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1、抗衰落和链路性能增强技术1第1页，共38页，编辑于2022年，星期日第第3章的问题：章的问题：1、信源编码的原理是什么？GSM系统的信源编码器是什么？编码后的信息速率是多少？2、信道编码的原理是什么？3、移动通信的信号处理流程？4、信道编码的分类？分别处理什么情况？5、GSM移动通信系统采用什么信道编码方式？2第2页，共38页，编辑于2022年，星期日信道编码信源编码TDMA帧形成调制功率放大信道解码信源解码TDMA帧分离解调接收图3-1 移动通信信号处理流程 模拟模拟信号信号a)语音发送b)语音接收语音编码语音编码13kb/s13kb/s移动台甲移动台甲基站基站混合编码器混合编码器纠错编码纠
2、错编码交织技术交织技术GMSKGMSKQPSKQPSK检错检错纠错纠错3第3页，共38页，编辑于2022年，星期日回忆第回忆第2章的内容：章的内容：1、移动通信传播的基本特性？2、引起的衰落类型有哪几种？其中哪两种影响最显著？4第4页，共38页，编辑于2022年，星期日本章提示本章提示 l衰落是移动通信信道的基本特征。多径传播使接收信号不仅包含数量约为10Hz100Hz的多普勒频移和几十分贝的深度衰落，而且有数微秒的时延差。这些影响会造成传输性能的下降和严重的码间干扰（ISI），使数字信号误码率增加。5第5页，共38页，编辑于2022年，星期日本章提示本章提示 l阴影效应和气象条件的变化会造成
3、信号幅度的降低和相位变化。这都是移动信道独有的特性，它将影响移动通信系统的接收性能。6第6页，共38页，编辑于2022年，星期日本章提示本章提示 l为了提高移动通信系统的性能，采用分集、信道均衡和信道编码三种技术来改善接收信号质量。这三种技术的共同特点，都是如何适应信道的衰落，时延扩展和信道的时间特性。而交织技术则是改变信道特性以解决由于突发干扰而造成成串误码的问题。7第7页，共38页，编辑于2022年，星期日本章提示本章提示l数据速率越高，分集，均衡，信道编码和交织技术越显得重要。这些技术已成为数字信号无线传输系统中不可或缺的重要环节。在移动通信系统中，这些抗衰落技术在大多数情况下都是同时采
4、用的。8第8页，共38页，编辑于2022年，星期日要掌握的概念要掌握的概念l分集接收分集接收l合并技术合并技术9第9页，共38页，编辑于2022年，星期日第第4 4章章 抗衰落技术抗衰落技术4.1 内容概述4.2 分集技术4.2.1 宏观分集4.2.2 微观分集的类型4.2.3 分集的合并方式4.2.4 性能比较4.2.5 分集对数字移动通信误码的影响10第10页，共38页，编辑于2022年，星期日4.1 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 术术均均 衡衡 技技 术术11第11页，共38页，编辑于2022年，星期日 1、分、分 集集 接接 收
5、收基本思想基本思想 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。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12第12页，共38页，编辑于2022年，星期日 2、信信 道道 编编 码码基本思想基本思想 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。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。13第13页，共38页，编辑于2022年，星期日 3、信信 道道 均均 衡衡l当当传传
6、输输的的信信号号带带宽宽大大于于无无线线信信道道的的相相关关带带宽宽时时，信信号号产产生生频频率率选选择择性性衰衰落落，接接收收信信号号就就会会产产生生失失真真，它它在在时域表现为接收信号的时域表现为接收信号的码间干扰码间干扰。l所所谓谓信信道道均均衡衡就就是是在在接接收收端端设设计计一一个个称称之之为为均均衡衡器器的的网络，以补偿信道引起的失真网络，以补偿信道引起的失真。l均均衡衡器器的的参参数数必必须须能能跟跟踪踪信信道道特特性性的的变变化化而而自自行行调调整。整。14第14页，共38页，编辑于2022年，星期日扩扩 频频 技技 术（术（CDMA）思想思想通过扩展基带数字信号的频谱通过扩展
7、基带数字信号的频谱作用作用抗窄带干扰，减少衰落的影响抗窄带干扰，减少衰落的影响15第15页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2 分集技术分集技术l分集技术分集技术（Diversity Techniques）就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。l分集：在多个独立的衰落路径上传送相同的数据信号l合并：接收端按照某种原则和规律进行信号的合并。l大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。多条路径同时深衰落的几率较小16第16页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2 分分 集集 技技 术术分集接收是分集接收是抗衰落抗衰落的有效措施之一的有效措施之一 分集技术可以分为分集技术可以分为宏
8、观分集宏观分集和和微观分集微观分集 宏观分集宏观分集 阴影衰落阴影衰落 微观分集微观分集 微观衰落微观衰落 17第17页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.1 宏宏 观观 分分 集集18第18页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.1 宏宏 观观 分分 集集l设设基基站站A A接接收收到到的的信信号号中中值值为为mA,mA,基基站站B B接接收收到到的的信信号号中中值值为为mB,mB,它它们们都都服服从从对对数数正正态态分分布布。若若mA mA mB,mB,则则确确定定用用基基站站A A与与移移动动台台通通信信；若若mA mA mB,mB,则确定用基站则确定用基站B B与移动台通
9、信。与移动台通信。l如如图图中中，移移动动台台在在B B路路段段运运动动时时，可可以以和和基基站站B B通通信信；而在而在A A路段则和基站路段则和基站A A通信。通信。l基站数视需要而定基站数视需要而定19第19页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.2 微微 观观 分分 集集目的：目的：获得多个衰落独立的信号获得多个衰落独立的信号 信信号号衰衰落落所所呈呈现现的的独独立立性性是是多多方方面面的的，如如时时间间、频频率率、空空间间、角角度度、以以及及携携带带信信息息的的电电磁磁波波极极化化方方向向等等等等。常见的有：常见的有：时时间间分分集集：移移动动的的时时间间足足够够长长（或或移移
