教学课件第4章 抗衰落技术.ppt

《教学课件第4章 抗衰落技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教学课件第4章 抗衰落技术.ppt（110页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、PPT模板下载：/moban/行业PPT模板：/hangye/节日PPT模板：/jieri/PPT素材下载：/sucai/PPT背景图片：/beijing/PPT图表下载：/tubiao/优秀PPT下载：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/资料下载：/ziliao/PPT课件下载：/kejian/范文下载：/fanwen/试卷下载：/shiti/教案下载：/jiaoan/字体下载：/ziti/第4章 抗衰落技术第第4 4章章 抗衰落技术抗衰落技术移动通信原理移动通信原理3主主 要要 内内 容容内容概述内容概述分集接收分集接

2、收信道编码信道编码扩频通信扩频通信均衡技术均衡技术无线通信中的无线通信中的多天线技术多天线技术Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication4Principle of Mobile Communication学习重点与要求学习重点与要求分集接收技术的指导思想；获得多个衰落独立的信号的常用的几种分集接收技术的指导思想；获得多个衰落独立的信号的常用的几种方法：频率分集、时间分集和空间分集；对衰落独立信号的处理方方法：频率分集、时间分集和空间分集；对衰落独立信号的处理方式：选择合并、最大比值合并和等增益合并以及它们的性能。式：

3、选择合并、最大比值合并和等增益合并以及它们的性能。信道编码在移动通信中的应用；卷积码的编译码原理；信道编码在移动通信中的应用；卷积码的编译码原理；Turbo码的码的基本概念。基本概念。掌握信道时域均衡的基本原理；移动通信中所采用的自适应均衡技掌握信道时域均衡的基本原理；移动通信中所采用的自适应均衡技术的基本概念。术的基本概念。直接序列扩频技术原理；直接序列扩频技术抗多径衰落原理；直接序列扩频技术原理；直接序列扩频技术抗多径衰落原理；RAKE接收机原理。接收机原理。了解多天线和空时编码抗衰落的基本原理。了解多天线和空时编码抗衰落的基本原理。理解多天线传输基本原理；了解多天线传输的分类；掌握常用的

4、空理解多天线传输基本原理；了解多天线传输的分类；掌握常用的空时编码算法。时编码算法。54.1 内内 容容 概概 述述分分集集接接收收技技术术信信道道编编码码技技术术扩扩 频频 技技 术术多多天天线线和和空空时时编编码码均均 衡衡 技技 术术Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication6 分分 集集 接接 收收n基本思想基本思想 把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。n作用作用 充分利用接收信号的能量，减小在平坦性衰落信道上接收信号的衰落深度和衰落的持续时间。Mobile C

5、ommunication TheoryPrinciple of Mobile Communication7 信信 道道 编编 码码n基本思想基本思想 通过引入可控制的冗余比特，使信息序列的各码元和添加的冗余码元之间存在相关性。在接收端信道译码器根据这种相关性对接收到的序列进行检查，从中发现错误或进行纠错。n作用作用 尽量减小信道噪声或干扰的影响，是用来改善通信链路性能的技术。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication8 信信 道道 均均 衡衡当传输的信号带宽大于无线信道的相关带宽时，信号产生频率选择性衰落，接收信号就

6、会产生失真，它在时域表现为接收信号的码间干扰。所谓信道均衡就是在接收端设计一个称之为均衡器的网络，以补偿信道引起的失真。均衡器的参数必须能跟踪信道特性的变化而自行调整。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication9扩扩 频频 技技 术术克服多径干扰 频率分集和时间分集第三代移动通信无线传输的主流技术 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication10多天线和空时编码多天线和空时编码多多天天线线MIMOMIMO技技术术是是在在收收发发两两端端都都采

