1、影響通道帶寬的引言該演示是專為檢視通道帶寬與碼元速率間的關(guān)系和平衡而設(shè)計(jì)。就其本質(zhì)而言，調(diào)制是為了傳送信息而改變一個(gè)載波信號(hào)特征的過(guò)程。更為具體地，數(shù)字調(diào)制涉及到比特流（一次包含多個(gè)比特）的組合，并用一個(gè)不同的碼元表示每個(gè)不同的組合。而且，每個(gè)不同的碼元可以通過(guò)周期性改變其特征（如相位、幅值或頻率）的載波信號(hào)表示。在此練習(xí)中，檢視這些參數(shù)的改變頻度（即碼元速率）和所需的頻域帶寬間的關(guān)系。此外，寬的影響。還將檢視濾波對(duì)于通道帶常見(jiàn)用途基本上，所有的通信協(xié)議都為不同的通道指定了特定的頻帶。而且，這些頻帶的帶寬依賴于多種。今天在此要評(píng)估的具體是碼元速率和濾波。要特別檢視的一個(gè)協(xié)議便是 HSDPA/H

2、SUPA（高速下行鏈路分組接入/高速上行鏈路分組接入）協(xié)議。HSDPA/HSUPA 采用 16-QAM 調(diào)制策略并工作于各種頻帶。在此要特別檢視的頻帶是第七頻帶，即上行鏈路頻帶為 890 MHz 915 MHz，下行鏈路頻帶為 925 MHz 960 MHz。根據(jù)此協(xié)議，每個(gè)通道間的帶寬為 5 MHz，這就意味著第七頻帶剛好包含由不同用戶復(fù)用的 5 個(gè)通道。下面的框圖描述了 HSUPA 的上行鏈路頻帶，每個(gè)通道間的為 5 MHz。帶寬自 2005 年起，電信運(yùn)營(yíng)商們（如 T-Mobile、Cingular 和 Vodaphone）開(kāi)始在世界各地布置 這一技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它比先前的 W-

3、CDMA（碼分多址接入）標(biāo)準(zhǔn)支持更高的數(shù)據(jù)速率。W-CDMA 采用支持 2 位/碼元（log2 (4)）傳輸速率的 QPSK（四相相移鍵控）調(diào)制。另一方面，HSDPA 采用能夠支持 4 位/碼元傳輸速率的 16-QAM 調(diào)制。因而，在相同的碼元速率下，HSDPA 可以通過(guò)發(fā)送的比特實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。正如在下面的練習(xí)所看到的，碼元速率與通道帶寬間存在某種明確的關(guān)系。因此，最大化與所得通道帶寬間的平衡。檢視碼元速率和數(shù)據(jù)速率的2碼元速率基礎(chǔ)知識(shí)一個(gè)正弦波的調(diào)制使得載波正弦波的相位、幅值和頻率產(chǎn)生周期性的變化。然而，為使一個(gè)調(diào)制后的信號(hào)保持在適當(dāng)?shù)妮d波通道內(nèi)，這些變化必須漸次發(fā)生。例如，考慮16-

4、QAM調(diào)制。在此調(diào)制策略中，有16個(gè)不同的相位與幅值的組合可以應(yīng)用于載波信號(hào)。在下面的框圖中，展示了一個(gè)經(jīng)過(guò)16-QAM調(diào)制的載波信號(hào)的時(shí)域表示。在此個(gè)例中，碼元速率與載波頻率使用了相同的頻率。因而，正如 從下圖可以看出的，相位與/或幅值按載波信號(hào)的周期改變。為方便描述，關(guān)閉了濾波功能以便使信號(hào)變遷更為明顯。Carrier Frequency = Symbol Rate 載波頻率=碼元速率1 Period per Symbol與上例不同的是，下圖所使用的碼元速率恰為載波頻率的一半。結(jié)果便是載波的相位與幅值每?jī)蓚€(gè)周期發(fā)生一次變遷，而不是一個(gè)周期。Carrier Frequency = 2(Sym

