WCDMA上行链路I/Q星座图形成原理研究

摘要：针对工程研发实践测试中WCDMA（wideband code division multiple access）系统的反向信道物理层QPSK（quadrature phase shift keying）调制星座图与理论描述上有偏差的问题，经过详细研究，发现WCDMA上行链路的调制方式不是真正意义上的QPSK，I/Q路调制幅度不一样。对WCDMA系统中的物理层正交调制方式的星座图形成机制进行了形象直观的解释，提出WCDMA上行链路的物理调制过程本质上是多幅度的正交调制，解决了其QPSK星座图与其调制原理描述情形不一致的问题。对WCDMA了解不深的学生、工程人员在学习和实践中理解其星座图形成原理具有实际参考价值。

关键词：WCDMA；上行链路；QPSK；星座图

中国分类号：TN929・53文献标识码：A文章编号：10053824（2013）03005703

0引言

WCDMA是由欧洲和日本提出的，由3GPP制定的以GSM MAP为核心网，UTRAN（UMTS terrestrial radio access network）为无线接口的一种第三代移动通信标准[1]。它支持384 kbit/s～ 2 Mbit/s不等的数据传输速率：在高速移动状态下，可提供384 kbit/s的传输速率；在低速或是室内环境下，则可提供高达2 Mbit/s的传输速率[2]。WCDMA最重要的一个特点即功率对用户来说是共享资源。在下行链路上，基站中码分复用的用户分享总的功率；在上行链路中，基站有一个最大干扰容限，这个功率在小区中产生干扰的移动台之间分配。共享功率使WCDMA能灵活地处理各种不同速率的业务。目前众多文献明确指出WCDMA系统中反向信道的物理层调制方式是QPSK，那么根据QPSK的调制原理，其星座图应该是4个象限均匀分布的4个点（4个向量）。如图1所示。但是在WCDMA终端的实际研发过程中，我们发现事实并非如此。使用Agilent8960综测仪测试手机发射I/Q星座图的时候，图上显示的是8个不对称的点，如图2所示。

图1QPSK星座图图2实测I/Q星座图经过详细研究发现，WCDMA上行链路的调制方式不是真正意义上的QPSK，I/Q路调制幅度不一样。下面就该问题详细讨论。1WCDMA物理层调制的详细过程

1.1WCDMA上行链路扩频

上行链路专用物理信道（上行DPDCH/DPCCH），如图3所示[3]。

图3上行链路专用物理信道用于扩频的二进制DPCCH 和DPDCH 信道用实数序列表示，也就是说二进制的“0”映射为实数+1，二进制的“1”映射为实数-1。DPCCH信道通过信道化码Cc扩频到指定的码片速率，第n个DPDCH信道（DPDCHn）通过信道化码Cd，n扩频到指定的码片速率。DPDCH可以采用多码同时发射方式，能够支持n（1≤n≤6）路DPDCH同时传输。

信道化之后，对实数值的扩频信号进行加权处理，对DPCCH 信道用增益因子βc进行加权处理，对DPDCH信道用增益因子βd进行加权处理。在任意时刻，βc和βd的幅度值至少有一个为1.0。β的值用4个bit进行量化，β取值为0，1/15，2/15，…，15/15中的一个值。量化后的I，Q 2路幅度值就是一个多值状态，16个值中的2个。

加权处理后，I路和Q路的实数值码流相加成为复数值的码流，复数值的信号再通过复数值的Sdpch，n码（第n路DPCCH/DPDCH上行链路扰码）进行复扩频扰码，DPCCH/DPDCH都和复数值的Sdpch，n扰码进行扰码处理。

假设扰码输入的I/Q信号为a+jb，复数扰码为x+jy，则扰码后的信号为（a+jb）×（x+jy）=（ax-by）+j（ay+bx）（1）I路和Q路分别为I′=ax-by（2）

