第五章抗衰落技术PPT讲稿.ppt

第五章抗衰落技术第五章抗衰落技术第1页，共83页，编辑于2022年，星期三内容内容n分集技术分集技术n时域分集技术时域分集技术n频域分集技术频域分集技术第2页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1 5.1 分集技术分集技术v分集技术是抗衰落的有效措施之一分集技术是抗衰落的有效措施之一 v分集技术可以分为宏观分集和微观分集分集技术可以分为宏观分集和微观分集 v 宏观分集宏观分集 阴影衰落阴影衰落 v 微观分集微观分集 微观衰落微观衰落 v合并技术合并技术 获得获得M M个相互独立的多径信号分量，然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后对它们进行处理以获得信噪比的改善 第3页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1 5.1 分集技术分集技术v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。用这些信号的能量来改善接收信号的质量。v作用作用 充分利用接收信号的能量充分利用接收信号的能量,减小在平坦性衰落信道上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接收信号的衰落深度和衰落的持续时间.第4页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1.1 5.1.1 宏观分集宏观分集图5-1 宏观分集第5页，共83页，编辑于2022年，星期三n设基站设基站A A接收到的信号中值为接收到的信号中值为m mA A,基站基站B B接收到的信号中值为接收到的信号中值为m mB B,它们都服从对数正态分布。若它们都服从对数正态分布。若m mA A m mB B,则确定用基站则确定用基站A A与与移动台通信；若移动台通信；若m mA A m mB B,则确定用基站则确定用基站B B与移动台通信。与移动台通信。n如图中，移动台在如图中，移动台在B B路段运动时，可以和基站路段运动时，可以和基站B B通信；而在通信；而在A A路段则和基站路段则和基站A A通信。通信。5.1.1 5.1.1 宏观分集宏观分集第6页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1.2 5.1.2 微观分集的类型微观分集的类型v信号衰落所呈现的独立性是多方面的，如时间、频率、空信号衰落所呈现的独立性是多方面的，如时间、频率、空间、角度、以及携带信息的电磁波极化方向等等。常见的间、角度、以及携带信息的电磁波极化方向等等。常见的有：有：v1.1.时间分集时间分集 通过在不同的时间间隔多次传送同样的信号来实现的，且时间间隔大于信通过在不同的时间间隔多次传送同样的信号来实现的，且时间间隔大于信道的相干时间。时间分集对处于静止的移动台是无用的。道的相干时间。时间分集对处于静止的移动台是无用的。v2.2.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。v3.3.空间分集空间分集使用多个发送或接收天线实现独立的衰落路径分集方式叫做空间分集。使用多个发送或接收天线实现独立的衰落路径分集方式叫做空间分集。接收分集接收分集中不需要增加发射功率或带宽，通过分集信号进行相干合并能提高接收信号中不需要增加发射功率或带宽，通过分集信号进行相干合并能提高接收信号的信噪比。的信噪比。发射分集发射分集中有很多根发送天线，总的发射功率是各天线上发送功率之和。中有很多根发送天线，总的发射功率是各天线上发送功率之和。发送分集的设计与发送端是否知道信道信息有关；当已知信道信息时，发送分集与发送分集的设计与发送端是否知道信道信息有关；当已知信道信息时，发送分集与接收分集类似；当未知信道信息时，需借助接收分集类似；当未知信道信息时，需借助AlamoutiAlamouti方案来获得发送增益。方案来获得发送增益。第7页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1.2 5.1.2 微观分集的类型微观分集的类型v4.4.