7、采用用多多天天线线配配置置，充充分分利用空间信息，大幅度提高信道容量的一种技术。利用空间信息，大幅度提高信道容量的一种技术。之之前前所所说说的的多多天天线线分分集集接接收收技技术术也也可可以以算算作作MIMOMIMO的的一一种种特特例例SIMOSIMO，它它是是一一种种抗抗衰衰落落的的传传统统技技术术。后后续续的的研研究究表表明明，如如果果采采用用多多天天线线发发送送，并并且且发发送送天天线线数数不不太太大大时时，随随着着发发送送天天线线数数的的增增加加，信信道道容容量量也也相相应应的的增增加加。由由此此也也推推动了无线通信领域对于动了无线通信领域对于MIMOMIMO技术研究的热潮。技术研究的

8、热潮。此此外外，基基于于多多天天线线发发射射分分集集的的空空时时编编码码可可以以在在不不同同天天线线发发射射的的信信号号之之间间引引入入时时域域和和空空域域相相关关，使使得得在在接接收收端端可可以以进进行分集接收，从而大大提高了信号质量。行分集接收，从而大大提高了信号质量。Principle of Mobile Communication114.2 分分 集集 技技 术术分集接收是抗衰落的有效措施之一 分集技术可以分为宏观分集和微观分集 宏观分集 阴影衰落 微观分集 微观衰落 合并技术 获得M个相互独立的多径信号分量，然后对它们进行处理以获得信噪比的改善 Mobile Communicatio

9、n TheoryPrinciple of Mobile Communication124.2.1 宏宏 观观 分分 集集Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication134.2.1 宏宏 观观 分分 集集设基站A接收到的信号中值为mA,基站B接收到的信号中值为mB,它们都服从对数正态分布。若mA mB，则确定用基站A与移动台通信；若mA2的情况，要求得 的累积分布函数和概率密度函数是比较困难的，可以用数值方法求解，但M=2时其累积分布函数为（推导过程略）：设各支路噪声平均功率相等，输出的信噪比为Mobile Commun

10、ication TheoryPrinciple of Mobile Communication263.等增益合并等增益合并F(x)x特性如下图所示：Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication274.2.4 性能比较性能比较 为了比较不同合并方式的性能，可以比较它们的输出平均信噪比与没有分集时的平均信噪比。这个比值称作合并方式的改善因子，用D表示。选择合并 最大比值合并 等增益合并 通常用dB表示：D(dB)=10lg(D)，图4.15给出了各种D(dB)M的关系曲线。Mobile Communication Theo

11、ryPrinciple of Mobile Communication284.2.4 性能比较性能比较从图中可以看出在三种合并方式中，最大比值合并改善最多，其次是等增益合并，最差是选择合并，这是因为选择合并只利用其中一个信号，其余没有被利用，而前两者使各支路信号的能量都得到利用。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication294.2.5 分集对数字移动通信误码的影响分集对数字移动通信误码的影响把Pe看作是衰落信道中给定信噪比 的条件概率。则平均错误概率式中PM（）即为M重分集的信噪比概率密度函数。下面以二重分集为例说明

12、分集对二进制数字传输误码的影响。并以差分相干解调DPSK 为例进行说明。DPSK的误码率为 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication304.2.5 分集对数字移动通信误码的影响分集对数字移动通信误码的影响1.采用选择合并器的DPSK误码特性2.采用最大比值合并器的DPSK误码特性 3.采用等增益合并器的DPSK误码特性 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication314.2.5 分集对数字移动通信误码的影响分集对数字移动通信误码的影响由图可

13、见，二重分集对无分集误码特性有了很大的改善。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication324.3 信信 道道 编编 码码 概述分组码 卷积码 Turbo码信道信道编码编码Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication334.3.1 内内 容容 概概 述述u传统的信道编码：分组码和卷积码 u上世纪90年代出现Turbo码 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication344

14、.3.2 分分 组组 码码分组分组码码基本描述例 子在移动通信中的应用Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication35分组码的基本描述分组码的基本描述二进制分组码编码器的输入是一个长度为k的信息矢量a a=(a1,a2,.ak),它通过一个线性变换，输出一个长度等于n的码字C C。式中G G为kn的矩阵，称作生成矩阵。Rc=k/n称作编码率。长度等于k的输入矢量有2k个，因此编码得到的码字也是2k个。这个码字的集合称作线性分组码，即(n,k)分组码。对一个分组码的生成矩阵G G，也存在一个(n-k)n矩阵H H满足 M

