszonyok hatására a fading és diszperziós jelenségek jel miatti változások gyors fading fordul elő több nagyságrenddel gyakrabban változások az átlagos késleltetési profil többutas terjedés.
Ábra. 3.4. Többutas terjedés eredményez többutas késleltetési profil
Statisztika vonatkozó átlagos jelet vett energia egy rövid periódusban általában jól leírható egy Rayleigh-eloszlás (lásd. Például, [5] és [6]). Ezek az áramellátás ingadozásai miatt gyengült, így a vételi hiba az adatbitek nélkül az esetben nagyon nehéz, ezért a WCDMA kell tenniük a megfelelő ellenintézkedéseket. Ezek az ellenintézkedések leküzdésére úsztatás alább felsorolt.
Szórt energiájú jel késleltetve alakul használata miatt a több Rake csatornák (a korrelációs vevő) hangolt az értékeket a késedelem, amely fogadja a jeleket jelentős energia.
Problémák enyhítésére járó fading jel felhasznált energia gyors teljesítmény-szabályozás és diversity vétel vevő Rake.
Használja hatékony kódoló protokollok és interleavelését növelése az átviteli ismétlés redundancia és idő diverzitás jel, és ezáltal segíti a vevőt behajtásában felhasználói bit kitett gyengült.
Dynamics terjedési okozza a következő működési elvei fogadásakor CDMA jeleket.
Határozza meg az késleltetés jelek jelentős energia- és osztja korreláció vevők, azaz a számukra Azokon az utakon Rake csatornák vannak kialakítva, hogy ezeket a csúcsokat. Rács mérési időtartam megszerzésének késleltetési profil a többutas terjedés van a sorrendben egy chip (jellemzően 0,25 0,5 chip időtartama) egy frissítési sebessége nagyságrendileg tized milliszekundum.
Mindegyik korrelációs vevő szükséges nyomon követni a gyorsan változó fázis és amplitúdó értékeit eredő kicsit gyengült folyamat, és távolítsa el őket. Ez a folyamat nyomon követése legyen nagyon gyors, ha egy frissítés sebessége mintegy 1 ms vagy kevesebb.
Összefoglalva a demodulált és fázis korrigált szimbólumot az összes aktív utak, és azok továbbítására a dekódoló további feldolgozásra.
3.5 ábra. Gyors Rayleigh fading által okozott többutas terjedés
Ábra. 3.6 jelöljük vételi útvonalai a 2. és a 3. a kép modulációs szimbólumokat (BPSK vagy QPSK), valamint a pillanatnyi csatorna állapotot súlyozott komplex vektor. Annak érdekében, hogy a címet úton át 2 WCDMA használ ismert pilot szimbólumokat, mellyel érzékelésére nyayutsya-csatorna és a fogadó csatornaállapot értékelési-adott időpillanatban (súlyozott értéke vektor) egy adott útvonal. A kapott szimbólum forog az ellenkező irányban úgy, hogy megszüntesse a fázisforgást által okozott csatorna. Ilyen csatorna-kompenzált szim-ly ezután egyszerűen hozzáadjuk helyreállítani az energia minden polo zheniyah késéssel. Egy ilyen kezelés is nevezik hozzáadásával egy maximális arányt (MRC).
Ábra. 3.6. Az elv hozzá egy maximális arányt Rake CDMA-vevőkészülék
Az ezekkel az elvekkel összhangban látható. 3.7 ábra egy blokk diagram egy Rake-vevő három utak. Digitalizált mintákat a kapott bemeneti jeleket RF bemeneti szakaszok és képviseletében a ágai a kvadratúra I és Q (azaz, egy komplex szám az aluláteresztő szűrő a vevőegység kimenetén formátum). Code generátorok és a korrelátor végzi a tömörítést és összegzés felhasználói adatok szimbólumok. csatornás készülék pilot szimbólumokat a csatorna becsléséhez állam, amely majd pedig fázistoló, hogy ellensúlyozza a vett szimbólumokat. A késleltetés kompenzálja a különbséget érkezési idejét karakterek minden útját. További Rake kombináló hozzáadja a csatorna-kompenzált jelek, ezáltal többutas sokféleség eszközeként elleni küzdelem fading.
Az is látható, egy illesztett szűrő segítségével lehet meghatározni és frissítése az aktuális késleltetési profilt többutas csatorna. Ez a mért és esetleg átlagolt késleltetési profil a többutas terjedés ezután használjuk hozzáadásával jeleket a Rake-vevő kimeneti útvonalak a legmagasabb csúcsok.
A tipikus megvalósítások, a vevő Rake, feldolgozást hajt végre a chip ráta (korrelátor kód generátor, az illesztett szűrő) hajtunk végre a ASIC (alkalmazás-specifikus integrált áramkörök), míg feldolgozás a szimbólum szinten, (egy csatorna becslő eszköz, egy fázistoló, egy összeadót) felhasználásával vannak megvalósítva DSP (digitális jelfeldolgozó processzor). Bár vannak bizonyos különbségek Rake és a WCDMA vevők a mobil állomás és a bázisállomás, mind a legfontosabb alapelveit itt bemutatott munka, ugyanaz.
Ábra. 3.7 Folyamatábra Rake WCDMA-vevőben
Végül megjegyezzük, hogy a szám a vevőantennák elhelyezésére csak annyi sugárzás kapott egy antenna: egyszerűen használja további Rake utak az antennákat, tudjuk vállalni az összes energia több gerendák és antennák. A Rake-vevő helyzete lényegében nincs különbség a kétféle sokféleséget.