极化分集极化分集v两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性，发送端和接收端两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性，发送端和接收端可以用两个位置很近但极化方式不同的天线分别发送和接收信可以用两个位置很近但极化方式不同的天线分别发送和接收信号，以获得分集效果。号，以获得分集效果。v实际应用中通常采用正交极化分集，将两个相互正交的天线振实际应用中通常采用正交极化分集，将两个相互正交的天线振子阵列集成在同一天线体内构成双极化天线，其安装使用均如子阵列集成在同一天线体内构成双极化天线，其安装使用均如同单根天线同单根天线v5.5.角度分集角度分集 由于地形环境不同，到达接收机的不同路径的信号可能来自不由于地形环境不同，到达接收机的不同路径的信号可能来自不同的方向，在接收端采用方向性的天线，分别指向不同的信号同的方向，在接收端采用方向性的天线，分别指向不同的信号到达方向，则每个方向性的天线接收到的多径信号是互不相关到达方向，则每个方向性的天线接收到的多径信号是互不相关的。的。第8页，共83页，编辑于2022年，星期三空间接收分集空间接收分集图图5-2 5-2 空间分集示意图空间分集示意图n对空间分集而言，间隔距离对空间分集而言，间隔距离d d与工作波长、地物及天线高度有关，与工作波长、地物及天线高度有关，d d越大，相关性越大，相关性就越弱；分集的路数越多，分集效果也越好，当然系统也就越复杂。就越弱；分集的路数越多，分集效果也越好，当然系统也就越复杂。n实际应用时，通常在基站的每个扇区设置两副接收天线，接收移动台的实际应用时，通常在基站的每个扇区设置两副接收天线，接收移动台的信号，如图信号，如图5-25-2所示。所示。第9页，共83页，编辑于2022年，星期三极化分集极化分集v这种方法的优点是结构比较紧凑，节省空间；缺点这种方法的优点是结构比较紧凑，节省空间；缺点是由于发射功率要分配到两副天线上，信号功率将是由于发射功率要分配到两副天线上，信号功率将有有3dB的损失。的损失。第10页，共83页，编辑于2022年，星期三频率分集频率分集v频率分集的优点频率分集的优点:与空间分集相比，减少了天线的数目。与空间分集相比，减少了天线的数目。v缺点缺点:要占用更多的频谱资源，在发射端需要多部发射要占用更多的频谱资源，在发射端需要多部发射机。机。第11页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1.35.1.3分集的合并方式及性能分集的合并方式及性能 vM重分集对这些信号的处理概括为重分集对这些信号的处理概括为M条支路信号的线性叠加：条支路信号的线性叠加：其中其中fk(t)为第为第k支路的信号；支路的信号；k(t)为第为第k支路信号的加权因子。支路信号的加权因子。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,形成形成3种种基本的合并方式基本的合并方式:选择合并、最大比值合并和等增益合并选择合并、最大比值合并和等增益合并。v分集效果常用分集改善因子或分集增益来描述，也可以用中断概分集效果常用分集改善因子或分集增益来描述，也可以用中断概率来描述。率来描述。第12页，共83页，编辑于2022年，星期三n在下面的讨论中假设：在下面的讨论中假设：每支路的噪声与信号无关，为零均值、功率恒定的加性噪声。每支路的噪声与信号无关，为零均值、功率恒定的加性噪声。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信号号的最低调制频率低许多。的最低调制频率低许多。各支路信号相互独立，各支路信号相互独立，服从瑞利分布服从瑞利分布，具有相同的平均功率。，具有相同的平均功率。5.1.35.1.3分集的合并方式及性能分集的合并方式及性能第13页，共83页，编辑于2022年，星期三1.1.选择合并选择合并 n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，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，这相当于在这相当于在M M个系数个系数k k(t)(t)中，只有一个等于中，只有一个等于1 1，其余的为，其余的为0 0。最大信噪比判决接收机接收机MrMr1rs图图5-3 5-3 分集的选择合并分集的选择合并第14页，共83页，编辑于2022年，星期三1.1.选择合并选择合并n设第设第i个支路的信号功率为个支路的信号功率为 ，噪声功率为，噪声功率为 ，第，第i个支路的瞬时信噪比个支路的瞬时信噪比 为为 。