第3章 無(wú)線通信基本技術(shù)-4

復(fù)習(xí)：1、多址技術(shù)：希望兩個(gè)或多個(gè)用戶可以同時(shí)利用同一個(gè)信道相互通信。2、常見的多址方式有頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。

3、頻分多址(FDMA)頻分多址：把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個(gè)等間隔的頻道(或稱信道)分配給不同的用戶使用。

FDMA系統(tǒng)中可以同時(shí)支持的信道數(shù)：1FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)：不需要信道均衡；每個(gè)信道中的信息是一種連續(xù)發(fā)送模式，因此，用于同步控制等的系統(tǒng)開銷?。蝗菀桩a(chǎn)生互調(diào)干擾；收發(fā)信號(hào)的頻率間隔必須大于一定的數(shù)值。時(shí)分多址(TDMA)時(shí)分多址：把一個(gè)載波在時(shí)間上分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙，然后根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)。2TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)：頻譜利用率高，系統(tǒng)容量較大。TDMA系統(tǒng)數(shù)據(jù)的發(fā)送不是連續(xù)的。發(fā)射機(jī)可以在非工作時(shí)隙將電源關(guān)閉，因此，移動(dòng)臺(tái)的電池消耗較低?？梢愿鶕?jù)用戶需求靈活地進(jìn)行時(shí)隙分配，必要時(shí)可以將多個(gè)時(shí)隙分配給一個(gè)用戶使用。為了消除碼間干擾的影響需要采用自適應(yīng)均衡。TDMA對(duì)系統(tǒng)定時(shí)和同步的要求更為嚴(yán)格，其同步控制的系統(tǒng)開銷也相對(duì)較大。TDMA系統(tǒng)的信道數(shù)：

m是每一個(gè)無(wú)線載頻所能支持的最大TDMA用戶數(shù)；3空分多址(SDMA)特點(diǎn)：通過空間分割來(lái)區(qū)分不同用戶方式：利用自適應(yīng)天線陣列，使用定向波束天線服務(wù)于不同的用戶SDMA的優(yōu)點(diǎn)：可以提高天線增益，從而提高系統(tǒng)容量；可以削弱來(lái)自外界的干擾。

SDMA的缺點(diǎn)：SDMA的關(guān)鍵技術(shù)是智能天線技術(shù)，對(duì)多用戶的動(dòng)態(tài)捕捉、識(shí)別與跟蹤以及信道的辨識(shí)等極為復(fù)雜。擴(kuò)頻多址(SSMA)/碼分多址(CDMA)原理：以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的一種多址方式，利用不同的碼型來(lái)實(shí)現(xiàn)不同用戶的信息傳輸，又稱為碼分多址。4

對(duì)于擴(kuò)頻碼的選擇要求：

1、要求滿足正交性，但實(shí)際上通常是準(zhǔn)正交性；

2、要求其能夠提供足夠多的地址碼；

3、要求地址碼類似白噪聲，以增強(qiáng)隱蔽性；

4、要求周期足夠長(zhǎng)；

5、要求地址碼產(chǎn)生與捕獲容易、同步建立時(shí)間較短。

常用的基本擴(kuò)頻方式有3種：直接序列擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻和跳時(shí)擴(kuò)頻。直接序列碼分多址(DS-CDMA)

原理：將攜帶信息的窄帶信號(hào)與高速擴(kuò)頻碼(PN碼)相乘而獲得的寬帶擴(kuò)頻信號(hào)。51.直接序列碼分多址(DS-CDMA)

原理：在發(fā)送方，不同的用戶使用不同的PN序列（PN序列需相互正交）對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)頻處理。在接收方，采用和發(fā)送方完全相同的PN碼序列且時(shí)間同步才能夠正確地將相關(guān)信號(hào)解擴(kuò)出來(lái)。而其它發(fā)送信號(hào)由于PN碼序列不相關(guān)，則被作為噪聲處理。

CDMA系統(tǒng)利用PN序列來(lái)區(qū)分不同的用戶。BPSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)

