移动通信——抗衰落技术.ppt

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1、移动通信抗衰落技术通信中引起衰落的原因o 衰落主要由多径干涉和非正常衰减引起。多径干涉,即多条射线的相互干涉,是最常见的也是最重要的衰落成因。o 衰落是影响通信质量的主要因素。由于多径衰落和多普勒频移的影响，移动无线信道极其易变。这些影响对于任何调制技术来说都会产生很强的负面效应。o 对路径传输损耗，主要靠增大发射功率，以提高接收信号的场强来解决。常用的抗衰落技术有哪些？o 分集接收技术o 合并技术 o 均衡技术 o 信道编码技术 o 扩频技术 各抗衰落技术的基本思想 o 分集接收技术o 合并技术o 均衡技术o 信道编码技术o 扩频技术各抗衰落技术的适用范围o 分集接收技术o 合并技术 o 均

2、衡技术 o 信道编码技术 o 扩频技术各抗衰落技术如何的实现自身功能o 分集接收技术 o 合并技术o 均衡技术 o 信道编码技术 o 扩频技术分集接收技术 o 所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立(携带同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。n 分集：接收多路不相关的信号并合并。n 目标：对抗多径信道造成的衰落和延时串扰。分集技术主要包含两方面：n 如何获得独立的多路信号分散传输n 如何合并独立的多路信号集中处理分集接收技术 分集方式主要有以下两种：o 宏分集：主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。这是一种减小慢衰落影响的分集技术，其作法是把多个基站

3、设置在不同的地理位置上和不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信。 o 微分集：是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信系统中都经常使用。可以分为时间分集、空间分集、频率分集、极化分集、场分量分集和角度分集六种，常用的只是前三种。合并技术o 分集在获得多个独立衰落的信号后，需要对信号进行合并处理。利用合并器把经过相位调整和延时后的各分集支路相加。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。均衡技术 o 数字通信系统中，由于多径传输、信道衰落等影响，在接收端会产生严重的码间干扰（ISI），增大误码率。为了克服码间干扰，提高通信系统的性能，在接收端

4、需采用均衡技术。均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性，用来减小或消除因信道的时变多径传播特性引起的码间干扰 信道编码技术o 编码技术分为信源编码和信道编码两大类，其中信源编码是为了提高信息传输的有效性，而信道编码，即差错控制编码，是为了提高信息传输的可靠性。o 数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。扩频技术 o 扩频技术，它是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远

5、大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。 分集接收技术的基本思想 o 分集接收是通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不同，信号多个副本的衰落就不会相同。接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。即将接收到的信号分成多路的独立不相关信号，然后将这些不同能量的信号按不同的规则合并起来 合并技术的基本思想o 合并技术是指在接收端取得M条相互独立的支路信号以后，对各支路信号进行相位调整和时延，然后根据一定的条件，运用一定的方式

6、、手段对信号进行选择、合并，从而获得分集增益。均衡技术的基本思想o 在数字通信系统中插入一种可调滤波器可以校正和补偿系统特性，减少码间干扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。均衡器通常是用滤波器来实现的，使用滤波器来补偿失真的脉冲，判决器得到的解调输出样本，是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本。 o 自适应均衡器直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益，因而能适应信道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的状态，从而有更好的失真补偿性能。信道编码技术的基本思想o 信道编码常是以增加信息速率（即增加信号的带宽）来获得增益的，编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在

7、接收端进行判错和纠错的目的 o 提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务，信道编码的本质是增加通信的可靠性。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。 扩频技术的基本思想o 在发射端使用传统的调制方式调制有效信号；然后使用扩频编码调制载波，使其扩展到一个非常大的带宽内，实现频谱展宽。在接收端利用相反过程得到原始信号。分集接收技术的适用范围o 在平坦性信道上接收衰落深度和衰落持续时间大的信号o 来自地形地物造成的阴影衰落（宏观信号衰落）o 在微波信号的传播过程中,由于受地面或水面反射和大气折射的影响,会产生多个经过不同路径到达接收机的信号,造成多径衰落（微观衰落） 合并技术的适用范围o 合并技

8、术是对应分集技术而言的，在接收端取得M条相互独立的支路信号以后，把经过相位调整和试验后的各分集支路信号相加，从而获得分集增益。，在所有的使用分集技术的时候，对应的需要应用到合并技术。均衡技术的适用范围o 由传输信道的频带有限造成的码间干扰 信道编码技术的适用范围o 传统的信道编码技术适用于高带宽的通信系统中，网格编码调制技术对信道带宽要求很低，适用于窄带通信系统中，如蜂窝移动通信系统。扩频技术的适用范围o 由于扩频调制使信号抗干扰能力强且隐蔽性好，最初用于军事通信，后来由于其高频谱效率带来的高经济效益而被应用到民用通信，移动通信的码分多址就是建立在扩频通信的基础上。而且还能有效的抑制窄带干扰。

9、 分集接收技术如何实现自身的功能o 由于微观分集技术接收的信号涉及到时间、空间和频率，所以根据所涉及的资源的不同可划分为时间分集、空间分集和频率分集。以此对应实现自身的功能。o 时间分集o 空间分集 o 频率分集 o 各分集技术的比较合并技术如何实现自身的功能o 选择式合并是指检测所有分集支路的信号, 以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。o 将所有具有能量且携带相同信息的信号，在信号合并前对各路载波相位进行调整并使之相同，染后相加。o 等增益合并，这种方法也是把各支路信号进行同相后再相加，只不过加权时各路的权重相等，各支路的信号是等增益相加的。均衡技术如何实现自身的功能o

