6.6 用于CDMA的调制方式在线视频

那么下面

我们来介绍

3G系统当中

所用到的调制

那么我们知道3G系统

它采用的是CDMA制式

那么我们需要考虑

怎么把扩频和调制组合起来

首先我们先给大家把调制的概念

再做一点扩展的介绍

我们把调制的本质

给大家做一点分析

大家看

通常意义上我们讲调制

也就是同学们

在本科学过的通信语言里面

讲的

调制

很多人的条件反射

一说调制

我觉得成了cos sin

乘个cos sin 它是调制的一个必要

条件

但并不是充要条件

我们举个例子

比如说我们这儿有基带信号

你的带宽是W 就这个基带信号

比方这是s f 现在我们把它

乘上一个载波

乘以载波之后的话

这个信号就从基带搬移到

射频上去了

比如说

有正频率

有负频率

那么中心频率

比如说是fc中心

基频率是负的fc 好

我们观察一下

这是调制以后的信号

我们观察一下

显然

原来的信号

其实带宽是W 而现在我们经过了

载波调制以后

这个信号的带宽发生了变化了

它不再是W 而进行了展宽

变成2W对吧

大家看到

这实际上是信号的频谱

发生了变化

我们把频谱扩展了

这就是调制

因为在载波调制以后

相对于载波调制前信号的频谱

结构

那么它的带宽

就是它的评估结果参数发生了

变化

这就是调制的本质

我们接着举这个例子

假设说

它原来的载频的中心频率

是在fc1

我们再乘上一个载频

把他从低频 就fc1

我们搬到了高频

然后我们把它滤掉一个边带

那么高频的中心频率

比如说fc2

这是负的fc2

我问大家

这是调制吗

那么原来的频谱

它的中心频率fc1

现在我们再乘上一个载频

把它搬到中心

频率搬到fc2

然后把进项的频谱

我们把它滤掉

只保留下一个边带

这种是调制吗

它不是调制

请大家注意

因为我们刚才已经讲过

调制的本质

调制的本质是

必须要在调制后相对于调制前

要改变信号的频谱结构

虽然表面上看起来

你从fc1搬到fc2的时候

这成了一个载波

也进行了频谱的翻译

但是大家发现

Fc2带宽

也是2W fc一对应的带宽

还是2W 这个信号只是

频谱进行了一个搬移

从fc1般的fc2

但是它的频谱的形状

参量

带宽产量

没有发生变化

所以这不能叫调制

只能叫什么呢

我们给他一个专有名词

叫变频

变频

或者说

我们叫混频

假如说我们从低频

变到高频

我们一般称为是上变频

如果说我们是从高频变到低频

我们称它为是下变频

所以乘个载波

不是调制的充要条件

只是它的必要条件

所以请大家理解它的本质

那么调制的本质是什么呢

还是我刚才讲过的

那句话

就必须要在调制之后

看观察调制之后的频谱

还有相对调制前的频谱

频谱特征上发生变化

这才正儿八经是调制

那么如果我们以这样的一个

判定准则为依据的话

我给大家举下面这个例子

我们观察扩频

假设说这是一个基带的信号

是一个窄带的信号

它的带宽就是W 带宽很窄

我们把这样一个窄带信号

乘上一个扩频序列

我们在第三章给大家讲

多指接触的时候

讲过扩兵频的基本概念

成为扩频序列以后的话

那么显然窄带信号呢

就整宽了

就变成了一个宽带信号了

那么我们假设说

扩频序列的周期是N

那么展宽以后的带宽

就变成了N倍的W了

它就不是原来的W 变成N倍的W

也就是原来的窄带信号

变成宽带信号

那么这种方式

这是扩频造成的

我们要是按照调制的本质

来作为参考依据的话

那扩频这种方式

它的本质就是一种调制

它就是一种调制

好

所以从这个意义上来讲

CDMA系统当中的调制

实际上就有两种

一种是扩频调制

另外一种

是我们所谓的载波调制

所以CDMA或者3G系统当中

调制

其实应当是

两级调整

也就是或者二次调制

既要进行扩频调整

也要进行载波调制

所以这就是它们

CDMA系统当中

相对于GSM

或者2G时代的一个特殊点

因为它叫做两极点

两级或者两次调制