15、obile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication36分组码的基本描述分组码的基本描述H称作校验矩阵，它也满足 任意两个码字之间汉明距离的最小值称作码的最小距离，表为dmin。dmin是衡量码的抗干扰能力（检、纠错能力）的重要参数，dmin越大，码的抗干扰能力就越强。理论分析表明：（n,k）线性分组码能纠正t个错误的充分必要条件是或Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication37分组码的基本描述分组码的基本描述（n,k）线性分组码能发现接收码字中l个错

16、误的充分必要条件是（n,k）线性分组码能纠正t个错误并能发现l（l t）个错误的充分必要条件是 译码器根据编码规则和信道特性，对所接收到的码字进行判决，这一过程就是译码。设发送的码字为C C，接收到的码字R R=C C+e e，其中e e为错误图样，它指示码字中错误码元的位置。当没有错误时，e e为全零矢量。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication38分组码的基本描述分组码的基本描述定义接收码字R的伴随式（或校验子）为如果S=0,则R是一个码字；若S可见伴随式仅与错误图样有关，与发送的具体码字无关；(n，k)线性码

17、对接收码字的译码步骤如下：计算伴随式 ST=HRT;根据伴随式捡出错误图样e；计算发送码字的估值 0,则传输一定有错。由于Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication39分组码的例子分组码的例子1.汉明码 汉明码是最早(1950)出现的纠一个错误的线性码。其主要参数如下：码长 n=2m-1;信息位数：k=2m-m-1;监督位数：n-k=m最小距离：dmin=3;Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication40分组码的例子分组码的例子 2.循环码

18、 （n，k）线性分组码的每个码字经过任意循环移位后仍然是一个分组码的码字 循环码的编码步骤为：计算xn-km(x)；计算xn-km(x)/g(x)得余式r(x)；得到码字多项式 C(x)=xn-km(x)+r(x)；循环码特别适合误码检测，用于误码检测的循环 码 称 作 循 环 冗 余 校 验 码 CRC(Cyclic Redundancy Check)。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication41分组码在移动通信中的应用分组码在移动通信中的应用 1.在CDMA蜂窝移动通信的系统中，前向链路和反向链路在信道中消息是

19、以帧的形式来传送的。例如，下图是全速率（9600bit/s）前向业务信道的帧结构。这是一个（n，k）=(172+12,172)=(184,172)分组码。其生成多项式为：Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication42分组码在移动通信中的应用分组码在移动通信中的应用 2.在GSM系统中话音信息、控制信息和同步信息在传输过程中都使用了CRC码。例如话音编码采用规则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP)。它以20ms为一帧，共260 bit,即速率为13kbit/s。Mobile Communication TheoryP

20、rinciple of Mobile Communication43 4.3.3 卷积码卷积码蜂窝移动通信系统中的应用状态图(State Diagram)维特比(Viterbit)译码网格图(Trellis Diagam)卷积码的自由距离 卷积码编码器卷积码卷积码Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication44 卷积码编码器卷积码编码器卷积码编码器的输出分支码字的每个码元不仅和此时刻输入的k个信息有关，也和前m个连续时刻输入的信息元有关。通常卷积码表示为（n，k，m）。编码率r=k/n。下图是一个简单的卷积码编码器的例

21、子，其中n=2，m=3，所以是(2,1,3)编码。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication45 卷积码编码器卷积码编码器编码器只有一个输入序列a，它经过两条不同的路径到达输出端，对应两个长度K=4的响应序列,即对任意的输入序列a,对应两个输出的序列分别是a与g(1)、g(2)的离散卷积：Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication46 卷积码编码器卷积码编码器还可以用生成多项式来进行表述，它定义为沖激响应的单位时延变换。对应第i条路径的生成

