论文研究-WCDMA下行链路正交因子分析建模 .pdf

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WCDMA下行链路正交因子分析建模,袁飞,杨大成,现有的以码分多址为核心技术的蜂窝移动通信系统中,在下行链路上发射的原本正交的同步信号在多径效应的作用下,其信号间的正交性
山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 串并 信道化码 转换 扰码 图1 WCDMA发射机结构(引用白[2] 下行链路信号的基带衣示: ()=∑ (5) 其中,K+1是本小区下行用户总数,()∈{1士}是第k(0≤≤)个用户的 QPSK符号浣,(Y()是第k个用户的信道化码与复扰码的复数级联码。()()可表示如 )=∑(w(-) 其中 (()∈{1±)是用户k的级联序列的第i个码片,()表示码片的成形脉 冲。对于 WCDMA系统,W()采用滚降因子为0.22的RRC脉冲。 信道模型 用户讠的无线信道的冲激响应模型,统一表示如下,采用[3]中推荐的6种信道: ()=√∑a(6(-r 其中 ()=a( 是复时变路径增益,是可分辩径数量,τ是第1条路径 的时延。在 WCDMA标准[3]中,所指定的各种信道冲激响应由一些给定数量的路径组成, 第i条路径的平均功率是 [ao ,相对时延是。此外,每一径信道都是只有 Doppler 频谱的 Rayleigh信道 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 接收机 ∫((-5)"(=z) (y(-x)()(-x) 图2Rake接收机结构(引用自[4]) 接收机输入信号如下 ()=√∑α()(-r)+() r(t ∑∑Y2("(-x)(x 8 注意,所有下行链路用户的多径信道增益及时延是相同的。对于用户i,接收机输岀端 用于估计第P个符号的解扩后的输出信号如 )()()(-z) 其中,其中()1()“(是第n个Re指在1时刻的权重,假定信道增点在 个符号的持续期间内保持不变,因此,在下面的推导中将省略符号中的时间参数t。 (时变)正交因子推导 接收机输出 在本节中我将推导(4)式中的,°,5和5以得到B。有一点非常需要注意的 是,分配给不同用户级联码之间的互相关函数本身就是一个随机变量,而且是随符号的不同 而变的。这是因为扰码的周期要远远大于信道化码,而在每次分配信道化码时可能会给用户 分配不同的信道化码。因此,在分析中,我们必须考虑将扰码和信道化码进行平均[5]。 为了达到此目的,需要获得级联信道化码和扰码的互相关特性的解析表达式。当所采用 的扰码序列是PN序列时,这些表达式可在[5]中获得。因此,在接下来的分析中,都将考虐 采用PN序列作为扰码的情況。由」PN序列扰码彼此之冋的区别在J时间偏移,因此对它 们进行平均等效于对它们的时间偏移量x进行平均。 本文的分析结果对于所有使用与FN序列具有相似相关性的扰码的系统都是通用的,即 对于实际的 WCDMA下行链路中使用的 Walsh- Hadamard信道化序列和长度为38400码片的 Gold扰码序列也是正确的。 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 由于符号是相互独立的且不同用户不同符号之间为独立同分布的。不大一般性的, 我们只需考虑用户0接收机输出端的第0个符号。接收机的复输出信号可以写为: (0=(0 (10) ,其中,是信号分量第太个用户引起的十扰分量,是噪声分量。(10) 中并未出现自十扰分量,其原因凵在第2节中说明。 对于 WCDMA下行链路典型的信道冲激响应来说,超过个符号周期的多径分量功率 是忽略不计的[3]。因此可以表示为: ∑∑a“x 0,(z-r)+() (11) (0) 其中 (0) 如我们在前面提到过的,为了能将扰码和信道化码进行平均必须在上述公式中引入用户 所用扰码的时间偏移量x,则上面的公式改写为: () C T)+ () 00.(,z- ) (12) (+ 其中,0 0 以后将直接使用(12)式表示() 为了计算(4)式中的0,假定接收机输入端的多径是可分辨的,即它们在时间上至少 相隔一个码片。对于不满灶这种情况的信道,在实际处理时必须将输入时延谱转换为可分辩 的时延谱。对于这个可分辩时延谱,Rake指的最佳位置应该是能使接收机所捕的信号功 率达到最大化的位置。不失般性的,假定可分辨径按它们的平均功率等级由大到小排列。 因此,一个具有个抽头的Rake接收机将会在接收机输入端抽取个可分辩径中的前 个 信号分量 用户0的Rake接收机输出端的信号分量为: (0) (13) 因此,输出端倍号功率为: 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn (14) 其他用户下行信号干扰分量 山式(12)可见(是一个零均值的随机变量。因此,小区内干扰功率0可以表示为 0=∑ (15) 其中,期望E()表示对所有级联码及数据进行平均。 