WCDMA之零中频接收机原理剖析大全

WCDMA

相较于2G时代的GSM技术，WCDMA在Data Rate与信道容量，都大大提升[1]，采用了几个不同于GSM的技术。一个是CDMA技术，也就是分码多任务，用简单的比喻来比较TDMA, FDMA, CDMA的不同[2] :

在会议室内，若要保持通话时不被干扰，一种分别是选择不同时间通话(TDMA)

一种是同时间通话，但分别在不同的隔间(FDMA)

还有一种是同时间又同隔间通话，但讲不同语言(CDMA)

这三种技术，分别在时域跟频域的比较 :

由上图可知，CDMA 不分时也不分频，但因为分码，采正交码技术，不同码之间完全没有相关，因此大大提高了安全性。

C

另外则是展频技术，

将讯号的带宽拓宽，使其带以拓宽，与前述的正交码有送数据没有关系，故的传送数据，因此使得讯号得知，带宽拓宽后，其信道

由上式可知，信道容量也跟个位的SNR ，b E 即每个位的式 :

便可算出系统的SNR ，

使其带宽远大于未作展频调变之原始数据带宽交码有关。由于Tx 端会采用一组正交码，且该Rx 端也需使用该组正交码，才能解开展频，得讯号不易被干扰与撷取[3]，同时也由Shanno 其信道容量也提升了，连带提高了Data Rate[4]

量也跟SNR 有关，但在CDMA 中，会先以

E

N

个位的能量，而0N 即噪声的功率频谱密度，

其中b f 是Data Rate ，因此若提升0

b

E N ，

则可提升

另外，由于原始数据的Chip Rate ，会在展频后大大提升，使得讯号会额外获得增益，进而再提高SNR ，该增益称为处理增益，Processing Gain ，P G

()10log(

)C

P R G dB R

=

R 是原始资料的Chip Rate ，C R 是展频后的Chip Rate ，由[5]可知，R 与C R 分别为12.2Kbps 与3.84Mcps ，带入上式，

而得知0

b

E N 与P G 后，便可算出JM (Jamming Margin) :

()10log()10log(

b

P E JM dB G N =−

当然JM 值越大，则表示抗干扰能力越好[3]。

而虽然WCDMA 的Chip Rate 为3.84Mcps ，在频谱上占用3.84MHz 的带宽， 但为了防止相邻频道的干扰，因此上下两端再加入保护频率，所以一个Channel 共占用5MHz 的带宽[6] :

至于调变方面，WCDMA 在Downlink ，是采用QPSK 技术，PSK （正交相移键控）是一种调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，275°。QPSK 每次调变可传输2个数据位，这些位是通过载波的四种相位来传递的。解调器会根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的数据位[4]。

至于Pulse shaping 方面，shaping ，先简单介绍一下

在无线传输过程中，ISI (In 假设有组101101的讯号序

尚未传送时，每个Symbol 受到外界干扰，导致Symbo 该现象即ISI ，如下图 :

，则是采用RRC (Root -Raised-Cosine)技术[5]一下ISI 。 SI (Inter Symbol Interference)是很难避免的讯号讯号序列，以无线方式传送出去， mbol 都在各自归属的Time slot 内，然而在传送ymbol 的能量会泄漏到其他的Time slot ，影响其

虚线为传送讯号，绿色为接收讯号，做一番比较，如下图:

可以发现讯号明显失真很多[7]。

引起ISI的原因有许多，其中原因之一，便是来自Group Delay。由前面可知，传送的讯号，并非真正的方波，原因是真正的方波难以实现，而且会占用过多带宽，因此只好以不影响准位判读，且不会占用太多带宽的梯型来传递讯号。而由Fourier Transform可知，任何波型都是由众多正弦波组合而成，梯型波形也是，因此当一个梯型波形的众多正弦波，在传递过程中没有同步，该现象即Group Delay，

举个简单的譬喻，就好比众多短跑选手，抵达终点的时间纷纷不同，如果都同时抵达，那便是无Group Delay了。

然而上图是Group Delay的时域，若转成频域，

可以发现Group delay也会有频率响应，某些频率点的Group delay特别严重。

而当Group Delay过大时，便会引起ISI。另外在时域图中，蓝色如天桥状的，

便是Band Pass Filter，频域图即带宽1GHz的BPF的Group Delay频率响应，因此虽然SAW Filter可以滤除噪声，但也可能会造成Group Delay，进而导致ISI[7-8]。

为了消除ISI，因此在接收端解调前，引入Pulse Shaping的技术，主要功能就是将多余的讯号滤除，留下所需之讯号，方便后续的解调等工作[9]，而WCDMA

采用的，便是RRC的滤波器。

上图是RRC的时域图，是一个低通滤波器，知名美商Broadcom的商标，即RRC。

而RRC 在时域上的波形，会决定其频域上所占带宽大小，可用下式做说明 :

0(1)W W α=+ 01α≤≤

W 称之为Nyquist 带宽，而0W 为实际上所占用带宽，α则是Roll-off Factor ，其

值大小会决定所占带宽大小，α越小越好，最理想情况是0，即0W 等同于W ，最坏情况是1，即0W 为2倍W ，下图是不同α的时域波形 :

对应到频域 :

而WCDMA 的α为0.22[15]。