BbBcBcBb

原信號(hào)6DS-CDMA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

1、由于信號(hào)被擴(kuò)展在很寬的頻帶上，單位頻帶內(nèi)的功率就很小，即信號(hào)的功率譜密度很低，所以具有較強(qiáng)的抗窄帶干擾、抗多徑衰落能力和較好的保密性。

2、許多用戶可共享頻率資源，無(wú)需復(fù)雜的頻率分配和管理；

3、具有“軟容量”特性，即在一定限度內(nèi)用戶數(shù)增加，只會(huì)造成信噪比下降，而不會(huì)終止通信，即增加用戶數(shù)目只會(huì)線性地增加系統(tǒng)噪聲。

4、具有“小區(qū)呼吸功能”，即小區(qū)負(fù)荷量可以動(dòng)態(tài)控制，相鄰小區(qū)可通過覆蓋范圍的互動(dòng)來(lái)重新分擔(dān)負(fù)荷；

5、可以通過“軟切換”實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的越區(qū)管理，保證越區(qū)時(shí)通信的連續(xù)性。7

DS-CDMA系統(tǒng)存在的兩個(gè)問題：

1、多址干擾(MAI)問題：

由于所有用戶都工作在相同的頻率上，不同地址碼之間并非完全正交，進(jìn)入接收機(jī)的信號(hào)除了所希望的有用信號(hào)外，還疊加有其它用戶的信號(hào)(MAI)。

多址干擾的大小取決于在該頻率上工作的用戶數(shù)及各用戶的功率大小。

該問題需要通過對(duì)地址碼選擇的進(jìn)一步研究來(lái)解決。82、遠(yuǎn)近效應(yīng)

在CDMA系統(tǒng)中，多個(gè)移動(dòng)臺(tái)可以在同一時(shí)間使用同一頻率的信號(hào)在同一小區(qū)內(nèi)進(jìn)行通信。如果移動(dòng)臺(tái)都以相同的功率發(fā)射，則由于到基站的距離不同，基站接收到的各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)電平會(huì)相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致強(qiáng)信號(hào)抑制弱信號(hào)的接收，即所謂的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。

為了克服這一現(xiàn)象，使系統(tǒng)的容量最大，需要進(jìn)行功率控制，即根據(jù)移動(dòng)臺(tái)與基站的距離，調(diào)整各移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送功率，使所有移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)到達(dá)基站時(shí)電平都相等。該電平的大小只需剛好滿足信干比門限的要求即可。

從基站到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的下行鏈路同樣也需要功率控制。92.跳頻碼分多址(FH-CDMA)

將跳頻技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的一種多址技術(shù)。

原理：用戶根據(jù)各自的偽隨機(jī)(PN)序列的變化規(guī)律，每個(gè)用戶的載波頻率在很寬的頻率范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)變化。一個(gè)會(huì)話期內(nèi)，發(fā)送設(shè)備不斷更換頻率。接收設(shè)備必須使用同樣的跳頻規(guī)律進(jìn)行正確解擴(kuò)。

PN序列需滿足：

(1)在通信過程中頻率序列相互正交；

(2)在一個(gè)序列周期內(nèi)，所有使用頻率在任一時(shí)刻必不相同。

特點(diǎn)：安全保密性好；良好的抗小尺度衰落能力；103.跳時(shí)碼分多址(TH-CDMA)

原理：用一組正交跳時(shí)碼控制各個(gè)用戶的信號(hào)在一幀時(shí)間內(nèi)的不同位置進(jìn)行偽隨機(jī)跳變；所以，TH-CDMA可以看做是一種由偽隨機(jī)碼控制的多進(jìn)制脈位調(diào)制(MPPM)。

為了進(jìn)一步提高抗干擾性能，TH-CDMA通常都是與其他擴(kuò)頻技術(shù)(如跳頻)混合使用的。113.4.5分組無(wú)線電(PR)/隨機(jī)多址(RA)

原理：基于數(shù)據(jù)通信的思想，將需要傳送的信息進(jìn)行分塊打包成分組；所有用戶在需要時(shí)隨機(jī)接入信道，并分組發(fā)送出去。

