第三部分-抗衰落技术.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,3,部分 抗衰落技术,分集、均衡与信道编码,3/1/2026,1,均衡,:,可以补偿信道中由于多径效应而,产生的码间干扰（幅度和时延,),；,信道编码：,通过在发送信息时加入冗,余的数据位来改善通信链路的性能。,分集：,用来补偿衰落信道损耗,它通,常要用两个或更多的接收天线来实现；,3/1/2026,2,信道衰落,移动信道三大效应形成三大衰落：,阴影效应,：建筑物或地形起伏等的阻挡，使接收信号幅度降低,多径效应,：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,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展,抗衰落三大措施：,分集,均衡,信道编码,3/1/2026,3,内容,概述,分集技术,分集方法,分集合并,RAKE,接收,均衡,均衡原理,均衡器结构,均衡器算法,均衡器应用,信道编码,线性编码技术,卷积编码技术,先进编码技术,3/1/2026,4,分集接收：,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强有力的接收技术。,发射信号由于移动信道衰落变成多径信号到达接收端，,分集技术是通过查找和利用独立的多径信号来实现的。,3/1/2026,5,将接收到的多径信号分离成不相关的（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，使误码率最小。,一,.,分集的概念：,(Diversity),3/1/2026,6,分集原理,各,独立信号传播路径同时经历深度衰落的概率很低,3/1/2026,7,二,.,分集技术分类：,宏分集：,蜂窝小区的顶点上设立多个 基站，从不同方向同时与一个移动台通信。,微分集：,利用信号在空间,频率,极化，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。,分为,：,空间分集，极化分集,场分量分集,角度分集,时间分集。,3/1/2026,8,空间分集：,利用多径信号在空间上的独,立性，采用多个天线分别接收各多径信号。天线间的距离为：,极化分集：,利用不同极化的接收信号，,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，但天线距离可以做的比较小。,市区 郊区,3/1/2026,9,场分量分集：,通过接收电磁波不同场强,分量，例如：也可实现分集接收。,时间分集：,利用信号在时间上的独立性,发射和接,收时实现分集。要求信号重发的时间间隔：,角度分集：,利用方向性极好的天线从,发射和接收,两方面实现分集，适合于频率较高的情况。,最大多普勒频移,3/1/2026,10,三,.,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加输出。,设有,M,个分集信号,:,合并后输出为：,为加权系数。,),(,),.,(,),(,2,1,t,r,t,r,t,r,M,),(,.,),(,),(,),(,2,2,1,1,t,r,a,t,r,a,t,r,a,t,r,M,M,+,+,+,=,=,=,M,k,k,k,t,r,a,1,),(,k,a,3/1/2026,11,常用的有,三种,合并方式,:,最大比值合并,选择式合并,等增益合并,(1),选择式合并,(,Selection Combining),:,对应于不同的加权系数 。,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，容易实现。,3/1/2026,12,最佳合并方式,其输出为：,(2),最大比值合并,：,式中，,是噪声功率。,(Maximal Ratio Combining),由各支路,SNR,决定,SNR ,=,=,=,M,k,k,k,M,k,k,k,R,N,r,r,a,r,2,1,k,N,3/1/2026,13,(3),等增益合并,(Equal-Gain Combining),：,各支路信号等增益相加。,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：,=,M,k,k,E,r,r,3/1/2026,14,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，降低了误码率。,分集合并性能指合并前后信噪比改善程度。,3/1/2026,15,（,1,）,.,选择式合并的性能：,设有,M,个独立的,Rayleigh,衰落信道，每个信道称作一个分集支路，假定第,k,个支路的信噪比,为:,对于单一支路，其信噪比小于某一阈值的概率为：,（,1,）,k,k,k,N,r,2,2,=,g,g,g,g,-,-,g,g,=,g,g,t,t,k,k,t,t,k,k,d,e,P,0,1,3/1/2026,16,全部,M,条分集支路上信号的信噪比低于阈值（中断）的概率为：,式中的 是各支路信噪比都没有达到 的概率；是各支路平均信噪比。