第三章無線通信基本技術(shù)（抗衰落技術(shù)）

1、1,第三章 無線通信基本技術(shù)抗摔落技術(shù),2,第三章 無線通信基本技術(shù)抗摔落技術(shù),1 概述 2 分集技術(shù) 3 均衡技術(shù) 4 Rake 接收技術(shù),3,多徑傳播的影響： 無線傳播環(huán)境復(fù)雜，無線傳播信道中存在各種反射體，多徑傳播現(xiàn)象普遍存在。 從時域看，多徑傳播導(dǎo)致時間色散，產(chǎn)生基帶符號間的干擾。 從頻率域看，多徑傳播導(dǎo)致頻率選擇性衰落，使基帶符號失真。,1 概述,1 概述,發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、空間反射體之間相對運(yùn)動的影響： 導(dǎo)致接收載波發(fā)生多普勒頻移，從而移動通信系統(tǒng)中存在頻率色散和時間選擇性衰落。 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)具有非常高的數(shù)據(jù)傳輸速率，符號的持續(xù)時間較小，時間選擇性衰落不明顯。 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)信

2、道帶寬較大，相對運(yùn)動導(dǎo)致的頻率色散和時間選擇性衰落影響較小。,1 概述,多徑傳播和相對運(yùn)動同時存在，無線鏈路具有時變的多徑傳播特性，這種特性嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的性能和通信的效果。 導(dǎo)致接收信號嚴(yán)重失真和深度衰落，誤碼率大大增加。 需要應(yīng)用信號處理技術(shù)改善無線鏈路性能。 均衡、分集、信道編碼三種技術(shù)，可以用來改進(jìn)接收信號質(zhì)量和鏈路性能,6,均衡技術(shù)一般用橫向濾波技術(shù)實現(xiàn)，用以補(bǔ)償無線信道的幅度和時延特性，從而減輕時間色散導(dǎo)致的符號間干擾ISI。 分集采用通常的多路接收與處理的方法，用來減小在平坦衰落信道上接收信號的衰落深度和衰落的持續(xù)時間。 信道編碼則是利用合適的算法達(dá)到糾錯的目的，改善無線信道傳

3、輸誤碼率。包括糾錯編碼、卷及編碼、交織編碼等。,2 分集技術(shù),基本思想： 把接收到的多個衰落獨(dú)立的信號分別加以處理， 然后以適當(dāng)?shù)姆绞綄⑻幚砗蟮男盘柡喜⑤敵?，從而達(dá)到改善接受信號質(zhì)量的目的。 分集通常用來減小在平坦衰落信道上接收信號的衰落深度和衰落的持續(xù)時間。,2 分集技術(shù),選擇式分集合并效果圖解,9,無線信號的衰落主要包括陰影衰落和多徑衰落兩種。針對這兩種不同的衰落，常用的分集技術(shù)可以分為宏分集和微分集。 宏分集用位于不同地點(diǎn)的多個接收機(jī)和發(fā)射機(jī)進(jìn)行處理，也稱為“多基站”分集。宏分集用于消除陰影衰落。 微分集是只用一個接收機(jī)實現(xiàn)，微分集用于抗多徑衰落。,2 分集技術(shù),宏分集,11,分集技術(shù)對

4、信號的處理包含兩個過程： 首先是分散傳輸，使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨(dú)立攜帶同一信息的衰落信號； 然后對它們進(jìn)行集中處理使信噪比得到改善，即接收機(jī)把收到的多個統(tǒng)計獨(dú)立的信號進(jìn)行合并以降低衰落影響，這就是合并技術(shù)。,2 分集技術(shù),2 分集技術(shù),空間分集（天線分集） 頻率分集 時間分集 角度分集 極化分集,空間分集（天線分集）,空間分集原理,空間分集,采用一副發(fā)射天線，接收端采用多副接收天線。 接收天線之間的距離d應(yīng)足夠大，以保證各接收天線接收信號衰落特性是相互獨(dú)立。 一般接收天線間距離d/2可保證各支路接收信號獨(dú)立。 分集支路數(shù)越多，分集效果越好，當(dāng)M較大時，分集增益隨著M的增大而變得緩慢。一般取N