n选择式合并方式中，只有全部选择式合并方式中，只有全部M个支路的信噪比都达不到个支路的信噪比都达不到要求，才会通信中断。若第要求，才会通信中断。若第i个支路中个支路中 （可检测的（可检测的最小信噪比）的概率为最小信噪比）的概率为 ，则，则M个支路中断概个支路中断概率以率以 表示可得表示可得 第15页，共83页，编辑于2022年，星期三1.1.选择合并选择合并n由于由于 可得：可得：n设信号包络的起伏设信号包络的起伏 服从瑞利分布，可得服从瑞利分布，可得 n则则第16页，共83页，编辑于2022年，星期三1.1.选择合并选择合并n若各支路的信号具有相同的方差，即若各支路的信号具有相同的方差，即n各支路的信号具有相同的噪声功率，即各支路的信号具有相同的噪声功率，即 n令平均信噪比为令平均信噪比为 ，由于，由于M个分集支路的衰个分集支路的衰落是互不相关的，所有支路的落是互不相关的，所有支路的i（i=1，2，,M）同时）同时小于某个给定值小于某个给定值 的概率为的概率为 第17页，共83页，编辑于2022年，星期三1.1.选择合并选择合并n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，用均信噪比。这个比值称作合并方式的改善因子，用D表示。表示。n选择合并方式中，由信噪比选择合并方式中，由信噪比 的概率密度的概率密度 可求得平均信噪比为可求得平均信噪比为n对对*式中的式中的 进行微分得到进行微分得到 的概率密度函数的概率密度函数 为为 n得到在独立同分布的瑞利衰落信道下，选择合并输出的平均信噪比为得到在独立同分布的瑞利衰落信道下，选择合并输出的平均信噪比为第18页，共83页，编辑于2022年，星期三例题例题1n设传输信道为瑞利衰落信道，各支路的平均信噪比相同，设传输信道为瑞利衰落信道，各支路的平均信噪比相同，均为均为 。当发送端采用。当发送端采用BPSK调制时，接收端每条支调制时，接收端每条支路所能接受的信噪比为路所能接受的信噪比为7dB。试分别求出支路数。试分别求出支路数M=1,2和和3时时选择分集合并方式的中断概率。选择分集合并方式的中断概率。解解：由题设知，支路可接受的信噪比和平均信噪比分别为：由题设知，支路可接受的信噪比和平均信噪比分别为第19页，共83页，编辑于2022年，星期三例题例题2n设传输信道为瑞利衰落信道，各支路的平均信噪比相同，设传输信道为瑞利衰落信道，各支路的平均信噪比相同，均为均为 。试分别求出支路数。试分别求出支路数M=2和和3时选择分集合并时选择分集合并方式的输出平均信噪比，并计算方式的输出平均信噪比，并计算M=3时输出平均信噪比相对时输出平均信噪比相对M=2增加的百分比。增加的百分比。解解：由题设知，各支路平均信噪比为：由题设知，各支路平均信噪比为第20页，共83页，编辑于2022年，星期三2.2.最大比值合并最大比值合并 n在在信信号号合合并并前前对对各各路路载载波波相相位位进进行行调调整整并并使使之之同同相相，然然后后相相加。这样合并器输出信号的包络为加。这样合并器输出信号的包络为接收机M相位调整rMaMaMrM图图5-4 5-4 分集的最大比合并分集的最大比合并第21页，共83页，编辑于2022年，星期三n输出的噪声功率等于各支路的输出噪声功率之和输出的噪声功率等于各支路的输出噪声功率之和n于是合并器的输出信噪比为于是合并器的输出信噪比为 n希望输出的信噪比有最大值，使加权系数希望输出的信噪比有最大值，使加权系数i满足满足 2.2.最大比值合并最大比值合并第22页，共83页，编辑于2022年，星期三最大比值合并最大比值合并n根据许瓦尔兹不等式根据许瓦尔兹不等式则有则有n结结果果表表明明，若若第第i支支路路的的加加权权系系数数i和和该该支支路路信信号号幅幅度度ri成成正正比比，和和噪噪声声功功率率Ni成成反反比比，则则合合并并器器输输出出的的信信噪噪比比有有最最大大值值,且且等于各支路信噪比之和：等于各支路信噪比之和：第23页，共83页，编辑于2022年，星期三最大比值合并最大比值合并n由于由于 是服从瑞利分布的随机变量，假设每个支是服从瑞利分布的随机变量，假设每个支路有相同的平均信噪比路有相同的平均信噪比 ，则，则 是服从卡方分布是服从卡方分布的随机变量，其数学期望为的随机变量，其数学期望为 ，方差为方差为 ，可知其概率密度函数，可知其概率密度函数为为n给定信噪比门限给定信噪比门限 下相应的中断概率为下相应的中断概率为第24页，共83页，编辑于2022年，星期三例题例题3n考虑两支路的最大比合并方式，每条支路都是独立同分布考虑两支路的最大比合并方式，每条支路都是独立同分布的瑞利衰落信道，支路的平均信噪比为的瑞利衰落信道，支路的平均信噪比为 ，当接收，当接收信噪比门限为信噪比门限为7dB时，试计算采用最大比合并方式的输出时，试计算采用最大比合并方式的输出平均信噪比，并比较最大比合并与选择合并方式的中断概平均信噪比，并比较最大比合并与选择合并方式的中断概率的大小。