由于各用戶的發(fā)送信息接入信道的時(shí)刻是隨機(jī)的，所以這種多址方式又稱為隨機(jī)多址(RA)。

當(dāng)有多個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行信息發(fā)送時(shí)就會(huì)產(chǎn)生碰撞，分組無(wú)線電系統(tǒng)具有有效的碰撞檢測(cè)機(jī)制，讓碰撞用戶重發(fā)直至通信成功。12分組無(wú)線電解決通信資源共享的方法是在多個(gè)用戶之間引入簡(jiǎn)單的競(jìng)爭(zhēng)與裁決機(jī)制。為了適應(yīng)分組無(wú)線電的競(jìng)爭(zhēng)與裁決機(jī)制，人們已經(jīng)制定了多種協(xié)議，其中最早也是用得最多的是各種形式的ALOHA協(xié)議。目前還沒有一種協(xié)議適用于任何模型和網(wǎng)絡(luò)。13

1.ALOHA協(xié)議

ALOHA協(xié)議是一種最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分組傳輸協(xié)議。

原理：任何一個(gè)用戶只要有數(shù)據(jù)分組發(fā)送，它就立刻接入信道進(jìn)行發(fā)送。發(fā)送結(jié)束后，在相同的信道上或一個(gè)單獨(dú)的反饋信道上等待應(yīng)答。如果在一個(gè)給定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，沒有收到對(duì)方的認(rèn)可應(yīng)答，則重發(fā)剛發(fā)的數(shù)據(jù)分組。

對(duì)于隨機(jī)多址協(xié)議而言，其主要性能指標(biāo)有兩個(gè)：

一是通過量(S)(指單位時(shí)間內(nèi)平均成功傳輸?shù)姆纸M數(shù))；

二是每個(gè)分組的平均時(shí)延(D)。14圖3-33ALOHA協(xié)議和時(shí)隙ALOHA示意圖ALOHA協(xié)議在發(fā)送前不監(jiān)聽信道，因此，發(fā)送成功效率較低。15

2.載波偵聽多址(CSMA)

原理：每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前，首先要偵聽是否有空閑信道。若信道空閑(沒有檢測(cè)到載波)，則可以發(fā)送；若信道忙，則按照設(shè)定的準(zhǔn)則推遲發(fā)送。

影響系統(tǒng)的兩個(gè)主要參數(shù)是檢測(cè)時(shí)延和傳播時(shí)延。

檢測(cè)時(shí)延是指接收機(jī)判斷信道是否空閑所需的時(shí)間。

傳播時(shí)延是一個(gè)分組從基站傳送到移動(dòng)終端所需時(shí)間的相對(duì)測(cè)量。

檢測(cè)時(shí)間越小，終端能更快檢測(cè)到一個(gè)空閑信道；

傳播時(shí)延越小，就意味著分組可以在一個(gè)相對(duì)較小的間隙中，通過信道發(fā)射出去。

16當(dāng)檢測(cè)到信道忙時(shí)，有幾種處理方法：

(1)暫時(shí)放棄檢測(cè)信道，并等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)延，在新的時(shí)刻重新檢測(cè)信道，直到檢測(cè)到空閑信道，該協(xié)議稱為非堅(jiān)持CSMA。

