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1、抗衰落技术2022/11/301第1页，本讲稿共26页 均衡均衡:可以补偿信道中由于多径效应而可以补偿信道中由于多径效应而产生的码间干扰产生的码间干扰（幅度和时延（幅度和时延)；信道编码：信道编码：通过在发送信息时加入冗通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善通信余的数据位来改善通信链路的性能。链路的性能。分集：分集：用来补偿衰落信道损耗用来补偿衰落信道损耗,它通它通常要用两个或更多的接常要用两个或更多的接收天线来实现；收天线来实现；第2页，本讲稿共26页信道衰落信道衰落n移动信道三大效应形成三大衰落：移动信道三大效应形成三大衰落：n阴影效应阴影效应：建筑物或地形起伏等的阻挡，使接收信号幅度降：
2、建筑物或地形起伏等的阻挡，使接收信号幅度降低低n多径效应多径效应：经过直射、散射、反射等多种传播路径的信号在：经过直射、散射、反射等多种传播路径的信号在接收端进行叠加，造成多径衰落接收端进行叠加，造成多径衰落n多谱勒效应多谱勒效应：频率偏移或收发信机的随机移动性造成的谱扩：频率偏移或收发信机的随机移动性造成的谱扩展展n抗衰落三大措施：抗衰落三大措施：n分集分集n均衡均衡n信道编码信道编码第3页，本讲稿共26页内容内容n概述概述n分集技术分集技术n分集方法分集方法n分集合并分集合并nRAKE接收接收n均衡均衡n均衡原理均衡原理n均衡器结构均衡器结构n均衡器算法均衡器算法n均衡器应用均衡器应用n信
3、道编码信道编码n线性编码技术线性编码技术n卷积编码技术卷积编码技术n先进编码技术先进编码技术第4页，本讲稿共26页 分集接收：分集接收：分集接收是通信中用一种相对低廉分集接收是通信中用一种相对低廉的投资，就可大幅度改进无线链路性能的投资，就可大幅度改进无线链路性能的强有力的接收技术。的强有力的接收技术。发射信号由于移动信道衰落变成发射信号由于移动信道衰落变成多径信号到达接收端，多径信号到达接收端，分集技术是通分集技术是通过查找和利用独立的多径信号来实过查找和利用独立的多径信号来实现的。现的。第5页，本讲稿共26页将接收到的多径信号分离成不相关的将接收到的多径信号分离成不相关的（独立的）多路信号
4、，然后将它们的能量按（独立的）多路信号，然后将它们的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最大，从而提高接收端的信噪功率比最大，从而提高接收端的信噪功率比(SNR2030dB），），对数字信号而言，使误码对数字信号而言，使误码率最小。率最小。一一.分集的概念：分集的概念：(Diversity)第6页，本讲稿共26页分集原理分集原理n各独立信号传播路径同时经历深度衰落的概各独立信号传播路径同时经历深度衰落的概率很低率很低第7页，本讲稿共26页二二.分集技术分类：分集技术分类：宏分集：宏分集：蜂窝小区的顶点上设立多个蜂窝小区的顶点上设立多个 基站，从不同
5、方向同时与一个移动台通基站，从不同方向同时与一个移动台通信。信。微分集：微分集：利用信号在空间利用信号在空间,频率频率,极化，极化，场强，角度和时间上的相互独立性来减场强，角度和时间上的相互独立性来减小快衰落的分集技术。小快衰落的分集技术。分为分为：空间分集，极化分集空间分集，极化分集场分量分集场分量分集,角度分集角度分集,时间分集。时间分集。第8页，本讲稿共26页 空间分集：空间分集：利用多径信号在空间上的独利用多径信号在空间上的独立性，采用多立性，采用多个天线分别接收各多径信号。天线间的距离为：个天线分别接收各多径信号。天线间的距离为：极化分集：极化分集：利用不同极化的接收信号，利用不同极
6、化的接收信号，采用不同极采用不同极化天线分别发送和接收信号。是空间分集的特殊情况，化天线分别发送和接收信号。是空间分集的特殊情况，但天线距离可以做的比较小。但天线距离可以做的比较小。市区市区 郊区郊区第9页，本讲稿共26页场分量分集：场分量分集：通过接收电磁波不同场强通过接收电磁波不同场强分量，例如：分量，例如：也可实现分集接收。也可实现分集接收。时间分集：时间分集：利用信号在时间上的独立性利用信号在时间上的独立性发射和接发射和接收时实现分集。要求信号重发的时间间隔：收时实现分集。要求信号重发的时间间隔：角度分集：角度分集：利用方向性极好的天线从利用方向性极好的天线从发射和接收发射和接收两方面
