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2014年8月5日 星期二

WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 Core Network 架構介紹

WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 Core Network 架構介紹﹝1﹞


WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 Core Network 架構介紹﹝2﹞


WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 Core Network 架構介紹﹝3﹞

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WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 無線技術介紹

WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 無線技術介紹﹝1﹞


WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 無線技術介紹﹝2﹞



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2014年6月15日 星期日

LTE Stuff

http://www.pewscorner.host-ed.me/LTE/index.html
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2014年5月28日 星期三

中國通信網

http://tech.c114.net/
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2014年5月27日 星期二

[轉] IQ正交調製及星座圖

http://wenku.baidu.com/view/45f7361514791711cc7917ed
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[轉] PSK (BPSK, QPSK)

相位偏移調變，又稱相位移鍵（PSK，Phase Shift Keying）是一種利用相位差異的訊號來傳送資料的調變方式。該傳送訊號必須為正交訊號，其基底更須為單位化訊號。
一個訊號所代表的數學公式
s_i(t) = Acos(2 \pi f_o t + \theta )
一般調變訊號的改變部份可分為振幅A（ASK用）、相位\theta （PSK用）及頻率f_o （FSK用）三種。其中PSK即利用相位差異來產生的調變方式。
MPSK通用的傳輸符號之公式。
s_i(t) = Acos(2 \pi f_o t + {2\pi \over M} ) \mbox{ ,where } i = 1,2,\ldots,M-1
PSK又可稱M-PSK或MPSK，目前有BPSK、QPSK、16PSK、64PSK等等，常用的只有QPSK。而M是代表傳送訊號的符號（symbol）種類。符號越多，傳送的位元數越多，自然在固定時間可傳送越多的資料量（bps）。
傳輸量公式。
bps(bits/sec) = {\log_{2}M \over Ts}

BPSK、QPSK、8PSK及16PSK的BER對SNR圖
假設各MPSK皆在同一能量下傳送，PSK會因為符號種類（M）的提昇使位元錯誤率（Bits Error Rate，BER）快速上升。所以在符號數M大於16後都由QAM來執行調變工作。QPSK如果用格雷碼對映的方式，其BER會和BPSK一樣。所以目前常用的只有QPSK。

二位元相位偏移調變(BPSK)[編輯]


BPSK的坐標圖
BPSK是PSK系列中最簡單的一種。它是使用兩個相位差180°且正交的訊號表示0及1的資料。它在坐標圖放置的點並無特別設計，兩點皆放在實數軸，分別在0°的點及180°的點。這種系統是在PSK系列中抗雜訊能力（SNR）是最佳的，在傳送過程中即使嚴重失真，在解調時仍可盡量避免錯誤的判斷。然而，由於只能調變1 bit至symbol上，所以不適合用在高頻寬資料傳送需求的系統上。
標準BPSK遵循如下公式：
s_n(t) = \sqrt{\frac{2E_b}{T_b}} \cos(2 \pi f_c t + \pi(1-n )), n = 0,1.
公式包含0和π兩個相位。在具體形式中，二進制數據以如下形式傳送：
s_0(t) = \sqrt{\frac{2E_b}{T_b}} \cos(2 \pi f_c t + \pi ) = - \sqrt{\frac{2E_b}{T_b}} \cos(2 \pi f_c t) 代表零；
s_1(t) = \sqrt{\frac{2E_b}{T_b}} \cos(2 \pi f_c t)  代表一。
其中fc代表載波頻率。 因此，訊號空間可以由單個基函數表示：
\phi(t) = \sqrt{\frac{2}{T_b}} \cos(2 \pi f_c t)
其中 \sqrt{E_b} \phi(t) 代表一，-\sqrt{E_b} \phi(t) 代表零。

BPSK 的位元錯誤率(BER) 在白色高斯雜訊下表示之公式:
P_b = Q\left(\sqrt{\frac{2E_b}{N_0}}\right)
BPSK 的BER和和它的符號錯誤率（SER）是相同的。

四位元相位偏移調變(QPSK)[編輯]