率的大小。解：解：由题设知，各支路平均信噪比为由题设知，各支路平均信噪比为采用最大比合并方式的输出平均信噪比为采用最大比合并方式的输出平均信噪比为第25页，共83页，编辑于2022年，星期三例题例题3n最大比合并的中断概率最大比合并的中断概率n选择合并方式的中断概率选择合并方式的中断概率第26页，共83页，编辑于2022年，星期三3 3等增益合并等增益合并 n 各各支支路路的的加加权权系系数数 都等于都等于1，合并器输出的信号的包络等于，合并器输出的信号的包络等于接收机M相位调整rMaM=1rM图图5-5 5-5 分集的等增益合并分集的等增益合并第27页，共83页，编辑于2022年，星期三n设各支路噪声平均功率相等，输出的信噪比为设各支路噪声平均功率相等，输出的信噪比为3等增益合并等增益合并第28页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1.4 5.1.4 性能比较性能比较n等增益合并时由等增益合并时由*式可知式可知n假定各支路信号不相关，既有假定各支路信号不相关，既有n根据瑞利分布性质确定的根据瑞利分布性质确定的 可得出平均信噪比可得出平均信噪比第29页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1.4 5.1.4 性能比较性能比较n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，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，用用D表示。表示。等增益合并等增益合并 最大比值合并最大比值合并 选择合并方式选择合并方式 n通常用通常用dBdB表示表示:D(dB)=10lg(D),:D(dB)=10lg(D),图图5-65-6给出了各种给出了各种D(dB)MD(dB)M的关的关系曲线。系曲线。第30页，共83页，编辑于2022年，星期三从图中可以看出在三种从图中可以看出在三种合并方式中，最大比值合并方式中，最大比值合并改善最多，其次是合并改善最多，其次是等增益合并，最差是选等增益合并，最差是选择合并，这是因为选择择合并，这是因为选择合并只利用其中一个信合并只利用其中一个信号，其余没有被利用，号，其余没有被利用，而前两者把各支路信号而前两者把各支路信号的能量都得到利用。的能量都得到利用。5.1.4 性能比较性能比较图图5-6 5-6 三种合并方式的改善因子三种合并方式的改善因子第31页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1.5 5.1.5 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 n把把P Pe e看作是衰落信道中给定信噪比看作是衰落信道中给定信噪比的条件概率。则平的条件概率。则平 式中式中 即为即为M M重分集的信噪比概率密度函数。下面以二重分集为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 DPSK 为例进行说明。为例进行说明。DPSKDPSK的误码率为的误码率为 均错误概率均错误概率第32页，共83页，编辑于2022年，星期三1.采用选择合并器的采用选择合并器的DPSKDPSK误码特性误码特性2.2.采用最大比值合并器的采用最大比值合并器的DPSKDPSK误码特性误码特性 3.3.采用等增益合并器的采用等增益合并器的DPSKDPSK误码特性误码特性 5.1.5 5.1.5 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第33页，共83页，编辑于2022年，星期三5.1.5 5.1.5 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由图5-75-7可见，二重分集对无分集误码特性有了很大的改善。可见，二重分集对无分集误码特性有了很大的改善。