由式(11),可得如下等式: ∑ (,r-)3 (16) 其中,F[]表示对时间偏移x取数学期湖 引用[5]中的离散时间部分互相关表小法,则有 (0) )(-)w(z)+(,()(+1-)y(z (,z)=(,()()w()+(,()+1)w(r 其中, 三t一 ∑。() 0≤< )() (-1)≤<0 y(z)和w(2)是部分脉冲相关函数,表示如下 (t yO(-t) (r)=」v(w(+-r 由式(16) (,r,-t)9。(,z,-,) 可以衣示为: [930.(,x,-z,)0.(,,-7, [(,()(O,-)w(,)+(,)(B,+1-)w(a x(,O)2-)"w(r:)+( 0.+1-)w(r,) (0)( )w(r,)‘(",()O ,()(0-)w(r)( )(0,+1 )(6,+1 )(+1 (T 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn T-T 可以表示为 T-T ) )(O) )( )( 22W3) 122 (0)() )( )O,+1)(r,)w(r )6+1)‘(0),)(O)w( )b+1)( ,+1)v(r,)w(,) T一T 其中 再由[5]中的关于离散时间部分相关的性质1: )( )]≈0( 很容易发现,除了下面三种情况,对于其他的1,1,2,2值总有 90.(,x-)9。(,τ-)=[0(,r-,)。(,z-z,月=0 下面我将对 。(,r-z,):。( )和D.( 不为0的三种情况进行具体分析。 ●情况1:°1 0=,,(1≠ 2)。此时 20.(,r1-,)93.(,2-2) 0)() )( z,)"wy(z1) 0 )(6,.+1 匝0( ) 0)() )0,)]xw(r,)wv(c,) )(O,+1) ●情况2: 0=日.+1,(1≠ 此时 [.(,z-z,)9 ) py/ (0 ●情况 =6.-1,( 此时 [0.(,r-z)3.(,z-z O,+1-) 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 9 (O+1)1×w(r1)wy(rn,) 考虑上面的一种情况,再结合[5]中关于离散时间部分相关的性质2 [( 0)() [( 可以将(,z )。(,1-z,)+0.(,r,-z)。( 的 结果总结如下 [.(,z-)。(,z,-z,)+[90.(,r,-z,)(,r,-,) wy"11 ww\ 1222)2 (6.=0,+1) (18) 其他情况 将上式的结果代入式(15)最终得到0的表示如下: 1p()n(z,)+ (19) ∑"a,,a,[v(r,) 其中 52 ):6.=.+1, ≠,1 瞬时多径衰落增益 由一个具有个可分辩径信道在接收机输入端造成的瞬时多径衰落增益如下所示 ∑l (20) 公式 将式(14),(19)和(20)代入式(4)最终得到OF公式如下 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn z yv(122 +∑ 122 aa (r’,)w(r (21) 指权重 通常,在 WCDMA下行锩路采用的Rake接收机使用多径信道增益的复共轭。即: 这种Rake指加权策略称为信道增益匹配策略,在接下来的分析仿真中均假设接收机采 用这种策略。 结果值 中指出,般情况下多径信道中止交因了在0.4~0.9之间,按本文中定义OF的方式 结果范围应是0.1~0.6,此范围将用于验证最终得到的仿真结果 在本文我将对3]中推荐的6种多径信道进行仿真,为方便起见,将具体参数列于错误! 未找到引用源。中。仿真中使用的默认参数列于错误!未找到引用源。中 表1多径衰落环境传播条件(类型1至类型6) 类型 类型 类型 类型 类型 类 速度 这度 速度 速度 速度 速度 相对时相对平「相对时「相对平相对时「相对平「相对时「相对平「相对时「相对平「相对时「相对平 延[均功率延m均功率延四均功率延ly]均功率延m均功率延m]均功率 [dBI dB [dBI [dB] [dB] 0 0 0 0 0 976 10 976 60 976 0 976 10 260 3 0000 521 781 9 注意:类型5只用」TS25.133. 表2默认参数 参数 值 Rakc指数量( 全Rake接收机 Rake指叹重 时间跟踪 错误!未找到引用源。和错误!未找到引用源。分别绘制出了在2秒时间内6种无线信 道模型中少的变化情况。可以看出,对于所有6种情况少随时间的变化都是十分显著的 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 而,值得注意的是在case3和case6的情况下p0甚至会人于1。这是山于在Rake接收机 输出端不同分量之间的相关性所导致的。还应注意到,旦然少的变化快慢程度与 Doppler 频移即移动台移动速庶有关,但加的统计特性是与移动台移动速度无关的。 case1 02 图3类型1,2,3的β0跟踪结果 0.4 0.4 0 04 06 8 04 06 图4类型4,5,6的0跟踪结果

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