22、多项式定义为 例如对图4.19编码器有相应的第i条路径输出序列多项式则等于 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication47 状态图（状态图（State Diagram）编码过程可以用状态图来表示，它描述了编码器每输入一个信息元时，编码器各可能状态以及伴随状态的转移所产生的分支码字。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication48 状态图状态图（State Diagram）上图是一个（2,1,2）卷积码编码器。它的状态图为 图中小圆内的数字表示

23、状态，连接小圆的箭头表示状态转移的方向，用连线的格式表示状态转移的条件（输入的信息比特）：若输入信息比特为1，连线为虚线；若为0则实线。连线旁的两位数字表示相应输出分支码字。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication49 网格图（网格图（Trellis Diagram）网格图实际就是在时间轴上展开编码器在各时刻的状态图。仍以图4.21(a)编码器为例说明用网格图描述编码的过程。网格图中的首尾相连的连线构成了一条路径，对应着某个输入序列的编码输出序列。Mobile Communication TheoryPrincip

24、le of Mobile Communication50维特比译码的基本原理维特比译码的基本原理维维特特比比（A.J.ViterbitA.J.Viterbit）译译码码是基于最大似然法则的最重要的卷积码译码方法。Key：最小汉明距离！Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication51维特比译码的基本原理维特比译码的基本原理根据分组码理论，码字最多可以纠正个错误的个数t由最小距离dmin确定 在卷积码中，dmin用被称为自由最小距离df取代。当且仅当df 2t时，卷积码才能纠t个误码。对给定n,k,m,编码器可以有不同的结

25、构（连接方式），但卷积码应被设计成具有最大的自由距离的“好”的卷积码。表4.1和4.2列出一部分。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication52卷积码在蜂窝移动通信系统的应用卷积码在蜂窝移动通信系统的应用u卷积码在GSM系统中卷积码得到广泛的应用。例如 在全速率业务信道和控制信道就采用了（2,1,4）卷积编码。u卷积码在CDMA/IS-95系统也得到广泛应用。例如 在前向和方向信道，系统都使用了约束长度K=9的编码器。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Com

26、munication534.3.4 Turbo 码码输入的数据比特流直接输入到编码器1，同时也把这数据流经过交织器重新排列次序后输入到编码2。由这两组编码器产生的奇偶校验比特，连同输入的信息比特组成Turbo码编码器的输出。其编码率为1/3。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication54编码器编码器一般采用递归卷积码编码器RSC，结构如下图所示。传输函数可以表示为Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication55编码器编码器表示了信息序列和校验

27、序列的约束关系：由于RSC比一般的非递归卷积码有更大的自由距离，因此有更大的抗干扰能力，误比特率更低。在时域信息比特和校验比特的关系就是 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication56交织器交织器此交织器是一个伪随机交织器。在要发射的信息中加入了随机特性，作用类似于香农的随机码。它使得两个编码器的输入互不相关，编码近于独立。由于译码需要交织后信息比特位置信息，所以交织是伪随机的。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication57Turbo码译码

28、器码译码器图中b为带噪声的系统比特，Z1、Z2是两个带噪声的奇偶校验比特。Turbo码译采用后验概率译码APP。两个译码器均采用BCJR算法。根据BCJR算法，第一个译码器对系统比特xi产生软估计，用对数似然比表示 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication58Turbo码译码器码译码器设K个信息比特是统计独立的，则译码器1输出的总的对数似然比就为因此，生成的系统比特对应的外部信息是 同理，译码器2生成的外部信息为当两个译码器的结果收敛到一定程度后判决输出式中的符号函数判决是对每个比特xi进行的。Mobile Com

29、munication TheoryPrinciple of Mobile Communication594.4 均均 衡衡 技技 术术基本原理基本原理非线性均衡器非线性均衡器自适应均衡器自适应均衡器4.4.14.4.24.4.3Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication604.4.1 基基 本本 原原 理理码间干扰码间干扰Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication61码间干扰码间干扰在数字传输系统中，一个无码间干扰的理想传输系统，在没有噪声