QPSK的坐標圖，其位元對映符號方式用格雷碼對映。
QPSK，有時也稱作四位元PSK、四相位PSK、4-PSK，在坐標圖上看是圓上四個對稱的點。通過四個相位，QPSK可以編碼2位元符號。圖中採用格雷碼來達到最小位元錯誤率（BER） — 是BPSK的兩倍. 這意味著可以在BPSK系統帶寬不變的情況下增大一倍數據傳送速率或者在BPSK數據傳送速率不變的情況下將所需帶寬減半。
數學分析表明，QPSK既可以在保證相同訊號頻寬的前提下倍增BPSK系統的數據速率，也可以在保證數據速率的前提下減半BPSK系統的頻寬需求。在後一種情況下，QPSK的BER與BPSK系統的BER完全相同。
由於無線電通訊的頻寬都是由FCC一類部門所事先分配規定的，QPSK較之於BPSK的優勢便開始顯現出來：QPSK系統在給定的頻寬內可以在BER相同的情況下可以提供BPSK系統兩倍的頻寬。採取QPSK系統在實際工程上的代價是其接收設備要遠比BPSK系統的接收設備複雜。然而，隨著現代電子技術的迅猛發展，這種代價已經變得微不足道。
較之BPSK系統，QPSK系統在接收端存在相位模糊的問題，所以實際應用中經常採取差分編碼QPSK的方式。
QPSK遵循如下公式：
s_n(t) = \sqrt{\frac{2E_s}{T_s}} \cos \left ( 2 \pi f_c t + (2n -1) \frac{\pi}{4}\right ),\quad n = 1, 2, 3, 4.
公式包含π/4、3π/4、5π/4與7π/4四個相位。
在二維訊號空間中得出的以單位基函數表示的結果為：
\phi_1(t) = \sqrt{\frac{2}{T_s}} \cos (2 \pi f_c t)
\phi_2(t) = \sqrt{\frac{2}{T_s}} \sin (2 \pi f_c t)
第一個基函數被用作訊號的在相分量，第二個基函數被用作訊號的正交分量。
根據上面的理論推導，QPSK的BER等同於BPSK，即：
P_b = Q\left(\sqrt{\frac{2E_b}{N_0}}\right).
然而，為了實現相同的BER，QPSK系統需要使用BPSK兩倍的功率（假設兩個位元同時傳輸）。錯誤率模型由如下公式給出：
\,\!P_s= 1 - \left( 1 - P_b \right)^2
= 2Q\left( \sqrt{\frac{E_s}{N_0}} \right) - Q^2 \left( \sqrt{\frac{E_s}{N_0}} \right)^2.
. 如果訊雜比較高，則實際錯誤率模型可估計為：
P_s \approx 2 Q \left( \sqrt{\frac{E_s}{N_0}} \right )
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2014年5月26日 星期一

[轉] CCK Modulation


CCK   Modulation

CCK 為 Complementary Code Keying （互補碼），CCK Modulation 即為Complementary Code Keying Modulation（互補碼調變），是M-ary 正交調變(M-ary Orthogonal Keying，MOK)的一種形式，被用於進行數據調製，在無線網路 IEEE 802.11 b  5.5Mbps及11Mbps的傳輸速率時，使用該技術調變。

一、無線區域網路與調變

1985 年美國聯邦通訊委員會 (Federal Communications Commission，FCC)開放902M至928MHz、2.4G至2.4835GHz、5.725G至5.850GHz三段通訊頻帶ISM (Industrial, Scientific and Medical)，如圖（1-1）所示，允許無線設備在特定要求下，無須政府使用執照，即可直接使用此頻帶。


　圖 1-1 ISM(Industrial, Scientific and Medical)頻帶


 IEEE 802.11

1990 年美國電子電機工程師學會(IEEE)有鑑於無線網路應用的需求，制訂了傳輸速度為2Mbps 的無線區域傳輸技術規格，稱為IEEE 802.11。依照IEEE 組織制定的標準，802.11 採用抗干擾很強的直接序列展頻（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）作為調變的方式，在DSSS 中使用長度為11個切片(chip)的巴克序列(Barker sequence)：{+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1}來展頻。在傳送資料時，根據要傳送的位元來決定展頻碼的極性。而解調變，根據收到信號和展頻碼(Spread Code)的關聯結果將資料解調還原信號，其資料傳輸速度最大只能達到2 Mbps。