10、动动的的距距离离足足够够大大），大于信道的相干时间，大于信道的相干时间。频率分集：频率分集：两个载波的间隔大于信道的相干带宽。两个载波的间隔大于信道的相干带宽。空空间间分分集集：相相隔隔足足够够大大的的距距离离。实实际际测测量量表表明明，通通常常在在市市区，取区，取d d=0.5=0.5,在郊区可以取在郊区可以取d d=0.8=0.8。来源于同一信来源于同一信息息20第20页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.3 分集的合并方式分集的合并方式l接收端收到M（M2）个分集信号后，如何利用这些信号以减小衰落的影响，这就是合并问题。l在接收端取得M条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术得
11、到分集增益。l目的 改善接收到的信号的信噪比21第21页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.3 分集的合并方式分集的合并方式l根据在接收端使用合并技术的位置不同，可以分为检测前（Predetection）合并技术和检测后（Postdetection）合并技术，如图4-3所示。这两种技术都得到了广泛的应用 22第22页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.3 分集的合并方式分集的合并方式图4-3 空间分集的合并23第23页，共38页，编辑于2022年，星期日 MM重重分分集集对对这这些些信信号号的的处处理理概概括括为为MM条条支支路路信信号号的线性叠加：的线性叠加：其其中中fk(t
12、)fk(t)为为第第k k支支路路的的信信号号；k(t)k(t)为为第第k k支支路路信信号的加权因子。号的加权因子。4.2.3 分集的合并方式分集的合并方式原理原理24第24页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.3 分集的合并方式分集的合并方式l信噪比的改善和加权因子有关，对加权因信噪比的改善和加权因子有关，对加权因子的选择方式不同子的选择方式不同,形成形成3 3种基本的合并方种基本的合并方式式:通常有通常有3 3类：选择式合并（类：选择式合并（Selective Selective CombiningCombining）、最大比合并（）、最大比合并（Maximum Maximum
13、Ratio CombingRatio Combing）和等增益合并（）和等增益合并（Equal Equal Gain CombiningGain Combining）。）。25第25页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.3 分集的合并方式分集的合并方式在下面的讨论中假设：在下面的讨论中假设：每每支支路路的的噪噪声声与与信信号号无无关关，为为零零均均值值、功功率率恒恒定定的的加加性性噪声。噪声。信信号号幅幅度度的的变变化化是是由由于于信信号号的的衰衰落落，其其衰衰落落的的速速率率比比信号的最低调制频率低许多。信号的最低调制频率低许多。各各支支路路信信号号相相互互独独立立，服服从从瑞瑞利利
14、分分布布，具具有有相相同同的的平均功率。平均功率。26第26页，共38页，编辑于2022年，星期日1.选择式合并选择式合并在所接收的多路信号中，合并器选择信噪比最高的一路输出，这相当于在M个系数k(t)中，只有一个等于1，其余的为0。27第27页，共38页，编辑于2022年，星期日1选择式合并选择式合并图4-4 选择式合并的原理多径衰落多径衰落分集接收分集接收信噪比最高的一路信噪比最高的一路28第28页，共38页，编辑于2022年，星期日2最大比合并最大比合并 lM个分集支路经过载波相位调整后，按适当的增益系数同相相加（检测前合并），再送入检测器，如图4-6所示。29第29页，共38页，编辑于
15、2022年，星期日2最大比合并最大比合并 图4-6 最大比合并的原理M M条支路共同参与条支路共同参与适当的增益系数适当的增益系数30第30页，共38页，编辑于2022年，星期日2最大比合并最大比合并 合并后信号的包络为 =（4-3）式中，ri为第i条支路的信号振幅；ai为第i条支路的增益系数。31第31页，共38页，编辑于2022年，星期日3.等增益合并等增益合并合并器输出的信号的包络等于增益系数都为增益系数都为1 132第32页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.4 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
16、方式的改善因子改善因子，用D表示。选择合并选择合并 最大比值合并最大比值合并 等增益合并等增益合并 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。33第33页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.4 性能比较性能比较从图中可以看出在三从图中可以看出在三种合并方式中，最大种合并方式中，最大比值合并改善最多，比值合并改善最多，其次是等增益合并，其次是等增益合并，最差是选择合并，这最差是选择合并，这是因为选择合并只利是因为选择合并只利用其中一个信号，其用其中一个信号，其余没有被利用，而前余没有被利用，而前两者把各支路信号的两者把各支路信号的能量都得到利
17、用。能量都得到利用。34第34页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.5 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 35第35页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.5 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 36第36页，共38页，编辑于2022年，星期日4.2.5 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见，二重分由图可见，二重分集对无分集误码特集对无分集误码特性有了很大的改善。性有了很大的改善。37第37页，共38页，编辑于2022年，星期日作业作业?P175 4.1 4.2?P176 4.4 4.5 38第38页，共38页，编辑于2022年，星期日