(2)堅(jiān)持繼續(xù)檢測(cè)信道直至信道空閑，一旦信道空閑，就以概率1發(fā)送分組，該協(xié)議稱為1-堅(jiān)持CSMA。

(3)繼續(xù)檢測(cè)信道直至信道空閑，此時(shí)以概率p發(fā)送分組，并以概率1-p推遲發(fā)送，該協(xié)議稱為p-堅(jiān)持CSMA。173.5.1分集接收3.5.3RAKE接收技術(shù)3.5.2均衡技術(shù)3.5抗衰落技術(shù)18移動(dòng)通信環(huán)境惡劣，信道特性復(fù)雜。不但存在一般通信系統(tǒng)共有的噪聲和干擾，而且陰影效應(yīng)(及直射、反射、繞射、散射等)——信號(hào)的大尺度衰落多徑傳播、多普勒頻移等——信號(hào)的小尺度衰落大尺度衰落可通過功率儲(chǔ)備解決，但小尺度衰落則不行小尺度衰落的特點(diǎn)時(shí)域：會(huì)導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的ISI頻域：產(chǎn)生頻率選擇性衰落，導(dǎo)致信號(hào)失真為了消除信道對(duì)傳輸信號(hào)的影響，人們研究了一系列的抗衰落技術(shù)：分集技術(shù)、均衡技術(shù)、信道編碼技術(shù)等。19一、分集技術(shù)目的：抵消信道衰落對(duì)通信的影響技術(shù)手段：首先通過某種方法獲得多個(gè)攜帶相同信息的衰落信號(hào)，然后再利用某種規(guī)則將這些信號(hào)合并起來(lái)，得到一個(gè)衰落深度大大減小的信號(hào)。要求：獲得的多個(gè)信號(hào)的衰落特性互不相關(guān)適用場(chǎng)合：平坦衰落20二、均衡技術(shù)目的：對(duì)抗信道引起的ISI技術(shù)手段：通過對(duì)接收信號(hào)幅度和延遲的補(bǔ)償，克服ISI的影響，從而改善信號(hào)的質(zhì)量關(guān)鍵問題：無(wú)線信道是時(shí)變信道，即ISI隨時(shí)間的變化而變化。解決方法：對(duì)信號(hào)的補(bǔ)償情況也隨著信道的變化而變化——自適應(yīng)均衡。21三、信道編碼目的：改善通信鏈路的誤碼性能技術(shù)手段：再發(fā)送的信息中加入一些冗余分類：分組編碼，卷積編碼關(guān)鍵問題：信道編碼一般只是對(duì)平穩(wěn)的隨機(jī)錯(cuò)誤有效，而對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤無(wú)能為力。解決方法：交織技術(shù)（將突發(fā)錯(cuò)誤離散化，變成隨機(jī)錯(cuò)誤）。223.5.1分集接收定義：研究如何利用多徑信號(hào)來(lái)改善系統(tǒng)性能的技術(shù)?；舅枷耄喊呀邮盏降亩鄠€(gè)衰落獨(dú)立的信號(hào)分別加以處理，然后以適當(dāng)?shù)姆绞綄⑻幚砗蟮男盘?hào)合并輸出，從而達(dá)到改善接收信號(hào)質(zhì)量的目的。作用：可以減小在平坦衰落信道上接收信號(hào)的衰落深度和衰落的持續(xù)時(shí)間。23圖3-35選擇式分集合并示意圖方法：通過某種技術(shù)手段，獲得多個(gè)衰落特性相互獨(dú)立的、攜帶相同信息的信號(hào)，然后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，合成一個(gè)衰落深度大大降低的信號(hào)，從而改善接收信號(hào)的質(zhì)量。24分集技術(shù)對(duì)信號(hào)的處理包含兩個(gè)過程：分散傳輸。使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶相同信息的衰落信號(hào)；集中處理（信號(hào)合并）。即接收機(jī)把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行合并(包括選擇與組合)以降低衰落的影響。無(wú)線信號(hào)的衰落包括慢衰落和快衰落兩種。針對(duì)這兩種衰落，常用的分集技術(shù)可以分為宏分集和微分集。25宏分集是一種減小慢衰落影響的分集技術(shù)。是通過把多個(gè)基站設(shè)置在不同的地理位置上，同時(shí)和小區(qū)內(nèi)的一個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。只要在各個(gè)方向上的信號(hào)傳播不是同時(shí)受到陰影效應(yīng)或地形的影響而出現(xiàn)嚴(yán)重的慢衰落，則該辦法就能保持通信不會(huì)中斷，也稱為“多基站”分集?！拔⒎旨笔且环N減小快衰落影響的分集技術(shù)。分集只用一個(gè)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)，用于抗多徑衰落。理論和實(shí)踐都表明，在空間、頻率、極化、角度及時(shí)間等方面分離的無(wú)線信號(hào)，都呈現(xiàn)相互獨(dú)立的衰落特性。這里主要介紹微分集，也就是通常所說的分集。主要包括空間分集、頻率分集、時(shí)間分集、角度分集和極化分集；26