  IEEE 802.11b

由於高速傳輸的需求IEEE 802.11 標準委員會修訂802.11標準，將傳輸速度提高，並訂為IEEE 802.11b。IEEE 802.11b工作在 ISM 2.4G到2.4835GHz 的頻段內，共訂定了四種資料傳輸速率，分別為:1M、2M、5.5M、11M bps，其中系統操作切片率為11 M chips/sec 。在傳輸速率為1Mbps及 2Mbps時，分別使用直接序列展頻(DSSS) 技巧及差分二相位移鍵（DBPSK）、差分四相位移鍵（DQPSK）調變，使用展頻碼為長度為11 個切片( chip )之巴克序列（Barker sequence）；在5.5 Mbps及11Mbps，其調變方式排除巴克序列方法，使用有正交關係之個別獨立之字組互補編碼技術(ComplementaryCode Keying，CCK) ，展頻碼為長度為8 個切片(chip)之互補碼來編輯信號，這些字組碼自己有獨特的數據特性，既使在出現重要的噪音和多路干擾的情況下，接收方依然能夠正確區別訊號。爰IEEE 802.11b 資料傳輸速度達5.5 Mbps及11 Mbps，皆使用互補碼（Complementary Code Keying ，CCK) 編碼技術來調變訊號。如表（1-1）所示。
　

　表1-1 IEEE 802.11b資料率特性

傳輸速率
（Data Rate）
展頻碼長度
（Code Length）
調變方式
（Modulation）
符元率
（Symbol Rate）
符元內之位元數
（Bits/ Symbol）
1Mbps
11（Barker sequence）
直接序列展頻/差分二相位移鍵調變
（DSSS/DBPSF）
1Mbps
1
2 Mbps
11（Barker sequence）
直接序列展頻/差分四相位移鍵調變
（DSSS/DQPSF）
1Mbps
2
5.5 Mbps
8（CCK）
互補碼調變/差分四相位移鍵調變
（CCK/DQPSF）
1.375Mbps
4
11 Mbps
8（CCK）
互補碼調變/差分四相位移鍵調變
（CCK/DQPSF）
1.375Mbps
8
　
在IEEE 802.11b，明確制定了實體層（Physical Layer）的規格，讓802.11b與802.11標準中1、2Mbps 模式相容，
如圖（1-2）所示。
 

圖 1-2  IEEE802.11與802.11b 調變模式

  　
二、互補碼調變 (Complementary Code Keying Modulation) 技術

CCK 是使用複合符號結構編碼的M-ary 正交調變（M-ary Orthogonal Keying，MOK）的一種變化。藉著802.11標準中1、2Mbps直接串列展頻(direct sequence spread spectrum , DSSS)通道架構，CCK就能在2.4 GHz ISM 頻道作多通道的運作。
展頻採用了相同的切割率(chipping rate)和頻譜形狀，就像802.11巴克碼(Barker code)的展頻功能，可允許在2.4 ~ 2.483 GHz ISM 頻道有三個不相互衝突的通道。藉由對所有傳輸效率使用相同的引導程序和標頭，這項結構就可相互溝通，如圖（2-1）所示。
 
圖 2-1  包含引導程序和標頭之典型訊框

互補碼最早源於M.J.E. Golay 應用在紅外線多切口光譜計（Multislit Spectrometry）的構想上，然而其特性對雷達及通訊的應用而言，卻成為一種極佳的編碼方式。IEEE 802.11b 所採用之互補碼（CCK）為Harris 和Lucent 發展出來的調變方法，若具有K個碼的集合能滿足下列函數，即可被認為具互補特性的。
                                                                                     
　
CCK 調變使用選自64 個複合向量（QPSK）的其中一個，因此，在每8個展開碼符號（spreading code symbol）以6位元調變（64分之1）。另外2個位元是藉由QPSK 調變到整個碼符號(code_symbol)時所送出，如此每個符號(symbol)便受到8位元的調變。
             CCK碼字公式：
　
＝
　
CCK 碼字由於每個相位的值有四種可能（分別是：0、π/2、π、3π/2），所以總共可以產生=256 個CCK 碼，但互補碼字碼所存在的空間集合卻高達=65536。表（2-1）為每個相位在產生公式中出現的位置，由表中明顯發現，φ1出現在每一個chip 上，φ2 出現在所有奇數chip 上，φ3 出現在奇數組chip 上，而φ4 則出現在以4個chip 為一組的奇數組上，實際上就是一個Walsh/Hadamard 函數組合，互補碼調變，換句話說，就是一個使用複數Walsh/Hadamard 之形式的調變方式，M組不同的信號碼字中有一組被選為傳輸用，用於CCK 的展開函數(spread function)是從資料字(data word)組成之M組幾乎正交向量中所選出來的。

表 2-1  CCK產生公式中每個相位出現的位置
　
  11 Mbps 及5.5 Mbps 調變技術

在資料串 5.5Mbps、11Mbps 資料傳輸中，各以每4、8個位元為一組形成一個符元(Symbol)，再送入多工器。根據CCK 編碼方程式，其CCK調變架構如圖（2-2）所示。
 