图图5-75-7第34页，共83页，编辑于2022年，星期三三种合并类型性能比较三种合并类型性能比较n信噪比的改善信噪比的改善不同分集重数其平均信噪比改善程度不同不同分集重数其平均信噪比改善程度不同相同分集重数下，最大比值合并改善信噪比最多，等增益合相同分集重数下，最大比值合并改善信噪比最多，等增益合并接近最大比值合并，选择式合并改善最少。并接近最大比值合并，选择式合并改善最少。n误码率的改善误码率的改善数字系统中衡量分集效果的指标是误码率数字系统中衡量分集效果的指标是误码率从误码率角度比较：从误码率角度比较：最佳比值合并最佳比值合并 -最好最好等增益合并等增益合并 -其次其次选择式合并选择式合并 -最差最差第35页，共83页，编辑于2022年，星期三内容内容n分集技术分集技术n时域分集技术时域分集技术自动请求重传自动请求重传RakeRake接收接收交织编码技术交织编码技术n频域分集技术频域分集技术第36页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2 5.2 隐分集技术隐分集技术隐分集含义隐分集含义 是指只用一副天线接收信号来实现分集的技术。分集是指只用一副天线接收信号来实现分集的技术。分集作用是隐含在传输信号的方式中，而在接收端利用信作用是隐含在传输信号的方式中，而在接收端利用信号处理技术实现分集。号处理技术实现分集。隐分集技术类型隐分集技术类型自动请求重传自动请求重传RakeRake接收接收交织编码技术交织编码技术跳频技术跳频技术直接序列扩频技术直接序列扩频技术 时域分集频域分集第37页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术n差差错错控控制制技技术术是是为为了了实实现现高高速速数数据据传传输输下下的的低低误误码码率率性性能能。发发端根据反馈信道上的链路性能，自适应地发送相应的数据。端根据反馈信道上的链路性能，自适应地发送相应的数据。n差差错错控控制制技技术术一一般般分分为为三三类类：自自动动请请求求重重传传（ARQARQ），前前向向纠纠错错（FECFEC），混合自动重传（），混合自动重传（HARQHARQ）。）。nARQARQ方方式式是是在在发发送送端端发发送送检检错错码码，在在接接收收端端根根据据译译码码结结果果是是否否出出错错，然然后后通通过过反反馈馈信信道道给给发发送送端端发发送送一一个个应应答答信信号号正正确确（ACKACK）或或者者错错误误（NACKNACK）。发发送送端端根根据据这这个个应应答答信信号号来来决决定定是是否否重重发发数数据据帧帧，直直到到收收到到ACKACK或者发送次数超过预先设定的最大发送次数后再发下一个数据帧。或者发送次数超过预先设定的最大发送次数后再发下一个数据帧。nFECFEC方方式式是是发发端端采采用用冗冗余余较较大大的的纠纠错错编编码码，接接收收端端译译码码后后能能纠纠正正一一定程度上的误码。定程度上的误码。nHARQHARQ是是把把两两种种方方式式结结合合起起来来的的一一种种差差错错控控制制技技术术，它它能能够够使使两两者者优优势互补，提高链路性能。势互补，提高链路性能。第38页，共83页，编辑于2022年，星期三HARQ的系统结构的系统结构 1.HARQ 1.HARQ的系统结构的系统结构采用采用HARQ技术的系统结构如图技术的系统结构如图5-8所示，所示，图图 5-8 HARQ的系统结构的系统结构第39页，共83页，编辑于2022年，星期三HARQ的基本思想就是发送端发送纠错码组，发送之后并不马上删除而是存放在缓冲存储器中，接收端接收到数据帧后通过纠错译码纠正一定程度的误码，然后再判断信息是否出错。如果译码正确就通过反馈信道发送一个ACK应答信号，反之就发送一个NACK。当发送端接收到ACK时就发送下一个数据帧，并把缓存器里的数据帧删除；当发送端接收到NACK时，就把缓存器里的数据帧重新发送一次，直到收到ACK或者发送次数超过预先设定的最大发送次数为止，然后再发送下一个数据帧。第40页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术n传统的传统的ARQ技术有三种典型技术：技术有三种典型技术：停止等待方式停止等待方式(Stop and Wait ARQ，SW-ARQ)回退回退N步方式步方式(Go-Back-N-ARQ，GBN-ARQ)选择重传方式选择重传方式(Select-Repeat-ARQ，SR-ARQ)第41页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术2.ARQ2.ARQ的重传机制的重传机制n停止等待型（停止等待型（SW-ARQ SW-ARQ）SW-ARQSW-ARQ方方式式就就是是发发送送端端在在发发送送一一个个数数据据帧帧后后就就处处于于等等待待状状态态，直直到到收收到到ACKACK才才发发送下一个数据帧或者收到送下一个数据帧或者收到NACKNACK之后发送上一帧数据。