移动通信中的衰落和抗衰落技术

移动通信中的衰落和抗衰落技术小结衰落的起因移动通信的传输媒介是发射机和接收机之间的无线信道，主要传播方式有直射、反射、绕射、散射等。信号从发射机到接收机就会有很多不同的传播路径，信号经过每条路径的幅度和时延都不相同，多径分量之间有着不同的相移，这种现象叫做多径传播。接收机无法辨别不同的多径分量，只是简单地把它们叠加起来，以至于彼此间相互干涉，这种干涉或相消或相长，会引起合成信号幅度的变化，这种效应--由不同的多径分量引起合成信号幅度的变化--称为小尺度衰落。由于电磁波经过建筑传输，导致直射波的多径分量的幅度大大降低，这种效应叫做阴影效应，会导致大尺度衰落。多径在宽带系统中的影响可采用两种不同的方式解释：1、信道传输函数随带宽而变化，也称为信道的频率选择性；2、信道的冲激响应会有延迟，即时延色散。两种解释互为傅里叶变换。相干带宽定义为相关系数小于一定门限的频率差，相干时间也是如此。系统带宽大于相干带宽就会产生频率选择性衰落，小于相干带宽产生平坦衰落。由相干时间决定的也会产生快衰落和慢衰落。抗衰落技术分集技术RAKE接收纠错编码技术均衡技术分集分集的基本原理就是同一信息通过多个统计独立的信道到达接收机，用两个及以上的天线去接收，如果其中一路发生了衰落深陷，另外一路有可能没有，这样，就降低了中断概率，改善了接收端SNR的统计特性。分集分为宏分集和微分集。宏分集一般用于克服大尺度衰落，微分集用于克服小尺度衰落。常见的微分集方法：空间分集：利用空间分离的天线。时间分集：接收不同时刻的发送信号。频率分集：在不同载频上传输信号。角度分集：使用不同天线方向图的多个天线。极化分集：多个天线接收不同方向的信号。分集后的处理：1、选择合并。选择并处理最佳的副本信号，其余副本全部丢弃。2、合并分集。合并所有的信号，再对合并的副本进行解码。RAKE接收RAKE接收本质上也是一种多径分集接收机。RAKE接收机所作的就是：通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。图为一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的经典的分集接收器，其理论基础就是：当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。带DLL的相关器是一个具有迟早门锁相环的解调相关器。迟早门和解调相关器分别相差±1/2（或1/4）个码片。迟早门的相关结果相减可以用于调整码相位。延迟环路的性能取决于环路带宽。纠错编码技术纠错编码技术是信道编码技术，分为线性码和卷积码（非线性码），线性码在信码中添加冗余，后者是连续地添加冗余。分组码可以纠突发错码，卷积码的解码很容易实现，而且可以进行联合译码和均衡。线性分组码的纠错能力取决于码组的最小汉明距离，卷积码取决其冲激响应的码重，也就是自由距离。2G采用了卷积和交织码，3G采用了TURBO码，4G用LDPC码，下面就介绍这几种码。卷积和交织码：若以（n,k,m）来描述卷积码，其中k为每次输入到卷积编码器的bit数，n为每个k元组码字对应的卷积码输出n元组码字，m为编码存储度，也就是卷积编码器的k元组的级数，称m+1=K为编码约束度m称为约束长度。卷积码将k元组输入码元编成n元组输出码元，但k和n通常很小，特别适合以串行传输，时延小。与分组码不同，卷积码编码生成的n元组元不仅与当前输入的k元组有关，还与前面m-1个输入的k元组有关，编码过程中互相关联的码元个数为n*m。卷积码的纠错性能随m的增加而增大，而差错率随N的增加而指数下降。在编码器复杂性相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。TURBO码：Turbo码基本原理是编码器通过交织器把两个分量编码器进行并行级联，两个分量编码器分别输出相应的校验位比特；译码器在两个分量译码器之间进行迭代译码，分量译码器之间传递去掉正反馈的外信息，这样整个译码过程类似涡轮（Turbo）工作。因此，这个编码方法又被形象地称为Turbo码。Turbo码具有卓越的纠错性能，性能接近香农限，而且编译码的复杂度不高。LDPC码：称为低密度奇偶校验码。它是线性分组码，但不是有生成矩阵来定义，而是用校验矩阵来定义。在LDPC码的校验矩阵中，如果行列重量固定为(P，Y)，即每个校验节点有P个变量节点参与校验，每个变量节点参与Y个校验节点，我们称之为正则LDPC码。Gallager最初提出的Gallager码就具有这种性质。从编码二分图的角度来看，这种LDPC码的变量节点度数全部为Y，而校验节点的度数都为P。我们还可以适当放宽上述正则LDPC码的条件，行列重量的均值可以不是一个整数，但行列重量尽量服从均匀分布。另外为了保证LDPC码的二分图上不存在长度为4的圈。我们通常要求行与行以及列与列之间的交叠部分重量不超过1，所谓交叠部分即任意两列或两行的相同部分。我们可以将正则LDPC码校验矩阵H的特征概括如下：1.H的每行行重固定为P，每列列重固定为Y。2.任意两行(列)之间同为1的列(行)数(称为重叠数)不超过1，即H矩阵中不含四角为1的小方阵，也即无4线循环。3.行重P和列重Y相对于H的行数M、列数N很小，H是个稀疏矩阵。均衡技术均衡技术可以分为两大类：线性和非线性均衡。这些种类是由自适应均衡器的输出接下来是如何控制均衡器来划分的。判决器决定了接收数字信号比特的值并应用门限电平来决定d(r)的值。如果d(r)没用在反馈路径中调整均衡器，均衡器就是线性的。另一方面，如果d(r)反馈回来调整均衡器，则为非线性均衡。线性均衡器包括线性横向均衡器、线性格型均衡器等等，非线性均衡器包括判决反馈均衡器、最大似然序列均衡器等等，在这里主要介绍实际中应用较广的线性横向均衡器、线性格型均衡器、判决反馈均衡器及分数间隔均衡器。小结分集技术可以抗衰落深陷，均衡和RAKE接收可以改善频率选择下信道的特性，而信道编码则是减少误比特率。参考文献1、《移动通信》西电版，章坚武，2013，第三版2、《WierlessCommunications》电子工业出版社，田斌，译本，2008