5、=24。 空間分集的代價是需要額外的天線。,頻率分集,將要傳輸?shù)男畔⒎謩e以不同的載頻發(fā)射出去，載頻之間的間隔大于相干帶寬時，接收端就可以得到衰落特性不相關(guān)的信號。 要求用兩部以上、頻率間隔大于相干帶寬的發(fā)射機(jī)同時發(fā)送同一信號，并用兩部以上的獨(dú)立接收機(jī)接收信號。 方法的優(yōu)點(diǎn)：與空間分集相比，減少了天線的數(shù)目。 缺點(diǎn)：要占用更多的頻譜資源，有可能在發(fā)端需要多部發(fā)射機(jī)。,時間分集,對于一個隨機(jī)衰落信號，如果取樣時間間隔大于信道的相干時間，兩個樣點(diǎn)間的衰落互相獨(dú)立。 時間分集將給定的信號在時間上相隔一定的間隔重復(fù)傳輸M次，只要時間間隔大于相干時間，就可以得到M條獨(dú)立的分集支路。 時間分集的代價是引入了

6、信號處理時延，要占用更多的時隙資源，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間分集技術(shù)的具體應(yīng)用。,角度分集,角度分集的原理是由于地形、地物、電波傳播環(huán)境的不同，到達(dá)接收端的不同路徑的信號可能來自不同的方位角度，這些信號分量具有互相獨(dú)立的衰落特性。 角度分集采用的方法，是接收端利用多個方向性尖銳的接收天線，分別指向不同的方向進(jìn)行接收。 角度分集是空間分集的變化形式的一種。,極化分集,兩個極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號可以具有獨(dú)立的衰落特性 極化分集是空間分集的另一變化形式。 所采用的方法是發(fā)送端和接收端可以用兩個位置很近但不同極化的天線分別發(fā)送和接收信號，

7、以此獲得分集效果。,極化分集,根據(jù)電磁波的基本傳播機(jī)制，水平和垂直極化的多徑分量傳播特性是不同的。 由于反射過程與極化方式有關(guān)，即使發(fā)射天線只發(fā)射單一極化的信號，信道傳播特性的影響也會導(dǎo)致去極化，從而接收機(jī)可以接收到兩種極化方式不同的信號。 使用雙極化的天線接收兩個極化方式的信號，分別進(jìn)行信號處理后再合并，即可實現(xiàn)極化分集。 考慮到在基站一端實現(xiàn)空間分集的難度和成本都較高，在基站一端使用極化分會更容易。 集極化分集也可以實現(xiàn)多重分集。,分集合并,在接收端取得M條相互獨(dú)立的支路信號以后，可以通過合并技術(shù)將多路信號合并成一路。 根據(jù)在接收端使用合并技術(shù)的位置不同，可以分為檢測前合并和檢測后合并。,

8、檢測前合并,檢測后合并,分集合并,合并器輸出電壓,第M路輸出的加權(quán)系數(shù),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)通常有三種方式： 選擇式合并：所選支路加權(quán)系數(shù)為1，其余為0。 最大比值合并：支路其安全系數(shù)為ak=rk/Nk。 等比值合并：所有支路加權(quán)系數(shù)均為1。,分集合并,三種合并方式中， 最大比值合并性能最好，但其實現(xiàn)比較復(fù)雜。 選擇式合并實現(xiàn)最簡單，但其性能也最差。 等增益合并實現(xiàn)起來難度適中，其性能接近最大比值合并，是比較常用的一種合并方式。,3 均衡技術(shù),均衡技術(shù)可以有效地解決碼間干擾 實現(xiàn)均衡的單元稱為均衡器，也可以認(rèn)為均衡器是信道傳播特性的逆濾波器。 由于信道衰落具有隨機(jī)性和時變性，要求均衡器必須能夠?qū)崟r地跟蹤移動通信信道的時變特性。 具有跟蹤移動通信信道的時變特性能力的均衡器稱為自適應(yīng)均衡器。,使用均衡器的通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,4 Rake 接收技術(shù),RAKE接收技術(shù)主要是適合于直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的接收信號處理技術(shù)，可以實現(xiàn)多徑分集。是微分集方式的一種路