第3講無(wú)線信道問(wèn)題及解決課件

1、u信道建模u路徑損耗u對(duì)數(shù)正態(tài)衰落u瑞利衰落u衰落的特性u(píng)時(shí)間相干性：快衰落和慢衰落u頻率相干性：頻率選擇性和平坦衰落u空間相干性：u大尺度衰落和小尺度衰落、移動(dòng)衰落信源發(fā)射機(jī)路徑損耗大尺度陰影衰落接收機(jī)信宿多個(gè)獨(dú)立徑（小尺度移動(dòng)慢）衰落AWGN1212接收功率基站移動(dòng)臺(tái)距離平均路徑損耗對(duì)數(shù)正態(tài)大尺度衰落瑞利小尺度衰落大尺度衰落容限 610dB小尺度衰落容限2030dBu移動(dòng)無(wú)線信道可以用“路徑損耗對(duì)數(shù)正態(tài)衰落多徑/瑞利衰落”來(lái)表征u“路徑損耗”問(wèn)題在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)解決，基帶部分僅解決“對(duì)數(shù)正態(tài)衰落、頻率選擇性和慢衰落”引起的問(wèn)題u移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)的基帶信道建模成權(quán)值為獨(dú)立的瑞利隨機(jī)變量的FIR濾波器

2、u最常用的信道仿真方法分為頻域和時(shí)域最常用的信道仿真方法分為頻域和時(shí)域2r2341111 21 231 21bb00rreq4P,其中1111.EEM(dB)（dB）（dB）NNrssinoutNcompNEIRPGdLLSNRFSNRFFFFFFGG GG G GG GGpl-驏=桫=-=+驏驏鼢瓏鼢瓏鼢瓏鼢瓏桫桫u收發(fā)機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致信道的時(shí)變特性（多普勒擴(kuò)展）u從頻域角度看，當(dāng)信道衰落率大于碼元速率時(shí)信道成為快衰落信道，否則成為慢衰落信道u從時(shí)間角度看，信道相關(guān)時(shí)間大于碼元時(shí)間時(shí)信道為慢衰落，否則稱為快衰落） tfaatfatatfaaatCttftACtffatfaAtydddd2co

3、s2sintan2cos2其中，2cos2cos2cos)(212122212100201u多徑傳播的時(shí)間擴(kuò)散導(dǎo)致頻率選擇性衰落u在時(shí)域上引入（基帶）碼間干擾u在頻域上造成峰和谷u多徑傳播的空間方向上的擴(kuò)散引起空間選擇性u(píng)該選擇性可用大尺度衰落和小尺度衰落共同描述u當(dāng)收發(fā)機(jī)相對(duì)位移與載波波長(zhǎng)可比時(shí)，稱為小尺度波動(dòng)，用瑞利分布變量描述u當(dāng)收發(fā)機(jī)相對(duì)位移大于多個(gè)載波波長(zhǎng)時(shí)，稱為大尺度波動(dòng)，用對(duì)數(shù)正態(tài)分布變量描述u對(duì)于移動(dòng)無(wú)線信道，空間不相干性導(dǎo)致時(shí)間不相干性，即小尺度衰落造成移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)的時(shí)間選擇性02102102202121000002012cos2sintan;2cos2;其中，;2cos;2

4、cos2cos)(faafafafaaafBftffABtfatfaAty基帶頻域基帶頻域RayleighRayleigh衰落仿真衰落仿真1111nn11( )( )( )22( )cos()( )cos()4M222 cosn=1,2,.,M2 sinn=1,2,.,M2 cos,12 sin,1,1,2,.,14csMMcnnsnnnnddnnMMnr tr tjr tr tatr tbtNNNfabnMnMnnMMnMwwwpbbbbpbp+=+=+=+=祆镲镲镲=眄镲=+=+镲镲銠=+邋，且，2cos,1,2,.,1dndnnMNnMpwww=镲=眄镲镲=+镲 ，l由于信道衰落造成信號(hào)

5、失真，系統(tǒng)性能可能達(dá)到不可減少的誤比特率。此時(shí)，無(wú)論多大的Eb/No都無(wú)助于性能改善，唯一的方法是減少或消除失真l一旦減少了信號(hào)失真，誤比特率性能就可以轉(zhuǎn)到瑞利界限曲線，從而可采用分集技術(shù)和糾錯(cuò)碼進(jìn)一步改善衰落的影響，使性能盡量達(dá)到AWGN系統(tǒng)l抗失真l抗頻率選擇性失真l均衡、RAKE+信道估計(jì)（擴(kuò)頻信號(hào)導(dǎo)頻信號(hào)）、OFDMl快衰落l非相干或差分相干方式的穩(wěn)健調(diào)制、糾錯(cuò)編碼降低對(duì)Eb/N0的要求、多相濾波均衡l抗SNR損耗（單個(gè)可分辨徑慢衰落、AWGN）l交織和糾錯(cuò)編碼l分集l抗衰落l利用加性獨(dú)立（不相關(guān)）的信號(hào)來(lái)提高信號(hào)信噪比l實(shí)現(xiàn)代價(jià)較低l為對(duì)抗頻率選擇性和慢衰落l為對(duì)抗頻率選擇性和慢衰落