Q′=ay+bx（3）I′和Q′为最后进行QPSK调制的I/Q信号。

由于复数扰码的随机性，生成的I′和Q′的值如表1所示。表1生成的I′和Q′值

xyI′Q′11a-ba+b1-1a+b-a+b-11-a-b-a+b-1-1 -a+b-a-b

一般地，设a>b>0，则复数加扰以后的瞬时I′/Q′信号的4个相位点如图4所示。将X轴和Y轴调换后得到得I′/Q′星座如图5所示。

图4复数加扰以后的瞬时I′/Q′相位图图5X轴和Y轴调换后的瞬时I′/Q′相位图这样，由于加权导致的复数加扰前的I/Q信号星座图变成不对称，然后进行复数扩频后，导致出现8个点。

图6Agilent8960综测仪显示放大图图6是Agilent8960综测仪放大后的显示。其中：3根粗竖线条从左到右的坐标依次为73.5，0，548；另外6根细竖线条从左到右的坐标分别为46，101，235，388，524，572，那么对应的高低幅度如表2所示。表2高低幅度值

一路的调制幅度为（388-235）/ 2=76.5一路的调制幅度为（548-73.5）/2=237.25两路的低高幅度比为76.5/237.25=0.32

我们在测试时一般使用的RAB（radio access bearer）参考上行物理信道的配置，如表3所示[4]。在速率为12.2 kbit/s的情况下，上行物理控制信道和物理数据信道的功率比为-5.46 dB，线性功率比为10-0.546=0.28，折算成幅度比为：0.280.5=0.52，即前面I/Q值中，小幅度值比大幅度值为b/a=0.52。扰码后实际的I′/Q′幅度变为a+b和a-b，幅度比为0.48/1.52=0.315。这个值和我们前面直接在星座图上读出的低高I/Q幅度之比 0.32是一致的。表3上行物理信道的配置

参数单位量级information bit ratekbit/s12.2DPDCHkbit/s60DPCCHkbit/s15DPCCH slot format #i-0DPCCH/DPDCH power ratiodB-5.46TFCI-onrepetition%23

在WCDMA中，功率控制是非常严格和重要的，不夸张地说，WCDMA讲究的就是功率控制。如果数据速率不同，那么将导致星座图上8个点的位置也会不同。WCDMA中常用的速率如表4所示[5]。表4WCDMA常用的速率

数据速率/ kbit・s-1DPCCH/DPDCH power ratio64 -9.54144 -11.48384 -11.48

1.2WCDMA上行链路调制

对WCDMA的上行链路，将通过复数扩频扰码产生的复数值码片序列用QPSK方式进行调制，如图7所示[6]。值得注意的是，将复数值码片序列分开成2路，分开后的串行序列是WCDMA规定的3.84 Mbit/s，进行成型滤波后，分别调制cos（ωt），sin（ωt）。也就是说，实际上的复数码片符号速率为 7.68 Mbit/s，一个复数码片包含2个符号，串行速率要加倍。

图7复数值码片序列QPSK调制方式2结语

本文对WCDMA上行信道I/Q星座图形成原理进行了分析研究，提出WCDMA上行链路的物理调制过程本质上是多幅度（最多到16个幅度）的正交调制，严格地来说并不是QPSK，而公开资料上都说上行链路为QPSK调制，正因为如此，其星座图与标准的QPSK大相径庭。本文的研究对那些对WCDMA了解不深的学生、工程人员在学习和实践中理解其星座图形成原理具有一定的实际参考价值。

参考文献：

[1]祈玉生，邵世祥. 现代移动通信系统[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[2]丁学君，刘子龙.第三代移动通信技术及其对我国电信业的影响[J].电子商务，2010（1）：3438.

[3]张应. HSUPA系统上行功率控制算法的研究[D].西安：西安电子科技大学，2010.

（下转第69页）[4]刘军，李波.WCDMA系统中的上行功率控制[J].科技信息，2005（1）：6366.

[5]王学龙. WCDMA移动通信技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

[6]蒲迎春，吴晓文. WCDMA系统的调制技术[J].电信快报，1999（11）：610.