1.微分集

1)空間分集

依據(jù)：小尺度衰落的空間獨(dú)立性。即在任意兩個(gè)不同的位置上接收同一個(gè)信號(hào)，只要兩個(gè)位置的距離大到一定程度，則兩處所接收信號(hào)的衰落是不相關(guān)的。

特點(diǎn)：要求天線之間必須有足夠的空間間隔，也叫天線分集。要求接收機(jī)至少需要兩副相隔距離為d的天線；d與信號(hào)波長(zhǎng)、天線高度及地物有關(guān)，常?。菏袇^(qū)d=0.5λ/郊區(qū)d=0.8λ一副天線多副天線M=2~427(2)頻率分集依據(jù)：由于載頻間隔大于相關(guān)帶寬的兩個(gè)信號(hào)所遭受的衰落可認(rèn)為是不相關(guān)的，因此，可用兩個(gè)以上不同的載頻傳輸同一信息，以實(shí)現(xiàn)頻率分集。特點(diǎn)：需用兩部以上發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)送同一信號(hào)，并用兩部以上獨(dú)立接收機(jī)接收信號(hào)——設(shè)備復(fù)雜；需要占用兩個(gè)以上頻帶——增加了帶寬，降低了頻譜利用率；28

(3)時(shí)間分集依據(jù)：小尺度衰落具有時(shí)間獨(dú)立性。即同一信號(hào)在不同的時(shí)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送的時(shí)間間隔足夠大(間隔大于相干時(shí)間)，則各次發(fā)送信號(hào)所產(chǎn)生的衰落將是彼此獨(dú)立的。時(shí)間分集有利于克服移動(dòng)信道中由多普勒效應(yīng)引起的信號(hào)衰落現(xiàn)象。優(yōu)點(diǎn)：減少了接收天線的數(shù)目；缺點(diǎn)：引入了信號(hào)處理時(shí)延，要占用更多的時(shí)隙資源，從而降低了傳輸效率。在GSM通信系統(tǒng)中，信道編碼之后所進(jìn)行的交織處理就是時(shí)間分集技術(shù)的具體應(yīng)用。29(4)角度分集依據(jù)：由于地形、地物、電波傳播環(huán)境的不同，到達(dá)接收端的信號(hào)可能來(lái)自不同的角度，這些信號(hào)分量具有互相獨(dú)立的衰落特性，因而，可通過角度分集獲得抗衰落的效果。具體做法：使電波通過幾個(gè)不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端，接收端在利用多個(gè)方向性尖銳的接收天線，分別指向不同的方向進(jìn)行接收。特點(diǎn)：在頻率較高時(shí)容易實(shí)現(xiàn)。需要多個(gè)接收天線。角度分集是空間分集的變化形式的一種。30(5)極化分集原理：在同一地點(diǎn)兩個(gè)極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號(hào)可以具有獨(dú)立的衰落特性，因而，在發(fā)送端和接收端可以用兩個(gè)位置很近但極化方向相互正交的天線分別發(fā)送和接收信號(hào)，以獲得分集效果。是空間分集的另一變化形式。特點(diǎn)：需要兩幅天線，但天線間的距離較空間分集要小得多特別適用于天線架設(shè)場(chǎng)地受到限制的場(chǎng)所31

2.合并技術(shù)

在接收端取得M條相互獨(dú)立的支路信號(hào)以后，如何利用這些信號(hào)以減小衰落的影響，這就是合并問題。

根據(jù)在接收端使用合并技術(shù)的位置不同，可以分為檢測(cè)前合并技術(shù)和檢測(cè)后合并技術(shù)，如圖所示。圖3-37檢測(cè)前合并技術(shù)圖3-38檢測(cè)后合并技術(shù)32假設(shè)M個(gè)輸入信號(hào)電壓為r1(t)，r2(t)，…，rM(t)，則合并器輸出電壓r(t)為

式中，ak為第k路輸出信號(hào)的加權(quán)系數(shù)。

選擇不同的加權(quán)系數(shù)就可以構(gòu)成不同的合并方式。

合并技術(shù)通常有選擇式合并、最大比值合并和等增益合并三種方式。(3-5-1)