6、，在信道估計(jì)基礎(chǔ)上，用RAKE接收機(jī)進(jìn)行分集接收l(shuí)為對(duì)抗慢衰落，用快速功控緩解信號(hào)功率問(wèn)題l采用交織、差錯(cuò)編碼、ARQ增加信號(hào)冗余度和（時(shí)間分集）u上行鏈路的不同用戶信號(hào)的到達(dá)時(shí)間不同，靠擴(kuò)頻碼的部分相關(guān)隔離不同用戶的信號(hào)；下行鏈路的同基站用戶采用正交的OVSF碼隔離；不同基站用戶采用擾碼隔離（碼分多址CDMA）u擴(kuò)頻信號(hào)在可分辨的時(shí)刻到達(dá)接收機(jī)，如WCDMA是78m、CDMA2000是244m ，使RAKE接收機(jī)成為可能uCDMA系統(tǒng)中的主要干擾為多址干擾u多徑信號(hào)造成各碼道不正交（上下行都存在）u鄰小區(qū)下行發(fā)射信號(hào)對(duì)當(dāng)前小區(qū)下行信號(hào)的干擾u與前端熱噪聲相比，其他用戶信號(hào)很強(qiáng)u用戶與基站距離

7、不同導(dǎo)致的路徑衰耗不同，加上多址干擾的存在，共同引起遠(yuǎn)近效應(yīng)lRAKE接收機(jī)lChip均衡器干擾抵消器l遠(yuǎn)近效應(yīng)（上行）、小區(qū)邊緣強(qiáng)干擾（下行）要求精確功控l軟切換和更軟切換l20%40%的連接發(fā)生在小區(qū)的連接區(qū)、5%15%的連接發(fā)生在扇區(qū)間l對(duì)于下行來(lái)講，有效利用多基站發(fā)射信號(hào)l（對(duì)鄰小區(qū)）遠(yuǎn)近效應(yīng)要求lBello在1963年針對(duì)衰落現(xiàn)象提出的寬平穩(wěn)不相關(guān)散射概念（WSSUS）u 利用寬帶信號(hào)的高分辨率分離多徑信號(hào)u通過(guò)導(dǎo)頻信道估計(jì)信道系數(shù)u將每個(gè)徑上的相關(guān)接收機(jī)輸出進(jìn)行相位/幅度（最大比）合并，并送給解碼器u多徑引起的多址干擾，由擴(kuò)頻比抑制u比均衡接收計(jì)算量?。?G左右）u 在切換區(qū)接收多

8、個(gè)基站信號(hào)進(jìn)行分集合并u相鄰基站采用相同載頻u不同PN碼偏移區(qū)分不同基站信號(hào)u可進(jìn)行不同基站的信道估計(jì)u從而實(shí)現(xiàn)軟切換（不間斷通信）l特點(diǎn)u移動(dòng)臺(tái)和基站同時(shí)通過(guò)多條空中接口信道通信l二者異同點(diǎn)u移動(dòng)臺(tái)側(cè)類似u軟切換時(shí)上行信號(hào)在RNC進(jìn)行選擇性合并，且有兩個(gè)功控環(huán)路u更軟切換時(shí)，上行信號(hào)送入基站的同一基帶RAKE接收機(jī)進(jìn)行合并，僅有一個(gè)功控環(huán)路u開環(huán)功率控制技術(shù)u利用下行信號(hào)功率，預(yù)測(cè)路徑損耗，計(jì)算發(fā)送功率uFDD方式時(shí)，上下行頻段不同，誤差大u 閉環(huán)功率控制u對(duì)上行信號(hào)的接收信干比進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，產(chǎn)生功率控制比特發(fā)到移動(dòng)臺(tái)控制其發(fā)射功率u需要占用信道資源，存在反應(yīng)時(shí)間問(wèn)題u對(duì)不同類型的信道所需信

9、干比不同（導(dǎo)致采用外環(huán)功控）u 外環(huán)功率控制u補(bǔ)償環(huán)境變化和速度變化引起的慢衰落u根據(jù)實(shí)測(cè)誤幀率實(shí)時(shí)改變功控門限l處理增益（以增加帶寬為代價(jià)）使小區(qū)間的頻率復(fù)用因子為1（一個(gè)頻率用于每個(gè)小區(qū)/扇區(qū)）l多個(gè)用戶的多址干擾被平均，按干擾規(guī)劃比按尺度（時(shí)間、頻率）規(guī)劃有更大的容量lPN序列的相關(guān)特點(diǎn)導(dǎo)致了遠(yuǎn)近效應(yīng)等副作用，從而需要精確功控和軟切換技術(shù)l多徑分辨能力，可采用RAKE接收機(jī)，擴(kuò)頻/解擴(kuò)要求相干檢測(cè)l射頻工程中，描述的是信息帶寬與載波頻率的相對(duì)大?。喝绻浔戎蹬c1相比小很多，稱為寬帶系統(tǒng)l模擬調(diào)頻中，描述的是調(diào)制方式的一種屬性：如果調(diào)制帶寬大于調(diào)制信號(hào)的帶寬，稱為寬帶調(diào)頻l數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)帶寬與信道傳遞函數(shù)相比，如果傳遞函數(shù)在系統(tǒng)帶寬范圍內(nèi)有明顯變化（頻率