现代无线通信原理第五章

第五章衰落信道的抗干扰技术5.1衰落信道的抗干扰技术概述5.2分集技术5.3RAKE接收技术5.4交织技术5.5均衡技术5.6联合编码技术一、多径干扰二、多用户干扰5.1衰落信道的抗干扰技术概述5.1.1衰落信道的主要干扰5.1.2衰落信道的主要抗干扰技术发端进行—进行预防收端进行—进行补救分为三类：一、冗余法—包括分集技术、纠错技术和重发技术二、均衡法—包括信道均衡和信源适应三、干扰抵消法—是基于数学中求解联立方程的迭代算法。另：信号的传输方式如调制方式对抗干扰有很大贡献。5.2分集技术5.2.1分集技术原理原理：利用无线传播环境中来自不同途径的多径信号的统计独立性进行合并，从而实现分集。首先要找出来自不同途径的多径信号，这些途径可以是不同的空间、不同的极化、不同的频率、不同的时间。其次要以某种方法进行合并。应该指出：分集技术不仅能改善频率选择性衰落，同时也能改善非频率选择性衰落。5.2.2分集方式采用什么途径接收分集信号？空间分集：不同天线的接收信号相互独立；极化分集：水平极化和垂直极化的信号相互独立；频率分集：不同频率的接收信号相互独立，GSM采用跳频CDMA采用扩频技术；时间分集：不同时间的接收信号相互独立，有符号交织、检错、纠错编码、Rake接收机技术。5.2.3合并方式从分集信号中以什么方式作为输出？选择式合并：选择最好的支路作为输出，其它支路丢弃。最大增益合并：调整各个支路主径的相位，使之同相，然后进行等增益相加。最小色散合并：调整各个支路次径的相位及幅度，使之反相抵销。最大比合并：调整各个支路的相位，使之同相，然后按照各个支路的信噪比数值进行加权相加。5.2.4分集举例空间分集及其合并S1(t)S2(t)相加相位幅度控制检测分集后的接收信号S1(t)S2(t)最大增益合并最小色散合并5.3RAKE接收技术5.3.1RAKE接收的概念•对时间上扩散的信号进行分集，尽可能多的获取信号能量。•对多径信号进行分离，根据信道估计的结果来进行多径信号合并。•对于CDMA系统，当多径延时大于一个码片时，多径信号可以看成是不相关的。5.3.2RAKE接收技术的原理传输环境时变：频率、相位、时间的变化t0t1t1t1t0t2t2t2t0t3t3t3时延扩展频率扩展5.3.3RAKE接收机原理相关1相关2相关M＋积分判决a1a2aMCDMA多径信号判决输出接收机框图5.3.4RAKE接收机工作过程假设接收信号中可以分离出M个不同延时的多径分量，每个分量用不同的相关器进行相关运算。相关器1和支路1同步，相关器2和支路2同步，等等，这样不同相关器就可以检测出各个支路的CDMA信号能量。对各个相关器的输出进行加权，然后相加，就得到发送信号的最大可能的能量输出，对此输出进行判决再生，就可以恢复出数字信息。加权系数可以根据不同的准则，如：最大功率准则、最大信噪比准则，等。5.4交织技术原理：在无线通信中由于发生深衰落或遇到突发干扰，误码的分布就不是平稳、纯随机的，而是存在随机误码和突发误码。采用交织可以减少突发误码的影响。交织不增加额外开销。交织可以保护信源编码中的特殊比特。交织与纠错编码同时使用，进一步提高传输质量。交织器二种类型：分组交织、卷积交织。交织器会引入时延（对语音不能超过40ms）。5.5均衡技术5.5.1均衡技术概述自适应均衡器：减少码间干扰。工作模式：训练模式和跟踪模式。均衡器分类–频域均衡器，时域均衡器；–线性均衡器，非线性均衡器。均衡器实现方法–中频均衡器；–基带均衡器。5.5.2均衡技术的原理均衡器频域表达：信道时域响应f(t)，均衡器时域响应heq(t)，希望均衡后的信道响应为：g(t)=f*(t)heq(t)=(t)就有：Heq(f)F*(-f)=1Heq(f)为均衡器频域响应，F(f)为信道频域响应。