原理如图之后发送上一帧数据。原理如图5-95-9所示。所示。其其中中 、表表示示经经过过译译码码发发现现错错误误的的数数据据帧帧。采采用用这这种种方方式式信信道道就就会会经经常常处处于于空空闲闲状状态态，传输效率以及信道利用率很低，不过实现简单。传输效率以及信道利用率很低，不过实现简单。图图5-9 SW-ARQ5-9 SW-ARQ重传机制重传机制第42页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术n回退回退N步型（步型（GBN）发送端将发送端将N个数据帧分为一组，当发送端发出第一个数据个数据帧分为一组，当发送端发出第一个数据帧后，不停止等待，继续发下面的帧后，不停止等待，继续发下面的N个数据帧，当反馈回个数据帧，当反馈回NACK时，发送方不但要重传错误的那一帧，还要同时将时，发送方不但要重传错误的那一帧，还要同时将错误帧之后的错误帧之后的N个数据帧进行重传。个数据帧进行重传。GBN-ARQ原理如图原理如图5-10所示。所示。第43页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术nGBN-ARQ原理如图原理如图5-10所示所示：（1 1）其其中中 ，表表示示出出错错的的数数据据帧帧。首首先先对对数数据据帧帧编编号号，当当接接收收端端发发现现第第3帧帧出出错错后后，即即使使以以后后收收到到的的数据帧通过数据帧通过CRC校验为正确，同样发送校验为正确，同样发送NACK应答帧。应答帧。(2)(2)直到接收端收到直到接收端收到CRC校验为正确的第校验为正确的第3帧时才发送帧时才发送ACK应答帧。应答帧。(3)(3)由由于于发发端端和和收收端端都都采采用用连连续续发发送送的的方方式式，信信道道利利用用率率比比较较高高，但但是是一一旦旦有有传传错错的的帧帧则则会会导导致致退退回回 N步重发，即使误帧后的步重发，即使误帧后的 帧帧中中有有的的帧帧CRC校校验验正正确确。这这必必然然会会导导致致资资源源的的浪浪费费，降低传输效率。降低传输效率。第44页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术n选择重传型（选择重传型（SR）（1）由由以以上上的的分分析析可可知知GBN方方式式虽虽然然实实现现了了连连续续发发送送、信信道道利利用用率率较较高高，但是会造成很多不必要的浪费，特别是在但是会造成很多不必要的浪费，特别是在N比较大的时候。比较大的时候。（2）SR方方式式做做进进一一步步的的改改进进，并并不不是是重重传传N个个数数据据帧帧而而是是选选择择性性地地重重传传，仅仅重重传传出出错错的的数数据据帧帧。那那么么就就需需要要对对数数据据帧帧进进行行正正确确的的编编号号，以以便便在在收收发发端端对对成成功功接接收收或或重重传传的数据帧进行排序。的数据帧进行排序。（3）为为了了保保证证发发生生连连续续错错误误时时存存储储器器仍仍然然不不会会溢溢出出，这这就就要要求求存存储储器器的的的的容容量量相相当大，理论上应该趋于无穷。在实际中就需要保证存储器足够大。当大，理论上应该趋于无穷。在实际中就需要保证存储器足够大。第45页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术nGBN-ARQ以及以及SR-ARQ系统在有线环境下工作得相当好，系统在有线环境下工作得相当好，但它们并不适应无线系统。但它们并不适应无线系统。n在无线数据通信系统中，需要高确认效率的自动请求在无线数据通信系统中，需要高确认效率的自动请求重传机制。重传机制。n在无线环境中，信道具有误码率高、时延时间长及不在无线环境中，信道具有误码率高、时延时间长及不可靠等特点。若仍然采用标准的可靠等特点。若仍然采用标准的ARQ协议，势必会造协议，势必会造成频谱资源效率低、系统吞吐量小以及数据传递时延成频谱资源效率低、系统吞吐量小以及数据传递时延大等各种问题。大等各种问题。