,),(,.,2,1,g,g,=,g,g,g,g,M,k,t,k,k,t,M,M,P,P,M,t,e,),1,(,0,g,g,-,-,=,M,P,t,g,N,2,0,s,=,g,3/1/2026,17,则至少有一条支路的,SNR,的概率为,:,如果某些支路的信噪比,SNR,因为 小于,1,，所以当 一定，,上式是使用选择分集时,至少有一路信号的信噪比超过阈值的概率,或称,可通率,。,分集重数,M ,可通率,.,t,g,t,g,M,M,t,k,k,t,e,P,P,),1,(,1,),(,1,0,g,g,-,-,-,=,g,-,=,g,g,0,g,g,t,),1,(,0,g,g,-,-,t,e,3/1/2026,18,例,:,假定使用,4,支路分集，每支路收到,1,个独立的,Rayleigh,衰落信号。若信噪比的均,值 为20,dB,，,判决阈值,=10dB.,试将此情,况与没有使用分集的简单接收机相比。,解：根据题意，有：,由式,(4-15),即,M,条支路的中断概率为：,3/1/2026,19,（,1,）,使用,4,支路分集,即,M=4,可得,:,（,2,）如果不用分集,令,(4-15),式中,M=1:,比较 和 ，没有使用分集时的,SNR,低于阈值的概率要比采 用,4,条分集高三个数量级（或可通率低三个数量级）,。,000082,.,0,),1,(,),10,(,4,1,.,0,4,=,-,=,-,e,dB,P,095,.,0,),1,(,),10,(,1,1,.,0,1,=,-,=,-,e,dB,P,4,P,1,P,3/1/2026,20,(2),最大比值合并：,是由,Kahn,最先提出，它对,M,路信号进行加权求和。有以下特点：,i),每个支路有一个加权因子,的大小由各支路,SNR,来分配,SNR,大的支路权重大，,SNR,小的支路权重小,以实现最大的,SNR.,k,a,M,k,.,2,1,=,k,a,3/1/2026,21,),各路信号迭加时要保证,同相位,(,与选择分集不同,),因而要求每个支路有,放大,和,调相,电路。合并信号为：,等价于各支路增益,=,=,=,M,k,K,k,k,M,k,k,R,N,r,r,a,r,2,1,k,a,3/1/2026,22,合并信号的信噪比为：,可知：,g,=,=,g,k,k,k,k,k,k,k,k,k,k,k,k,k,R,N,a,N,a,N,a,r,a,2,2,2,2,2,g,=,g,M,k,k,R,max,3/1/2026,23,是单个支路信噪比的,M,倍。因此，虽然费用和复杂度要高的多，但实际中常被采用。,3/1/2026,24,（,3,）等增益合并：,因为有时按需要权重可调并不方便，因而出现了,等增益合并,：,各支路信号同相后再迭加,，,但各支路,权重相同,。,其性能比最大比率合并差一些，但比选择性分集要好很多。,3/1/2026,25,在相同分集重数（即,M,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；分集重数,M,较小时，等增益合并的信噪比接近最大比值合并，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，而其他各支路都没有被利用。,三种合并法平均信噪比比较,:,3/1/2026,26,交织编码技术,交织,：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随机错误,交织深度,：交织前相邻两符号在交织后的间隔距离,交织宽度,：交织后相邻两符号在交织前的间隔距离,交织延迟,：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,交织方法,行列交织,卷积交织,随机交织,要求：,交织深度大于相干时间,时间分,集,3/1/2026,27,跳频技术,跳频,：载波信号的频率随时间而变化,目的,抗多径跳频驻留时间小于多径延迟时间差,抗同信道干扰正交跳频图案可避免频率复用引起的同频干扰,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,本质,：频率分集,3/1/2026,28,直接序列扩频,概念,：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,目的,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度，再利用窄带滤波器，滤出带外干扰,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,RAKE,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,3/1/2026,29,Rake,接收机,CDMA,的关键技术,多径分集,：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,多径分离,基础采用直接扩频信号,要求,1,、符号时间,T,与带宽,W,之积远大于,1,；,2,、直扩序列信号的自相关和互相关性好,多径合并准则,a),第一路径准则；,b),最强路径准则；,c),检测后积分准则；,d),等增益合并准则；,e),最大比合并准则；,f),自适应合并准则,3/1/2026,30,RAKE,接收机原理,3/1/2026,31,