均衡器是传输信道的逆滤波器；由于传输信道的时变性，均衡器必需是参数可变的自适应均衡器；均衡器的效果是补偿信道的频率选择性，使衰落趋于平坦、相位趋于线性。均衡器不能抵销平衰落。5.5.4频域均衡器频域均衡器一般在中频上实现。举例：中频幅度倾斜均衡器幅度倾斜校正网络f1f2检波检波差分放大器中频输入中频输出5.5.5时域均衡器一、线性均衡器横向滤波器:–适用于衰落深度不是很大的情况。均衡器对深衰落的频谱及邻近频谱产生很大增益，从而增加噪声。–结构简单。格型均衡器:–数值稳定性好；–收敛速度快。5.5.5时域均衡器（续1）二、非线性均衡器适用于深度衰落很大的情况。但算法相对复杂，且稳定性差和收敛时间长。判决反馈均衡器（DFE）；最大似然符号检测（ML）；最大似然序列检测（MLSE）。5.5.6均衡器算法性能算法性能参数：–收敛速度：算法进入稳定的迭代次数，即收敛时间；–失调：滤波器均方差与最优的最小均方差的差距；–计算复杂度：完成迭代的运算次数；–数值特性：算法用数字逻辑实现时，由于计算引起的误差，影响算法稳定性。5.5.7均衡器算法分类迫零算法；最小均方算法；递归最小二乘算法；其它算法。5.5.7均衡器算法分类（续1）一、迫零算法调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出响应完全消除码间串扰，即除中心点外，其它抽样点的数值全部为0。特点：简单，均衡效果较好。缺点：没有考虑噪声的影响，在深衰落的频率点处，会出现很大的噪声增益。因此，不太适用于在无线信道。5.5.7均衡器算法分类（续2）二、最小均方算法调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的期望值和实际值之间的均方误差最小。特点：是一种最简单的均衡算法。算法的稳定性好。缺点：收敛速度不高，均衡能力有限。在无线中适用于较慢的、不太深的衰落。5.5.7均衡器算法分类（续3）三、递归最小二乘算法调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的累计平方误差最小。特点：收敛速度快，跟踪性能好。缺点：算法较复杂，还要较好的考虑稳定性问题。在无线中适用于快衰落信道。5.6联合编码技术5.6.1联合编码概述什么叫联合编码？经典的无线通信系统是将信源编码和信道编码分别进行的。信源编码主要考虑信源的统计特性，信道编码主要考虑信道的统计特性。优点:设计简单、通用性好，可以分别形成标准。缺点:没有充分利用各自的优势，因而不是最佳的。5.6.1联合编码概述（续1）无线系统的信源编码由于压缩比很高，对差错十分敏感；而信道编码面临十分恶劣的传播环境，但提供的带宽冗余度很小。在这种背景下，需要将信源编码和信道编码综合考虑。这就是联合编码的基本思路。在无线多媒体通信中，联合编码是抗衰落的一种十分有效的措施。5.6.2信源信道联合编码的系统模型)(RcRsk调制+解调)(tnxvkRsw信源编码器量化信道编码器wˆvˆxˆ信源译码器反量化信道译码器vkRsw信源编码器量化信道编码器yyˆ2ˆ)ˆ,(xxxxd5.6.3信源信道译码的联合优化利用信源编码后的残留冗余度进行联合优化利用信道译码的软输出进行联合优化5.6.4联合编码总结无线视频传输中存在的主要问题错误在空间上的传播错误在时间上的传播同步信息和头信息的丢失可能的解决方法减小错误空间传播减小错误的时间传播增强不等长译码的鲁棒性不均等差错保护的方法差错隐藏方法