HARQ技术又称混合自动重发请求，是技术又称混合自动重发请求，是无线通信领域主要的差错控制技术之一。无线通信领域主要的差错控制技术之一。第46页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术nHARQ技术综合了前向纠错与技术综合了前向纠错与ARQ的优点，是前向纠错和的优点，是前向纠错和ARQ相结合的一种纠错相结合的一种纠错方法。方法。n前向纠错技术根据接收数据中冗余信息来进行纠错，特点是前向纠错技术根据接收数据中冗余信息来进行纠错，特点是“只纠不传只纠不传”。nARQ技术依靠错码检测和重发请求来保证信号质量，特点是技术依靠错码检测和重发请求来保证信号质量，特点是“只传不纠只传不纠”。n在在HARQ中，发端会发送具有一定冗余信息的数据，接收端首先进行前向纠中，发端会发送具有一定冗余信息的数据，接收端首先进行前向纠错，如果依然不能正确解调则要求发端重新发送数据。因此，错，如果依然不能正确解调则要求发端重新发送数据。因此，HARQ避免避免了前向纠错需要复杂的译码设备和了前向纠错需要复杂的译码设备和ARQ方式信息连贯性差的缺点，并能使方式信息连贯性差的缺点，并能使整个系统误码率很低。整个系统误码率很低。第47页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术3.HARQ3.HARQ重传数据帧的构成重传数据帧的构成在在发发送送端端需需要要重重传传时时，传传输输的的数数据据既既可可以以是是同同样样的的数数据据，也也可以是不同的数据。可以是不同的数据。这这是是因因为为在在编编码码时时会会出出现现信信息息位位和和校校验验位位之之分分，而而信信息息位位对对于于译译码码来来说说是是最最重重要要的的。为为了了匹匹配配某某个个确确定定的的编编码码速速率率，就就需需要要对校验位打孔，就是说放弃传送某些校验比特。对校验位打孔，就是说放弃传送某些校验比特。那那么么重重传传的的数数据据相相同同，就就是是说说每每次次发发送送的的是是相相同同的的信信息息位位和和校校验验位位，而而重重传传的的数数据据不不同同，是是说说可可以以通通过过改改变变打打孔孔的的位位置置来来重重传传不不同的校验位。同的校验位。第48页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术nHARQ分为三类分为三类I型型HARQ(HARQ-I)II型型HARQ(HARQ-II)III型型HARQ(HARQ-III)第49页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术（1）重传）重传相同数据相同数据的的HARQType-I HARQ 就就是是采采用用的的这这种种方方式式，它它是是单单纯纯的的把把ARQ和和FEC相相结结合合，在在发发送送端端发发送送纠纠错错码码，在在接接收收端端译译码码并并纠纠正正错错误误，如如果果错错误误在在纠纠错错码码的的纠纠错错范范围围内内并并成成功功译译码码则则发发送送一一个个ACK应应答答帧帧，反反之之则则发发送送一一个个NACK应应答答帧帧，同同时时丢丢弃弃出出错错的的帧。帧。在重发时仍然发送相同的数据帧，携带相同的冗余信息。在重发时仍然发送相同的数据帧，携带相同的冗余信息。（2）重传）重传不同数据不同数据的的HARQ Type-II HARQ和和Type-III HARQ都都属属于于这这种种方方式式。这这时时重重传传的的数数据据又又有有全全冗冗余余和和部部分分冗冗余余之之分分。冗冗余余指指的的是是编编码码带带来来的的校校验验比比特特，那那么么全全冗冗余余的的意意思思就就是是重重传传的的数数据据帧帧是是与与上上一一帧帧位位置置不不完完全全相相同同的的校校验验比比特特，并并且且不不再再发发送送信信息息位位，而而部部分分冗冗余余就就是是说说重重发发的的数数据据帧帧既既包包括括信信息息位位又又包包括括与与上上一一帧帧位位置置不完全相同的校验比特。不完全相同的校验比特。第50页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术Type-II Type-II HARQHARQ属属于于全全冗冗余余方方式式的的HARQHARQ，由由于于重重传传的的数数据帧都是校验位据帧都是校验位,那么它的数据帧是非自解码的。那么它的数据帧是非自解码的。对对于于不不能能正正确确译译码码的的数数据据帧帧，并并不不是是简简单单地地做做丢丢弃弃处处理理而而是是保保留留下下来来，等等到到重重发发的的数数据据帧帧到到达达时时，再再把把他他们们合合并并译译码码，这这样样就就可可以以很很好好地地利利用用这这些些有有效效的的信信息息。