5、bol Rate)2 Periods per Symbol通常，實(shí)際碼元速率比實(shí)際載波頻率要低數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，GSM 使用的碼元速率為270.833 碼元/秒。通過(guò)這樣的工作以縮減通道帶寬，將在后續(xù)部分進(jìn)行。3濾波基礎(chǔ)知識(shí)截至目前，已經(jīng)展示了沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波的載波信號(hào)調(diào)制，以突出碼元速率的影響。然而，對(duì)過(guò)濾的調(diào)制信號(hào)的觀察也說(shuō)明了濾波的必要。正如您從下圖看到的，一個(gè)濾波的信號(hào)展現(xiàn)了相位與幅值的突變。雖然這些并不影響其被解調(diào)的能力，但這樣的銳變確實(shí)會(huì)造成頻域內(nèi)的高頻組分。Phase/litude Transitions結(jié)果，當(dāng)濾波時(shí)，這樣的銳變導(dǎo)致了所分配的通道帶寬之外的噪聲。這一噪聲導(dǎo)致相鄰?fù)ǖ?/p>

6、間的干擾并碼元間干擾（ISI）。實(shí)際上，降低 ISI 有兩種途徑，在發(fā)送端使用脈沖整形濾波器和在接受端使用匹配濾波器。下圖顯示了一個(gè)濾波（或脈沖整形）后信號(hào)的時(shí)域表示。如該圖所示，經(jīng)過(guò)濾波后相位與幅值的變遷平滑了許多。Phase/litude Transition此外，在頻域中兩個(gè)信號(hào)的平滑變遷更為顯著，如下所示：Raised Cosine Filter Alpha = 0.54因而，可以看出濾波是如何有助于減少通道帶寬。然而，在此演示中，更為關(guān)注碼元速率與通道帶寬間的關(guān)系。碼元速率與帶寬如上所述，碼元速率正比于通道帶寬。實(shí)際上，通道帶寬由下式定義：Bw = Rs (1 + )在該式中，Bw表

7、示通道帶寬，Rs表示碼元速率，而表示濾波器參數(shù)alpha。下面，展示了一個(gè)具有極高碼元速率的通信通道的FFT頻譜。注意，在此例中，通道整形使用了一個(gè)升余弦濾波器（ = 0.5）。這里，載波頻率為1 GHz，碼元速率為500 MHz。根據(jù)的等式，通道帶寬應(yīng)為500 MHz * (1.5) = 750 MHz。在中心頻率為1 GHz時(shí)，所分配的通道帶寬將占用 650 MHz到1350 MHz。750 Mhz接下來(lái)，展示同樣的物理系統(tǒng)，除了碼元速率改為100 MHz。結(jié)果是通道的帶寬為原通道的1/5。這樣，通過(guò)一個(gè)升余弦濾波器（ = 0.5），通道帶寬為：5Bw = 100 MHz (1 + 0.5

8、) = 150 MHz因而，在中心頻率為1 GHz時(shí)，該通道將占用925 MHz到1075 MHz的帶寬，具體如該通道的 FFT頻譜（如下所示）所描述。150 Mhz這兩圖形通過(guò)展示通道帶寬隨碼元速率提高的變化，描述了碼元速率與通道帶寬間的關(guān)系。因而，至少初步表明，在一個(gè)給定的系統(tǒng)中應(yīng)使用較低的碼元速率，以最大化在一個(gè)給定頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的通道的數(shù)目。實(shí)際情況并非如此，因?yàn)楦叽a元速率也意味著數(shù)據(jù)吞吐量也將被提 高。因此，在碼元速率（進(jìn)而通道吞吐量）與所需通道帶寬之間有一個(gè)權(quán)衡問(wèn)題。練習(xí)：在下面練習(xí)中， 載波之上。此外，構(gòu)建一個(gè)采用 16-QAM 調(diào)制策略的 VI，將一個(gè)隨機(jī)比特流調(diào)制到一個(gè)調(diào)整參