一般使用線性合并器，把輸入的M個(gè)獨(dú)立衰落信號(hào)相加后合并輸出。331)選擇式合并

原理：檢測(cè)所有分集支路的信號(hào)，選擇其中信噪比最高的那一個(gè)支路的信號(hào)作為合并器的輸出。

由此可見，在選擇式合并器中，加權(quán)系數(shù)只有一項(xiàng)為1，其余均為0。（開關(guān)式合并）

特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易；

由于未被選擇支路的信號(hào)棄之不用，因此，性能最差。圖3-39選擇式合并的原理檢測(cè)后合并34

2)最大比值合并

原理：M個(gè)分集支路經(jīng)過相位調(diào)整后，按適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)同相相加(檢測(cè)前合并)，再送入檢測(cè)器，如圖3-40所示。

圖3-40最大比值合并的原理35M條分集支路中，第k條支路信號(hào)包絡(luò)用rk表示，Nk為該支路的噪聲功率，則最大比值合并第k支路的加權(quán)系數(shù)定義為

假定每條支路的噪聲功率均為N，則最大比值合并輸出為

(3-5-3)(3-5-2)最大比值合并方式式中，下標(biāo)R表征最大比值合并方式。36由式(3-5-3)可以看出，合并后信號(hào)的振幅與各支路信噪比相關(guān)，信噪比愈大的支路對(duì)合并后的信號(hào)貢獻(xiàn)愈大。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要實(shí)際測(cè)量出每個(gè)支路的信噪比，以便及時(shí)對(duì)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。特點(diǎn)：充分利用了每條支路的信號(hào)，因此性能最好。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。(3-5-3)37

設(shè)Γ為每個(gè)支路的平均信噪比，則最大比值合并的平均輸出信噪比為

〈γM〉=MΓ(3-5-4)

合并增益為

從式(3-5-5)可以看出,〈γM〉與M成線性關(guān)系，最大比值合并對(duì)輸出信噪比的改善是明顯的。(3-5-5)383)等增益合并

原理：無(wú)需對(duì)信號(hào)加權(quán)，各支路的信號(hào)是等增益相加的。

在最大比值合并中，取加權(quán)系數(shù)ak=1時(shí)，為等增益合并。等增益合并器輸出的信號(hào)包絡(luò)為:

特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)比較容易，設(shè)備也簡(jiǎn)單，其性能接近于最大比值合并。(3-5-6)式中，下標(biāo)E表征等增益合并。

39三種合并方式比較：

1、上述三種合并方式中，最大比值合并性能最好，但其實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜;

2、選擇式合并實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單，但其性能也最差;

3、等增益合并實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度適中，其性能接近最大比值合并，是比較常用的一種合并方式。401.基本概念任何用來(lái)削弱碼間干擾的信號(hào)處理手段，都可以稱為均衡;碼間干擾產(chǎn)生機(jī)理：多徑傳播，時(shí)間擴(kuò)散，帶寬受限均衡原理：用前后碼元來(lái)估計(jì)信道特性，對(duì)當(dāng)前碼元進(jìn)行補(bǔ)償2.在系統(tǒng)中所處位置：中頻或射頻均衡基帶均衡3.5.2均衡技術(shù)41圖3-41使用均衡器的通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖均衡器的原理以基帶均衡為例圖中：x(t)：原始基帶信號(hào)；

f(t)：發(fā)射機(jī)、信道、接收機(jī)的射頻和中頻三部分的合成沖激響應(yīng)，即等效傳輸信道的沖激響應(yīng)；

nb(t)：均衡器輸入端的基帶噪聲。42

設(shè)均衡器的沖激響應(yīng)為heq(t)，則均衡器的輸出為

其中,g(t)是發(fā)射機(jī)、信道、接收機(jī)的射頻和中頻部分、均衡器四部分的等效沖激響應(yīng)。

假定系統(tǒng)中沒有噪聲，即nb(t)=0，

在理想情況下，希望=x(t)，

則g(t)必須滿足式g(t)=f*(t)*heq(t)=δ(t)(3-5-10)