7、实现分集，适合于频率较高的情况。两方面实现分集，适合于频率较高的情况。最大多普勒频移最大多普勒频移第10页，本讲稿共26页三三.合并方式：合并方式：接收端通常采用线性合并的方法将各分集信号相接收端通常采用线性合并的方法将各分集信号相加输出。加输出。设有设有M个分集信号个分集信号:合并后输出为：合并后输出为：为加权系数。为加权系数。)(),.,(),(21trtrtrM)(.)()()(2211tratratratrMM+=Mkkktra1)(ka第11页，本讲稿共26页常用的有常用的有三种三种合并方式合并方式:最大比值合并最大比值合并,选择式合并选择式合并,等增益合并等增益合并(1)选择式合并
8、选择式合并(Selection Combining):对应于不同的加对应于不同的加权系数权系数 。比较并选择信噪比最大的支路作为输比较并选择信噪比最大的支路作为输出。所以又称开关式相加，方法简单，出。所以又称开关式相加，方法简单，容易实现。容易实现。第12页，本讲稿共26页 最佳合并方式最佳合并方式,其输出为：其输出为：(2)(2)最大比值合并最大比值合并：式中，式中，是噪声功率。是噪声功率。(Maximal Ratio Combining)由各支路由各支路SNR决定决定 SNR ,=MkkkMkkkRNrrar21kN第13页，本讲稿共26页(3)等增益合并等增益合并 (Equal-Gain
9、 Combining)：各支路信号等增益相加。各支路信号等增益相加。其性能接近最大比值合其性能接近最大比值合并，且容易实现。等增益合并的输出信号为：并，且容易实现。等增益合并的输出信号为：=MkkErr第14页，本讲稿共26页分集合并性能分析比较：分集合并性能分析比较：分集接收改善了接收信号的信噪比，分集接收改善了接收信号的信噪比，降低了误码率。降低了误码率。分集合并性能指合并前分集合并性能指合并前后信噪比改善程度。后信噪比改善程度。第15页，本讲稿共26页 （1）.选择式合并的性能：选择式合并的性能：设有设有 M个独立的个独立的Rayleigh衰落信道，每衰落信道，每个信道称作一个分集支路，
10、个信道称作一个分集支路，通信中断的通信中断的条件是所有支路的信号的信噪比全部小条件是所有支路的信号的信噪比全部小于解调门限于解调门限 第16页，本讲稿共26页 (2)最大比值合并：最大比值合并：是由是由Kahn 最先提出，它对最先提出，它对M路信号进行路信号进行加权求和。有以下特点：加权求和。有以下特点：i)每个支路有一个加权因子每个支路有一个加权因子 的大小由各支路的大小由各支路 SNR 来分配来分配,SNR大大的支路权重大，的支路权重大，SNR小的支路权重小小的支路权重小,以实以实现最大的现最大的SNR.,kaMk,.,2,1=ka第17页，本讲稿共26页)各路信号迭加时要保证各路信号迭加
11、时要保证 同相位同相位 (与选择分集不同与选择分集不同),因而要求每个支路有因而要求每个支路有放大放大和和调相调相电路。合并信号为：电路。合并信号为：等价于各支路增益等价于各支路增益=MkKkkMkkRNrrar21ka第18页，本讲稿共26页合并信号的信噪比为：合并信号的信噪比为：可知：可知：g=gkkkkkkkkkkkkkRNaNaNara22222g=gMkkRmax第19页，本讲稿共26页 是单个支路信噪比的是单个支路信噪比的 M 倍。因倍。因此，虽然费用和复杂度要高的多，但此，虽然费用和复杂度要高的多，但实际中常被采用。实际中常被采用。第20页，本讲稿共26页 （3）等增益合并：）等