9、數(shù)（如碼元速率和載波頻率）并分析其在頻域的結(jié)果。61）打開(kāi)名為“channel_width_QAM.vi”的 VI。您將看到創(chuàng)建好的前面板和程序框圖。2）選擇 Window Show Block diagram (CTRL-E)以察看程序框圖，如下所示：7正如從上圖所看到的，該模塊框圖的大部分已經(jīng)被創(chuàng)建。余下步驟將關(guān)注在程序中添加功能模塊。3）通過(guò)函數(shù)面板上的 All Functions Modulation Digital Utility， “Generate System Parameters.vi”。從選擇程序選擇“QAM (M)”使其如右圖所示。最后，將“S至適當(dāng)?shù)目丶虺?shù)。les

10、per Symbol”和“M-QAM (16)”輸入端連接4）通過(guò) All Functions Modulation Digital“Bit Generation.vi”。連接“errorin”與“bits to generate”輸入端。接下來(lái)，將“reset”輸入端連接至OR 函數(shù)的輸出。5）通過(guò) All Functions Modulation Digital Utility“Generate FilterCoefficients.vi”。連接“error in”、“ filtarameter”、“ pulse shafilter”、“ modulation type”輸入端和來(lái)自適當(dāng)控

11、件輸出的“sles per symbol”兩個(gè)輸入端。6）通過(guò) All Functions Modulation Digital Modulation “Modulate.QAM.vi”。連接適當(dāng)控件到“Symbol Rate”輸入端?！癋iltarameters”與“Bistream”輸入端數(shù)據(jù)應(yīng)分別來(lái)自“Generate System Parameters.vi”和“BitGeneration.vi”。最后，連接“pulse sha出。filter coefficients”輸入端到前一個(gè) VI 的輸7）通過(guò) All Functions Modulation Digital“Uconver

12、.vi”。將“carrierOR 函數(shù)的輸出。最frequency”輸入端連接至適當(dāng)控件。“reset”輸入端應(yīng)當(dāng)連接至后，“complex waveform”輸入端應(yīng)當(dāng)連接至“Modulate QAM.vi”的輸出。此外，將 “Waveform”的輸出連接至“Upconverted Waveform”波形圖。8）接下來(lái)，通過(guò) Express Signalysis 添加“Spectral Measurements ExpressVI”。使用默認(rèn)設(shè)置，選擇“OK”關(guān)閉框。Express VI 現(xiàn)在將出現(xiàn)在該程序框圖。為節(jié)省空間，右擊 Express VI，并選擇“View as Icon”以節(jié)省

13、程序框圖的空間。8將“Signals”輸入端與其前面的 VI 的“Waveform”輸出連接。接著，將“FFT (RMS)”的輸出連接至程序框圖的“FFT - (RMS)”波形圖。10）通過(guò) All Functions Modulation Digital Visualization“FormatConslation Graph.vi”。將“sles per symbol”、“ autoscale”和“cons lation reference”輸入端連接至適當(dāng)控件。連接“error in”到其前面的 VI 的輸出，連接“waveform”輸入端至“Modulate QAM.vi”的輸出。最后

14、，將輸出連接至“Cons lation Plot”波形圖。至此，程序框圖構(gòu)建完成，并應(yīng)當(dāng)類似下圖所示的程序9演示為闡述影響通道帶寬的現(xiàn)在將運(yùn)行該 VI 并調(diào)節(jié)其各種參數(shù)。ysis (FFT)”選項(xiàng)。您將注意到 VI 的默認(rèn)設(shè)置使用 1 GHz 的，1）運(yùn)行該 VI 并觀察“Spectral載波頻率和 500 MHz 的碼元速率。此外，默認(rèn)選擇“pulse shafilter”作為“RaisedCosine”。作為這些設(shè)置的結(jié)果，您將看到一個(gè)中心頻率約為 1 GHz 的相對(duì)較寬的通道（1 GHz 帶寬）。102）為觀察濾波對(duì)通道帶寬的影響，改變“pulse shafilter”控件為“none”并查看其結(jié)果。您將注意到（如下所示），載波信號(hào)的時(shí)域銳變現(xiàn)在導(dǎo)致了許多更高頻率的頻率尖刺?？梢酝ㄟ^(guò)選擇“Spectralysis”選項(xiàng)查看這些銳變。3）接下來(lái)，重新將濾波器改變?yōu)樯嘞?/p>