下面我们看一看

CDMA系统当中

这种扩频调制它的一些

基本结构和各种变化

最基本的CDMA系统的调制

这样的一个

最简单的单路直扩BPSK

调制

大家看呢

它在调制端

实际上是由两级构成的

第一级就是

也就是说

输入的窄带性和Ut与扩频序列

或者码片序列Ct相乘

这个实际上是扩频调制

那么第二步就是载波调制

然后我们把

扩频以后的宽带信号

与一个载波相除

那么实现了从基带

中频

或者射频的频谱的搬移

那么这就是载波调整

那么通过这样两步的操作

才能够实现的

CDMA系统当中

最基础的

一种信号的处理

那么在收端当然就应当是

发端这种扩频调制

和载波调制逆过程

它要有对称的操作

我们可以看到收端

首先先要进行

载波

解调

我们把接收到的信号

与本地载波相乘

然后做低通滤波

然后把它从射频搬到了基带

那么第二步我们再做

扩频解调

也就是说把基带的信号

与本地的扩频序列相乘

再进行七分

才能恢复出来的

原始的基带信号

这就是直破系统当中

BPSK就直破BPSK的调值

那么它是两级

调制所及连构成的

那么下面我们对于这样的一个

基本调制方式

需要深入分析一下

大家知道 BPSK调制

它的误码率公式

是由信噪比决定的

那么确切点来讲的话

除了信噪比之外

它是由BPSK调制

星座图上

两个信号点之间的

欧式距离来决定的

那也就是说我们衡量

这个BPSK调制

你要看它的比特信噪比

现在我们来考察一下

简单的载波

调制方式的BPSK调制

它的抗噪声能力

我们可以通过理论分析得到

就从原理解释

如果我们把简单的这种载波调制

扩展到CDMA系统当中

变成这种扩频载波调制的话

那么这样的二次调制

或者两级调制的

抗噪声能力或者可靠性

与简单的载波BPSK

调制相比

可靠性是高

还是第一

经过分析

我们先告诉大家结论

那么结论实际上就是

两级调制

等价于一级调制

也就是说

它在抗噪上能力

既没有提高

也没有减弱

扩频调制和载波调制的级别

所构成的两极调制的可靠性

与简单的一级载波

调制的可靠性是一样的

它既不高也不低

原因是什么

我们书上有详细的推导

请大家自己详细看

我们不讲具体的推导

因为推导比较简单

我们略过了

我们直接从概念上来

给大家讲这个原因

原因是什么

请大家注意

现在的这种扩频调制系统

我们都分析的是白噪声行道

在白噪声信道当中

你进行扩频

实际上是不能够对抗噪声的

为什么

因为扩频的方式

它是靠把信号的

频谱扩展

扩频

实际上这个名词是有一点歧义的

并不是把频率扩展了

实际上是我们把信号的频谱扩展

实际上是扩谱是它的本质

那么它把谱扩展了以后

如果说在多进信道

或者说有窄带干扰的信道当中

传输的话

每一个脉冲或者窄带干扰

它只能干扰宽带

频谱当中的

某一些小分量

大多数的信号分量是不受干扰的

那么在接收端

我们采用专用的技术

可以把分散的很宽带的

很宽频带的信号

你都能够收集回来

那就能够有效的对抗

窄带了

因此扩频技术

它可以比较有效的对抗的是

脉冲式干扰

或者是窄带干扰

但是现在

在基信道当中

我的扩展之后的频谱的带宽

不管怎么扩

它也不可能比白噪声的带宽

还宽

这是不可能的

因为我们知道

白造声的带宽

应当是无穷大

所以你不管怎么扩 也扩不过去

因此的话

对于这样的白噪声

是宽带造成的

那么扩频调制

它是没有什么

对抗白噪声的好处的

它没有抗噪的好处

因此从定性的概念上来理解

二次调制

和载波的一次调制

性能是一样的

要进一步会降低可靠性

也不会提升可靠性

理论上讲

这样的两种调制方式

它的抗噪声能力就是一致的

并且这个结论

不仅只适用于

直扩BPSK调制

那么你所有的这种

扩频和载波调制的组合

都适用

也就是说扩频

并不能够在白噪声信道当中

带来抗噪声

能力的额外提升

或者如果我们把这句话简述一下

扩频

不抗

白噪声

就有它的本质