12、增益合并：因为有时按需要权重可调并不方便，因因为有时按需要权重可调并不方便，因而出现了而出现了等增益合并等增益合并：各支路信号同相后再各支路信号同相后再迭加迭加，但各支路但各支路权重相同权重相同。其性能比最大比率合并差一些，但比选择性其性能比最大比率合并差一些，但比选择性分集要好很多。分集要好很多。第21页，本讲稿共26页 在相同分集重数（即在相同分集重数（即M相同）的情况下，以最大比相同）的情况下，以最大比值合并方式改善信噪比最大，等增益合并方式次之；分值合并方式改善信噪比最大，等增益合并方式次之；分集重数集重数M较小时，等增益合并的信噪比接近最大比值合较小时，等增益合并的信噪比接近最大比值
13、合并，选择式合并所得到的信噪比改善量最少，原因在于并，选择式合并所得到的信噪比改善量最少，原因在于合并器输出只利用了最强的一路信号，而其他各支路都合并器输出只利用了最强的一路信号，而其他各支路都没有被利用。没有被利用。三种合并法平均信噪比比较三种合并法平均信噪比比较:第22页，本讲稿共26页交织编码技术交织编码技术n交织交织：把一条消息中的比特以非连续方式传送，使：把一条消息中的比特以非连续方式传送，使突发差错信道变为离散信道，便于利用纠错码消除突发差错信道变为离散信道，便于利用纠错码消除随机错误随机错误n交织深度交织深度：交织前相邻两符号在交织后的间隔距离：交织前相邻两符号在交织后的间隔距离
14、n交织宽度交织宽度：交织后相邻两符号在交织前的间隔距离：交织后相邻两符号在交织前的间隔距离n交织延迟交织延迟：每个符号从交织器输出时相对于输入交织器时：每个符号从交织器输出时相对于输入交织器时的时间延迟的时间延迟n交织方法交织方法n行列交织行列交织n卷积交织卷积交织n随机交织随机交织n要求：要求：n交织深度大于相干时间交织深度大于相干时间时间分集时间分集第23页，本讲稿共26页跳频技术跳频技术n跳频跳频：载波信号的频率随时间而变化：载波信号的频率随时间而变化n目的目的n抗多径跳频驻留时间小于多径延迟时间差抗多径跳频驻留时间小于多径延迟时间差n抗同信道干扰正交跳频图案可避免频率复抗同信道干扰正交
15、跳频图案可避免频率复用引起的同频干扰用引起的同频干扰n抗衰落跳频频率间隔大于信道相干带宽时，抗衰落跳频频率间隔大于信道相干带宽时，各跳频驻留时间内的信号相互独立各跳频驻留时间内的信号相互独立n本质本质：频率分集：频率分集第24页，本讲稿共26页直接序列扩频直接序列扩频n概念概念：利用远高于符号速率的序列码流与信号流相乘，：利用远高于符号速率的序列码流与信号流相乘，得到宽带（相对于信号带宽）调制信号的技术得到宽带（相对于信号带宽）调制信号的技术n目的目的n抗多径扩频码的码片时间小于多径时延差时，可利用扩频抗多径扩频码的码片时间小于多径时延差时，可利用扩频码的自相关特性进行相关解调，从而抑制多径干
16、扰码的自相关特性进行相关解调，从而抑制多径干扰n抗干扰利用扩频和互相关特性把窄带噪声和多址干扰抗干扰利用扩频和互相关特性把窄带噪声和多址干扰能量分布在宽带范围内，从而降低了信号带宽内的干扰强能量分布在宽带范围内，从而降低了信号带宽内的干扰强度，再利用窄带滤波器，滤出带外干扰度，再利用窄带滤波器，滤出带外干扰n抗衰落当直扩信号的频谱扩展宽度远大于信道相关带宽时，抗衰落当直扩信号的频谱扩展宽度远大于信道相关带宽时，可获得频率分集增益可获得频率分集增益nRAKE接收利用扩频码的相关特性进行多径分离与接收利用扩频码的相关特性进行多径分离与合并，实现时间分集合并，实现时间分集第25页，本讲稿共26页Ra
17、ke接收机接收机nCDMA的关键技术的关键技术n多径分集多径分集：通过发端的特定信号设计来达到接收端接收多：通过发端的特定信号设计来达到接收端接收多径信号的分离，目的是减小时延扩展引起的符号间干扰径信号的分离，目的是减小时延扩展引起的符号间干扰n多径分离多径分离n基础采用直接扩频信号基础采用直接扩频信号n要求要求1、符号时间、符号时间T与带宽与带宽W之积远大于之积远大于1；2、直扩序列信、直扩序列信号的自相关和互相关性好号的自相关和互相关性好n多径合并准则多径合并准则a)第一路径准则；第一路径准则；b)最强路径准则；最强路径准则；c)检测后积分准则；检测后积分准则；d)等增益合并准则；等增益合并准则；e)最大比合并最大比合并准则；准则；f)自适应合并准则自适应合并准则第26页，本讲稿共26页