30、干扰的情况下其沖激响应h(t)应当具有如图4.29的波形。由于实际信道传输特性并非理想，响应的波形失真是不可避免的，如图4.30的hd(t)，信号的抽样沖激在多个抽样时刻不为零。这就造成了码间干扰。因此采用信道均衡技术克服这种影响。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication62横向滤波器横向滤波器在信道特性给定的情况下，对均衡器传输函数的要求是 其中H(z)是信道的传输函数。最基本的均衡器结构就是横向滤波器。它的结构如下图所示。对给的的输入X(z)，适当的设计均衡器的系数，就可以对输入序列均衡。Mobile Comm

31、unication TheoryPrinciple of Mobile Communication63评价均衡器性能的准则评价均衡器性能的准则设均衡前后的抽样值序列分别为xn和yn。1.峰值畸变准则 2均方畸变准则或对支路数为有限值2N+1的横向均衡器，式中yn 为 调整均衡器系数ck使D，L有最小值，同时使y01。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication64均衡器系数的计算均衡器系数的计算1使D最小的均衡器系数ck的求解若在均衡前系统峰值畸变（称初始畸变）D0满足 则D(ck)的最小值必定发生在使y0前后的yn=

32、0（|n|N,n0)的情况。根据已知的xn，令 利用上式并利用上节yn的求解公式建立一个2N+1个方程，求解这2N+1个系数。这种算法便称作迫零算法。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication65均衡器系数的计算均衡器系数的计算2使L最小的均衡器系数ck的求解 L的最小值必定发生在偏导数为零处，求解得式中 为均衡器输入序列xn相隔k-i个样值序列间的相关系数。对给定的输入序列xn，按上式求解2N+1个联立方程便可以求得均衡器的各系数。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mo

33、bile Communication664.4.2 非线性均衡器非线性均衡器线性均衡器一般用在信道失真不大的场合。要使均衡器在失真严重的信道上有比较好的抗噪声性能，可以采用非线性均衡器。例如：非线性均衡器非线性均衡器Description of the contents判决反馈均衡器最大似然估计均衡器Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication67判决反馈均衡器判决反馈均衡器DFE判决反馈均衡器的结构如下图所示。它由两个横向滤波器(前馈滤波器FFF，反馈滤波器FBF)和一个判决器构成。Mobile Communicat

34、ion TheoryPrinciple of Mobile Communication68判决反馈均衡器判决反馈均衡器DFE判决器的输入，等于：式中cn是前馈滤波器的N+1个支路的加权系数；bi是后向滤波器的M个支路的加权系数。zm 是当前判决器的输入，ym是输出；ym-1,ym-2,ym-M则是均衡器前M个判决输出。和横向均衡器比较，判决反馈均衡器的优点是在相同的抽头数情况下，残留的码间干扰比较小，误码也比较低。特别是在信道特性失真十分严重的信道。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication69最大似然估计均衡器最大

35、似然估计均衡器MLSEMLSE可以看作是对一个离散有限状态机状态的估计。实际ISI的响应只发生在有限的几个码元。因此在接收滤波器输出端观察到的ISI可以可作是数据序列an通过系数为fn的FIR滤波器的结果，滤波器的结构如下图所示：Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication70最大似然估计均衡器最大似然估计均衡器MLSE若各种序列以等概率发送，接收端计算条件概率P(y1,y2,yN|a1,a2,aN)(表示yn序列和an序列的相似性似然性），对应概率最大的序列就作为发送的码序列的估计。这种检测方法称作最大似然序列检测。

36、滤波器一共有L个寄存器，随着时间的推移寄存器的状态随发送的序列而变化。整个滤波器的状态共有ML种。最大概率值的计算可归结为在网格图中，搜索最小平方欧氏距离的路径，即 根据yn，在网格图中计算每一支路的平方欧氏距离(yn-rn)2，并在每一状态上累加，然后根据累加的结果的最小值确定幸存路径，得到序列rn。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication714.4.3 自适应均衡器自适应均衡器自适应均衡器能够基于对信道特性的测量随时调整自己的系数，以适应信道特性的变化。自适应均衡器的结构如下图 具有训练模式和跟踪模式两种工作模