后面呢再给大家看一下

IS95

还有3G CDMA制式当中

所普遍采用的一些扩频和调制的

这个组合形式

我们先看

IS95系统当中的扩频调制

这种扩频调制

我们称为是平衡4项扩频调制

那么它的一路输入

它采用的是QPSK调制

也就是正交调制

要分解为I路Q路 每一路都

要乘以相应的扩频序列

然后再进行载波调制

最后再进行叠加

所以他每I路Q路都要是一个两次

调制的基点

但请大家注意这样的一种调制

它的频谱利用率

并不能够达到了

两比特每秒每赫兹

实际上它只能达到二进制的

一比特每秒每赫兹的频带利用率

为什么

因为它的I路Q路

它不是串并变换得到的

实际上是一路变两路

复制就拷贝得到的

所以它的这两路的信号

IQ2路信号是一样的

所以我们就称它为平衡4项

扩频调制

好

那么它的解条件也比较简单

这解调器其实也是

分为两部分构成的

前一级是载波解调

采用正交解调的方式

后一级是扩频解调

那么采用相关性积分的方式

我们就在细说

我们再看它的抗噪声能力

那当然和BPSK

抗噪能力是一样的

好

我们不再介绍了

我们再看一下

3G系统当中

所采用的这种扩频调制

那么在WCDMA系统当中的

扩频调制

我们称为是复4相扩频调制

简称叫CQPSK这种调制

请大家注意

和前面的 IS95

和CDMA2000当中的平衡

四相扩频调制不一样

那么这个调制

它实际上是有交叉链路

大家看这里面

除了I路和I路之外

I路Q路有交叉

Q路和I路也有交叉

它是一个叠形的结构

为什么是这样

因为为我们在WCDMA系统

当中

是真正采用了

四进制调制

CQPSK调制

也就是说这一路数据

要经过串并变换

真的变成IQ两路数据

这I路和Q路的数据是不一样的

虽然从调制方式上来看

QPSK比BPSK

也就是说

复调制比平衡调制

平衡调制是BPSK 实际上

整个二进制调制

它的频带利用率能高了一倍

但是它会带来工程上另外的问题

因为 IQ数据不一致

IQ的数据如果不一致的话

有可能导致

我们直接

把I路进行扩频

Q路扩频 I路调制Q路调制

然后再叠加的话

那就有可能

IQ两路的信号的

动态范围不一样

有可能导致 IQ不平衡

我们在中射频上

采用模拟调制的时候

就由于IQ不平衡

会有非线性的激变

或者是导致的信号的损伤

考虑到 IQ要平衡的需求

我们就得想办法

把 IQ的数据

要把它搞平衡了

但是又不想降低频带利用率

所以在WCDMA系统当中

就不是简单的I扩频调制

Q扩频调制

而需要采用这种复的扩频调制

我们这儿给个公式大家看

假设说I的数据是DI Q路的

数据是DQ 我们可以把这个数据

写成是复数形式

DI加上JDQ DI是

它的实部

DQ是它的虚部

这就是

这个数据信号的

或者基带信号的复数

然后我们把它乘以扩频序列

我们假设扩频序列

是复的 要进行复扩频

所以就称为CIT

加上 JCQT 对吧

CIT是它的

实部的扩频序列

CQT是它的虚部的扩频序列

那么这样扩频序列

既有实部

也有虚部

那就构成了一个复扩频序列了

大家看这是一个复数

乘上一个复数

两个复数相乘

必然有4次实数乘法

还有两次加法

对吧

所以其实我们把它展开

就会出现是DI

乘CI

减掉 DQ乘上的CQ 这就是两个

复数相乘之后的实部

然后再加上J 那么虚部就应当

是DI乘CQ加上D

Q乘上CI这就是虚部

好

我们看实部

实部是I路的数据

乘以I路的扩频

序列Q路的数据

乘上Q路的扩频序列

然后相减

所以大家看

实际上就是上面这个水平的之路

还有Q路过来的

交叉支路

这两路大家注意这是相减的

我们就得到了最终的实部信号

那么类似的

DI乘CQ那么实际上

I路输出

到Q路的交叉链路

DQ乘CI下面水平之路

那么这个支路 这两路实际上应当是

求和

这就是虚部的信号

那么我们观察

这实部和虚部上来看

这个实部也是既含有I也含有Q