圖 2-2  CCK編碼方式
  
在11Mbps 裡，輸入資料以每8個位元送入{ d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 }，將這8個位元分成四組（d0與d1一組、d2與d3一組、d4與d5一組、d6與d7一組），再分成兩段，前段2位元{ d0 d1 }使用DQPSK 調變被編碼成脈波角度φ1 ，作DQPSK 的相位偏移，CCK 中的φ1會因符號的奇數或偶數而有不同的相位偏移，奇數與偶數的相位偏移存在180度的差異（表(2-2) DQPSK 之編碼）。後段6位元之編碼方式，使兩兩一組分成三對，形成{d2 d3}→φ2 , {d4 d5}→φ3 , {d6 d7}→φ4 三個頻率的脈波角度，由表(2-2) QPSK 之編碼表得到，所代表的相位φ2、φ3與φ4，根據尤拉公式  =cosθ + jsinθ，若 為1，則輸出I 與Q 為0；若為j，則輸出I 為0，Q 為1：若為-1，則輸出I 為1，Q 為0：若為-j，則輸出I 與Q 皆為1，如表（2-4）所示。最後藉由前段DQPSK 調變技術調變到整個符號碼內送出，因此每個符元調變後就成為8 個展頻的字組碼，如圖（2-3）11Mbps CCK 字組碼編碼方式。而CCK 碼字公式第4及第7個切片冠上負號（1與-1作交換，j與–j作交換），將I作反向的動作（Cover code）即可達到負號的要求，如圖（2-4）11 Mbps CCK互補碼調變架構，其目的使直流偏移值（DC offset）能夠最小。

表 2-2  DQPSK編碼
  
表 2-3  QPSK編碼
                  

表 2-4  CCK之複數訊號傳送表

表 2-3  QPSK編碼
 


 
圖 2-3  11Mbps CCK 字組碼


 
　
圖 2-4  11Mbps CCK 互補碼調變架構

當通道環境較惡劣時，11Mbps 所傳輸的封包錯誤率可能會超過IEEE802.11b 標準所規定的允許範圍，即符號錯誤率不能超過8%，所以IEEE802.11b 規範定有另一個傳輸速率5.5Mbps。

     5.5Mbps 每個符號僅攜帶4個位元{ d0 d1 d2 d3 }，將4位元分成兩段，前段2位元{ d0 d1 }使用DQPSK 調變被編碼成脈波角度φ1 (參考表（2-2） DQPSK 編碼表)，脈波角度φ1 的改變會參考前一傳送脈波角度的值，依據符號碼的奇數與偶數來選擇不同脈波角度；另後段2位元{ d2, d3 }則被編碼形成φ2 ,φ3 ,φ4 四個角度（參考表（2-5）），其產生4組CCK 碼的方式是將公式的φ2、φ3與φ4做的改變。

 表 2-5  5.5 Mbps CCK編碼表


之後再加上覆蓋碼(cover code)後送出，由於這4 個碼字完全正交因此有較好的效能。如圖（2-5、2-6） 5.5Mbps CCK 字組碼編碼方式及調變架構圖。

 


     
圖2-5   5.5Mbps CCK 字組碼編碼
 
圖 2-6  5.5 Mbps CCK互補碼調變架構

    CCK 字組碼範例

以11Mbps 來當範例，如輸入欲傳送一組字串為8 位元資料 01001101 進入CCK字組碼編碼器，首先將前段兩位元01 進行編碼，參考前面脈波位移，如前一脈波位移為0，目前符元(Symbol)為偶函數(參考DQPSK 編碼表)，可以判斷φ1 脈波位移π/2，否則脈波位移3π/2，後段6 位元分成00、11、01 三對，每對可得脈波角度為[00] →φ2(0),[11] →φ3 (3π/2),[01] →φ4 (π/ 2) (參考QPSK 編碼表)，代入字組碼公式，
       
根據字碼公式可得
根據尤拉(Euler)公式得知：
所以可得一組字組碼
                                                                    


三、參考文獻

【1】郝敏忠、楊鎮華、蔡忠政，「IEEE 802.11b 鄰近通道干擾之分析與研究」，國立高雄第一科技大學電腦與通訊工程系碩士論文，2004.6
【2】余兆棠、唐經洲、朱朝成「無線區域網路之CCK調變/解調器與等化器設計與實現」，南台科技大學電子工程系碩士論文，2004.8
【3】楊正任、陳逸樺「以基頻預先補償實現 2.4GHzCCK 編碼調變之高線性發射機」，元智大學電機工程研究所碩士論文，2001.6
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