37、式。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication724.4.3 自适应均衡器自适应均衡器自适应均衡器工作过程1.均衡器开关置1，也产生同接收端相同的训练序列。2.e(n)和x(n)作为某种算法的参数，把均衡器的系数ck调整到最佳，使均衡器满足峰值畸变准则或均方畸变准则。此阶段均衡器的工作方式就是训练模式。3.在训练模式结束后，发送端发送数据，均衡器转入跟踪模式，开关置2位置。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication734.5 扩扩 频频 通

38、通 信信4.5.1 伪噪声伪噪声(PN)序列序列14.5.2 扩频通信原理扩频通信原理 24.5.3 抗多径干扰和抗多径干扰和RAKE接收机接收机 34.5.4 跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统FHSS4Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication744.5.1 伪噪声（伪噪声（PN）序列）序列m m序列的功率谱序列的功率谱m m序列的随机性质序列的随机性质序列的产生序列的产生伪噪声序列Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication75序列的产生

39、序列的产生伪噪声序列（PN序列）具有类似随机噪声的一些统计特性，但和真正的随机信号不同，它可以重复产生和处理，故称作伪随机噪声序列。PN序列有多种，最常用的一种是最长线性反馈移位寄存器序列，也称作m序列。由m级寄存器构成的线性移位寄存器如下图：Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication76m序列的随机性质序列的随机性质（1）m序列的随机特性：平衡特性在m序列的一个完整周期N=2m-1内，0的个数和1的个数总是相差为1。游程特性m序列游程总数为(N+1)/2。长度为n的游程数等于游程总数的1/n。相关特性 m序列的自相

40、关函数是周期的二值函数。可以证明，对长度为N的m序列都有结果。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication77m序列的随机性质序列的随机性质（2）n和Ra,a(n)都是取离散值,下图是N=7的自相关函数曲线 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication78m序列的功率谱序列的功率谱（1）m序列的信号是一个周期信号，所以其功率谱是一个离散谱，图4.44(a)给出了N=7的m(t)的功率谱特性。图4.44(b)给出了一些功率谱包络随N变化的情况。可

41、以看出在序列周期T保持不变的情况下，随着N的增加，m(t)的码片Tc=T/N变短，脉冲变窄，频谱变宽，谱线变短。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication79m序列的功率谱序列的功率谱（2）Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication804.5.2 扩频通信原理扩频通信原理扩频和解扩直扩系统抗窄带干扰的能力 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication81扩频扩频（1

42、）采用2PSK系调制的直接扩频通信系统如下图所示。b(t)和c(t)相乘的结果使携带信息的基带信号的带宽被扩展到近似为c(t)的带宽Bc。扩展的倍数就等于PN序列一周期的码片数：Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication82扩频（2）信号的功率谱密度下降到原来的1/N。扩频过程如右图所示。c(t)在这里起着扩频的作用，称作扩频码。这种扩频方式就是直接序列扩频DSSS。扩频后的基带信号进行2PSK调制，得到信号s(t)：Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Com

43、munication83解扩不考虑信道噪声及各种干扰信号，接收机接收到的信号r(t)=s(t)，收到的信号首先和本地产生的PN码c(t)相乘。由于 c2(t)=（1）2=1,所以 相乘所得信号显然是一个窄带的2PSK信号，这样信号恢复为一个窄带信号，这一操作过程就是解扩。为了实现信号的解扩,要求本地的PN码序列和发射机的PN码序列严格同步，否则所接收到的就是一片噪声。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication84直扩系统抗窄带干扰的能力扩频信号的一个重要特点就是抗窄带干扰的能力。分析抗窄带干扰的模型如下图所示。设i(