虚部也是既含有I路的数据

也含有Q路的数据

所以实部和虚部的数据

实际上是一致的

也就是说

这两组数据达到了平衡

然后再进行载波调制

所以采用这样的形式以后

我们就能够实现

I路和Q路的平衡

所以这就是复四相扩频

调整它的一个基本原理

像这样的一个复扩频调制的方式

是WCDMA当中普遍所采用

那么这种调制方式

它的解调相对要稍微复杂一些

大家看这张照片里面

给出来的就是

它的解调器的框图

那么也是分成两部分

前一部分是正交解调

有I路Q路

分别进行载波解调

但后一部分我们进行扩频解调

扩频的解调

实际上就是解扩

就相关技能

它不止两路

而变成了4路

除了上下之路

这两个相关体制外

它交叉链路也要进行

相关

所以它的结构要略微复杂一些

但是它带来的好处就是

能够有效的避免了

IQ不平衡问题

那么可以证明

这样的一种复扩频调制

它的抗噪声能力

和QPSK的抗噪能力

也是一样的

那么最后我们再来做一点比较

IS95的上行电路

它还引入了一种调制

也是为了进行信号峰频比控制的

我们称为是OQPSK 这个O的

意思指的是offset

就所谓偏移

相位的

QPSK 那么采用

OQPSPK之后

也能够控制的信号的动态范围

把这个峰频比

能够做一部分的控制

从而能够适应手机端低成本

高非线性度的

功放

手机功放的非线性要求

好

我们看一下

OQPSK的基本的

结构

OQPSK它其实是在QPSK

的基础上

Q路相对于I路

做了一个相位的偏移

也就是说它偏移了

整个半个周期

然后再叠加

我们可以看到波形

来给大家说明

大家看照片上给的示意

基带的信号

这是一个二进制序列

对于QPSK调制来讲的话

我们需要把基带的比特波形的

把它转成符号模型

也就是奇数位和偶数位

我们要做一个串并变换

分别变为一路 I信道

I路数据而言

是不变的

QPSK

OQPSK是一致的

但对于QPSK而言

IQ实际上是

同时产生的

而对于OQPSK

大家注意

它的Q路的信号

与绝对移项的QPSK相比

要往后延迟上

半个符号周期

或者是一个比特周期

所以它就有一个相位的差异

或者相位的偏移

采用这种方法以后的话

那么OQPSK的

信号的峰频比

就会变得比QPSK低

因为它的相路跳变受到了控制

那么除掉OQPSK

之外

还有一类调整

这是在CDMA2000里面

采用的

那么它的基本思路

和WCDMA当中的复四相

扩频调制一致的

只不过换了个名叫

CQPSK那么 C的意思指的

是

复数的扩频的意思

那么在 CDMA2000当中

它的这种方式

后来进一步定名

就叫做是HPSK

混合移项键控调制

那么它的核心结构

实际上还是采用

复扰码 复扩频的形式

大家看这就是一个复数扩频

加扰的形式

我们可以把这几种调制方式的

峰频比

我们做一些比较

大家看胶片给的表里面有4种

调制

那么最基本的调制

是这种平衡四相

QPSK调制

那么这种调制

它看起来是四进制调制

但实际上

它是二进制调制

所以它的频带利用率

只能达到一倍

就一倍的频带利用率

那么它的峰频比是5.6db

是比较高的

那么如果我们采用

OQPSK 那IQ两路

可以有产生一部分的相位偏移

那就可以有效的控制

它的峰频比

它就从5.6db

降到了5.1db

就降了0.5个db

如果我们再采用复四相扩频调制

或者我们采用 HPSK

就是混合这种键控调制的话

那么它的频带利用率

要相对于前面的OQPSK或者

QPSK要增加一倍

就变成两倍的

这个频带利用率

但是它的峰频比

还比原来更有更显著地降低

相对于OQPSK可以降低一个db

相对于标准的平衡四相扩频调制

可以降低1.5个db

所以从这个意义上讲

我们在3G系统当中

所采用的 HPSK或者是

复四相扩频调制

都能够既提高它的频带利用率

又提高有效性

同时它还能够

是便于工程实现降低

峰频比

所以在这是比较好的一些调制

方式