從頻域表示可得到:Heq(f)F*(－f)=1(3-5-11)(3-5-8)則均衡器收到的信號(hào)可表示為

y(t)=x(t)*f*(t)+nb(t)(3-5-7)43式(3-5-11)表明均衡器實(shí)際上是傳輸信道的反向?yàn)V波器。

如果傳輸信道是頻率選擇性的，那么均衡器將增強(qiáng)頻率衰落大的頻譜部分，而削弱頻率衰落小的頻譜部分，以使所收到的頻譜的各部分衰落趨于平坦，相位趨于線性。在實(shí)際應(yīng)用中，由于，所以很難使得只能使得誤差盡可能小。Heq(f)F*(－f)=1(3-5-11)442.均衡的分類

均衡可分為固定均衡和自適應(yīng)均衡。

自適應(yīng)均衡可分為頻域均衡和時(shí)域均衡。

頻域均衡是使總的傳輸函數(shù)滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，即校正幅頻特性和群時(shí)延特性。模擬通信多采用頻域均衡。

時(shí)域均衡是使總的沖激響應(yīng)滿足無(wú)碼間干擾的條件。數(shù)字通信中多采用時(shí)域均衡。45分為線性均衡和非線性均衡。

線性均衡器輸出的恢復(fù)信息未被應(yīng)用于反饋；主要應(yīng)用于具有較好傳播特性的信道，如電話線等，性能良好；但在消除碼間干擾的同時(shí)增大了噪聲，所以不適用于有嚴(yán)重幅度失真的信道。

非線性均衡的輸出信息被應(yīng)用于反饋邏輯并影響到均衡器的后續(xù)輸出。

均衡器的類型、結(jié)構(gòu)和算法示意圖如圖3-42所示。46圖3-42均衡器的類型、結(jié)構(gòu)和算法473.均衡技術(shù)算法

1)線性均衡器

線性均衡器的作用：盡量使信道和均衡器的傳輸函數(shù)的乘積滿足一定的準(zhǔn)則，從而使信道濾波器級(jí)聯(lián)的傳輸函數(shù)完全平坦，或者使濾波器輸出端的均方誤差最小。

線性均衡器的基本結(jié)構(gòu)如圖3-43所示。48圖3-43線性橫向?yàn)V波器型均衡器的結(jié)構(gòu)ck是橫向?yàn)V波器的抽頭系數(shù)，抽頭總數(shù)為2n+1。則均衡器輸出為(3-5-12)希望盡可能接近序列xk。49當(dāng)使εk=0時(shí)，可得迫零均衡器。

當(dāng)使E{|εk|2}→min時(shí)，可得最小均方誤差均衡器。

則對(duì)于具有2n＋1個(gè)抽頭的線性均衡器，均衡器輸出結(jié)果的均方誤差(MSE)可表示為

均方誤差是各抽頭系數(shù)(權(quán)重)的函數(shù)。均方誤差越小，誤碼率越低，均衡器性能越好。因此，所選擇的抽頭系數(shù)應(yīng)該使得MSE最小化。(3-5-14)

定義誤差εk:

(3-5-13)502)非線性均衡器

線性均衡器存在的問題：當(dāng)信道中有深度頻率選擇性衰落時(shí)，為了補(bǔ)償頻譜失真，線性均衡器會(huì)對(duì)出現(xiàn)深度衰落的頻譜部分及周邊的頻譜產(chǎn)生很大的增益，從而增加了這段頻譜的噪聲，以致線性均衡器不能取得滿意的效果。這時(shí)采用非線性均衡器處理效果比較好。

常用非線性均衡器的算法有：判決反饋均衡(DFE)、最大似然符號(hào)檢測(cè)和最大似然序列估值(MLSE)。51(1)判決反饋均衡(DFE)。

基本思想：一旦一個(gè)比特的信息被正確檢測(cè)并判決，就可以利用該信息，并結(jié)合信道沖激響應(yīng)來(lái)消除由該比特引起的碼間干擾。

判決反饋均衡器可由橫向?yàn)V波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。橫向?yàn)V波器由一個(gè)前向?yàn)V波