10、均衡技术可以分为线形均衡和非线性均衡。如果接收信号经过均衡后，再经过判决器的输出被反馈给均衡器，并改变了均衡器的后续输出，那么均衡器就是非线性的，否则就是线性的。o 自适应均衡是指由于移动衰落信道具有随机性和时变性，这就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，这种均衡器被称为自适应均衡器。一般包含两种工作模式，即训练模式和跟踪模式。o 盲均衡是指均衡器能够不借助训练序列，而仅仅利用所接收到的信号序列即可对信道进行自适应均衡，从而节省带宽。信道编码技术如何实现自身的功能o 分组码o 卷积码 o Turbo码 o 循环码o 交织扩频技术如何实现自身的功能o （1）直接序列扩频与解扩 o

11、 （2）跳频扩频通信系统o 此外，还有跳时扩频、线性跳频和以上四种的混合方式。在通信中，常用的是直接序列扩频和跳频扩频以及他们的混合方式扩频。时间分集o 快衰落除了具有空间和频率独立性之外，还具有时间独立性，即同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行合并，就能减小衰落的影响。o 时间分集是将同一信号在不同时间区间多次重发，只要各次发送时间间隔足够大，则各次发送降格出现的衰落将是相互独立统计的。o 时间分集正是利用这些衰落在统计上互不相关的特点，即时间上衰落统计特性上的差异来实现抗时间选择性衰落的功

12、能。空间分集o 空间分集，也被称为天线分集、空间位置分集，是无线通信中使用最多的分集形式。o 空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。o 空间分集技术 用两个以上的天线收同一个信号。对空间分集而言，分集的支路数M越大，分集效果越好。但当M较大时(如M3)，分集的复杂性增加，分集增益的增加随着M的增大而变得缓慢。频率分集 o 由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号，以实现频率分集。o

13、这一技术比空间分集节省天线数目，缺点是不仅需要占用更多的频谱资源，而且需要有和频率分集中采用的频道数相等的若干个接收机。各分集技术的优缺点o 空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需另外单独的接收天线。o 时间分集与空间分集相比较，优点是减少了接收天线及相应设备的数目，缺点是占用时隙资源增大了开销，降低了传输效率。o 频率分集与空间分集相比较，其优点是在接收端可以减少接受天线及相应设备的数量，缺点是要占用更多的频带资源，所以，一般又称它为带内(频带内)分集，并且在发送端可能需要采用多个发射机。分组码o 分组码是一种前向纠错(FEC)编码。o 分组码是长度固定的码组，k个信息位被编为n位码字长

14、度，而n-k个监督位的作用就是实现检错与纠错，可表示为(n,k) 。o 在分组码中，监督位仅与本码组的信息位有关，而与其他码组的信息码字无关。o 汉明码、格雷码、Hadamard码、循环码、Reed-Solomon码等等。卷积码o 卷积码也是长度为k的信息段分为一组，编成长度为n的码字，但是这n个码元，不仅取决于当前的k个信息码元，还和前面L-1个信息段有关。因此通常把卷积码记作(n, k, L) 。 o 卷积码码的纠错能力强，不仅可纠正随机差错，而且可纠正突发差错。卷积码根据需要，有不同的结构及相应的纠错能力。但都有类似的编码规律。o 描述卷积码的方法有图解法和解析法。解析法可以采用生成矩阵

15、和生成多项式这两种方法，图解法可以采用树状图、网格图、状态图和逻辑表等方法。Turbo码 o Turbo码又称并行级联卷积码(PCCC)。o 它将卷积码和随机交织器合并在一起，实现了随机编码的思想；采用软输出叠代译码来逼近最大似然译码。 o 模拟结果表明， 在一定条件下，Turbo码在AWGN信道上的误比特率，接近香农限的性能。在第三代移动通信中，非实时的数据通信广泛采用了Turbo码。循环码BCH码o BCH码是循环码的一个重要子类，具有多种码率，可获得很大的编码增益，BCH码有严密的代数理论，是目前研究最透彻的一类码。RS码o RS码是Reed-Solomon（里德索洛蒙）码的简称，它是一

16、种多进制BCH码。o 它能够纠突发错误，通常在连续编码系统中采用交织o 数字移动信道中，传输过程中会出现成串的突发差错，这些突发差错，主要通过交织编码来解决。o 通过交织，把一个较长的突发差错离散成随机差错，再用各种纠正随机差错的编码(如卷积码或其它分组码)消除随机差错。o 交织编码不增加监督元，亦即交织编码前后，码速率不变，因此不影响有效性。o 交织深度越大，即m的数字越大，则离散度越大，抗突发差错能力也就越强。o 利用交织编码技术可离散并纠正突发性差错，改善移动通信的传输特性。 直接序列扩频与解扩o扩频：由于X（t）=b(t)c(t)的频谱等于b(t)的频谱与c(t)的频谱的卷积，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序列一周期的码卷积，N=Bc/Bb=Tb/Tc，而信号的功率谱密度下降到原来的1/N。信号这样的处理过程就是扩展，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的扩频o解扩：在接收端，接收机接收到的信号r(t)一般是有用的信号和噪声及各种干扰信号的混合，为了突出解扩的感念，暂不考