44、t)为一窄带干扰信号，其频率接近信号的载波频率。解扩后最终最终扩频系统的输出干扰功率是输入干扰功率的1/N。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication85直扩系统抗窄带干扰的能力即扩频系统的处理增益为Gp通过下图来说明扩频系统抗窄带干扰的能力Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication864.5.3 抗多径干扰和抗多径干扰和RAKE接收机接收机抗多径干扰 多径分离接收机(RAKE receiver)Mobile Communication T

45、heoryPrinciple of Mobile Communication87抗多径干扰抗多径干扰利用PN序列的尖锐的自相关特性和很高的码片速率（Tc很小）有效抑制与PN序列不同步的多径信号分量的干扰特别是多径时延大于扩频码的码片时具有二径传输信道的扩频通信系统如下图所示。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication88多径分离接收机多径分离接收机（RAKE receiver）利用各多径信号分量的能量，改善接收信号的质量信号的频谱扩展使信号获得了频率分集的好处 多径信号的分离接收也是一种时间分集RAKE接收机的原理图

46、如下Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication894.5.4 跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统基本概念跳频系统的抗干扰性能和在GSM系统的应用 Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication90基本概念基本概念跳频扩频就是使窄带数字已调信号的载波频率在一个很宽的频率范围内随时间跳变，跳变的规律称作跳频图案。接收机也按照这规律同步跳变调谐 跳频的规律实际上是可以重覆的伪随机序列 瞬时带宽B跳频信号的总带宽W Mobile Communicatio

47、n TheoryPrinciple of Mobile Communication91基本概念基本概念跳频处理增益GH=W/B=N 跳频系统具有码分多址和频带共享的组网能力一般采用FSK的数字调制方式和非相干解调跳频器由PN码发生器和频率合成器组合而成，完成扩频和解扩慢跳频和快跳频在扩频信号带宽比较宽的情况下，跳频扩频比直接序列扩频更容易实现。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication92跳频系统的抗干扰性能跳频系统的抗干扰性能利用跳频序列的随机性和为数众多的频率点，使得它和干扰信号的频率发生冲突的概率大为减小，来实

48、现抗干扰。在快跳频系统中，所传输的码元分布在多个频率点上，抗干扰能力越强。跳频系统的抗干扰性能用其跳频处理增益表示。Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication93跳频系统在跳频系统在GSM系统中的应用系统中的应用GSM 系统在业务量大干扰大的情况下常常采用 跳频 跳频起着频率分集的作用减小瑞利衰落可以分散了来自其它小区的强干扰抗同频干扰Mobile Communication TheoryPrinciple of Mobile Communication944.6无线通信中的多天线技术无线通信中的多天线技术Princ

49、iple of Mobile Communication多天线系统容量分析空间复用技术954.6.1 多天线系统模型多天线系统模型MIMOMIMO利利用用在在发发送送端端和和接接收收端端同同时时使使用用多多天天线线来来抑抑制制信信道道衰衰落落，从从而而大大幅幅度度地地提提高高信信道道容容量量、抗抗衰衰落落性性能能和和频频谱谱利利用率。首先介绍用率。首先介绍MIMOMIMO的系统模型，如下图所示，的系统模型，如下图所示，Principle of Mobile Communication图 4-57 MIMO的系统模型964.6.1 多天线系统模型多天线系统模型图图4-574-57描描述述了了一一

50、个个包包含含 根根发发送送天天线线，根根接接收收天天线线，并并且采用空时编码的且采用空时编码的MIMOMIMO系统模型系统模型。信道响应矩阵为，。信道响应矩阵为，假假设设总总的的发发射射功功率率为为 ，每每根根发发送送天天线线上上的的发发射射功功率率相相同同为为 。经过无线信道经过无线信道 后，后，MIMOMIMO系统的系统的数学模型数学模型可以表示为可以表示为Principle of Mobile Communication974.6.2 多天线系统容量分析多天线系统容量分析把信道矩阵进行奇异值分解可以得到，把信道矩阵进行奇异值分解可以得到，通过引入矩阵变换，通过引入矩阵变换，可以得到，可以