3-1第三章无线通信基本技术(抗衰落技术)

1第三章无线通信基本技术抗摔落技术2第三章无线通信基本技术抗摔落技术1概述2分集技术3均衡技术4Rake接收技术3多径传播的影响：无线传播环境复杂，无线传播信道中存在各种反射体，多径传播现象普遍存在。从时域看，多径传播导致时间色散，产生基带符号间的干扰。从频率域看，多径传播导致频率选择性衰落，使基带符号失真。1概述1概述发射机、接收机、空间反射体之间相对运动的影响：导致接收载波发生多普勒频移，从而移动通信系统中存在频率色散和时间选择性衰落。现代移动通信系统具有非常高的数据传输速率，符号的持续时间较小，时间选择性衰落不明显。现代移动通信系统信道带宽较大，相对运动导致的频率色散和时间选择性衰落影响较小。1概述多径传播和相对运动同时存在，无线链路具有时变的多径传播特性，这种特性严重影响通信系统的性能和通信的效果。导致接收信号严重失真和深度衰落，误码率大大增加。需要应用信号处理技术改善无线链路性能。均衡、分集、信道编码三种技术，可以用来改进接收信号质量和链路性能6均衡技术一般用横向滤波技术实现，用以补偿无线信道的幅度和时延特性，从而减轻时间色散导致的符号间干扰ISI。分集采用通常的多路接收与处理的方法，用来减小在平坦衰落信道上接收信号的衰落深度和衰落的持续时间。信道编码则是利用合适的算法达到纠错的目的，改善无线信道传输误码率。包括纠错编码、卷及编码、交织编码等。2分集技术基本思想：•把接收到的多个衰落独立的信号分别加以处理，•然后以适当的方式将处理后的信号合并输出，从而达到改善接受信号质量的目的。分集通常用来减小在平坦衰落信道上接收信号的衰落深度和衰落的持续时间。2分集技术选择式分集合并效果图解9无线信号的衰落主要包括阴影衰落和多径衰落两种。针对这两种不同的衰落，常用的分集技术可以分为宏分集和微分集。宏分集用位于不同地点的多个接收机和发射机进行处理，也称为“多基站”分集。宏分集用于消除阴影衰落。微分集是只用一个接收机实现，微分集用于抗多径衰落。2分集技术宏分集11分集技术对信号的处理包含两个过程：首先是分散传输，使接收端能获得多个统计独立携带同一信息的衰落信号；然后对它们进行集中处理使信噪比得到改善，即接收机把收到的多个统计独立的信号进行合并以降低衰落影响，这就是合并技术。2分集技术2分集技术空间分集（天线分集）频率分集时间分集角度分集极化分集空间分集（天线分集）发射机天线12mG1G2Gm合并输出增益空间分集原理空间分集采用一副发射天线，接收端采用多副接收天线。接收天线之间的距离d应足够大，以保证各接收天线接收信号衰落特性是相互独立。一般接收天线间距离dλ/2可保证各支路接收信号独立。分集支路数越多，分集效果越好，当M较大时，分集增益随着M的增大而变得缓慢。一般取N=2～4。空间分集的代价是需要额外的天线。频率分集将要传输的信息分别以不同的载频发射出去，载频之间的间隔大于相干带宽时，接收端就可以得到衰落特性不相关的信号。要求用两部以上、频率间隔大于相干带宽的发射机同时发送同一信号，并用两部以上的独立接收机接收信号。方法的优点：与空间分集相比，减少了天线的数目。缺点：要占用更多的频谱资源，有可能在发端需要多部发射机。时间分集对于一个随机衰落信号，如果取样时间间隔大于信道的相干时间，两个样点间的衰落互相独立。时间分集将给定的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输M次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得到M条独立的分集支路。时间分集的代价是引入了信号处理时延，要占用更多的时隙资源，从而降低了传输效率。在GSM通信系统中，信道编码之后所进行的交织处理就是时间分集技术的具体应用。角度分集角度分集的原理是由于地形、地物、电波传播环境的不同，到达接收端的不同路径的信号可能来自不同的方位角度，这些信号分量具有互相独立的衰落特性。角度分集采用的方法，是接收端利用多个方向性尖锐的接收天线，分别指向不同的方向进行接收。角度分集是空间分集的变化形式的一种。极化分集两个极化方向相互正交的天线发出的信号可以具有独立的衰落特性极化分集是空间分集的另一变化形式。所采用的方法是发送端和接收端可以用两个位置很近但不同极化的天线分别发送和接收信号，以此获得分集效果。极化分集根据电磁波的基本传播机制，水平和垂直极化的多径分量传播特性是不同的。由于反射过程与极化方式有关，即使发射天线只发射单一极化的信号，信道传播特性的影响也会导致去极化，从而接收机可以接收到两种极化方式不同的信号。使用双极化的天线接收两个极化方式的信号，分别进行信号处理后再合并，即可实现极化分集。考虑到在基站一端实现空间分集的难度和成本都较高，在基站一端使用极化分会更容易。集极化分集也可以实现多重分集。分集合并在接收端取得M条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术将多路信号合并成一路。根据在接收端使用合并技术的位置不同，可以分为检测前合并和检测后合并。合并器检测器合并器检测器检测器检测器检测前合并检测后合并分集合并合并器输出电压11221()()()()()MMMkkkrtartartartart第M路输出的加权系数不同的加权系数，就可以构成不同的合并方式。合并技术通常有三种方式：选择式合并：所选支路加权系数为1，其余为0。最大比值合并：支路其安全系数为ak=rk/Nk。等比值合并：所有支路加权系数均为1。分集合并三种合并方式中，最大比值合并性能最好，但其实现比较复杂。选择式合并实现最简单，但其性能也最差。等增益合并实现起来难度适中，其性能接近最大比值合并，是比较常用的一种合并方式。3均衡技术均衡技术可以有效地解决码间干扰实现均衡的单元称为均衡器，也可以认为均衡器是信道传播特性的逆滤波器。由于信道衰落具有随机性和时变性，要求均衡器必须能够实时地跟踪移动通信信道的时变特性。具有跟踪移动通信信道的时变特性能力的均衡器称为自适应均衡器。使用均衡器的通信系统的结构框图判决++均衡器等效信道原始基带信号等效的噪声恢复的数据均衡器预测误差()bnt()xtˆ()dt()yt()eqht()et-+()ft4Rake接收技术RAKE接收技术主要是适合于直接序列扩频通信系统的接收信号处理技术，可以实现多径分集。是微分集方式的一种——路径分集。RAKE接收技术应用于CDMA系统。CDMA接收机通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。通过多个相关检测器获取多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。当多径时延差超过一个码片周期时，多径信号可以看成是不相关的。Rake接收机原理图相关器1相关器2相关器m1Z2ZmZΣ12(.)TdtZ'mm┇r(t)中频或基带CDMA多径信号'z本节结束