这这种种方方式式相相当当于于获获得得了了时时间间分分集集的的增增益益，可可以以提提高高接接收数据的信噪比。收数据的信噪比。冗冗余余的的形形式式因因打打孔孔方方式式的的不不同同而而不不同同，每每次次重重发发的的都都一一种种形形式式的的冗冗余余版版本本，在在接接收收端端先先进进行行合合并并再再译译码码。如如果果所所有有形形式式的的冗冗余余版版本本都都发发完完后后仍仍然然不不能能成成功功译译码码，则则再再次次发发送送第第一一次次传传的的包包含含系系统统位位的的数数据据，在在合合并并译译码码时时用用这这次次传传的的数据帧代替之前那次传送的包含系统位的数据帧。数据帧代替之前那次传送的包含系统位的数据帧。第51页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.1 5.2.1 时域分集时域分集-自动请求重传技术自动请求重传技术Type-III Type-III HARQHARQ属属于于半半冗冗余余的的HARQHARQ，就就是是说说重重发发的的数数据据既既包包含含信信息息位位又又包包含含校校验验位位，因因而而重重传传数数据据帧帧是是自自解解码码的。的。因因为为如如果果传传送送过过程程中中的的噪噪声声和和干干扰扰很很大大，第第一一次次传传送送的的数数据据被被严严重重破破坏坏，并并且且信信息息位位对对译译码码又又很很重重要要，即即使后来增加了正确的冗余信息还是不能正常译码。使后来增加了正确的冗余信息还是不能正常译码。并并且且所所有有版版本本的的冗冗余余形形式式是是互互补补的的，就就是是说说当当所所有有的的冗冗余余形形式式都都发发送送完完后后，能能够够保保证证每每个个校校验验比比特特都都被至少发送了一遍。被至少发送了一遍。第52页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.2 Rake5.2.2 Rake接收机接收机nRakeRake接收机原理：将幅度明显大于噪声背景的多径分量取接收机原理：将幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对它进行时延和相位校正，使之在时间上对齐，并且出，对它进行时延和相位校正，使之在时间上对齐，并且按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数合并，有效地按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数合并，有效地利用多径信号分量的能量，改善接收信号的质量。利用多径信号分量的能量，改善接收信号的质量。图图5-11 Rake5-11 Rake接收机原理接收机原理第53页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.2 Rake5.2.2 Rake接收机接收机n在接收端的多径传播信号可用矢量图图在接收端的多径传播信号可用矢量图图5-12（a）来表示）来表示（假设有（假设有3条主要的传播路径）。若采用条主要的传播路径）。若采用扩频信号设计与扩频信号设计与Rake接收的信号处理接收的信号处理后，后，3条路径信号矢量图可改变成如条路径信号矢量图可改变成如图图5-12（b）所示的形式。）所示的形式。图图5-12多径信号的矢量合成多径信号的矢量合成（a）无）无Rake的接收机的接收机（b）有）有Rake的接收机的接收机第54页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.2 Rake5.2.2 Rake接收机接收机n在在CDMA扩频系统中，码片的速率远远大于信道的平坦扩频系统中，码片的速率远远大于信道的平坦衰落带宽。衰落带宽。n不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，号间的码间干扰，CDMA扩频码在选择时就要求它有很扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性好的自相关特性，这样在无线信道中出现的时延扩展，这样在无线信道中出现的时延扩展就可以被看作只是被传信号的再次传送。就可以被看作只是被传信号的再次传送。n如果这些多径信号相互间的延时超过了一个码片的长如果这些多径信号相互间的延时超过了一个码片的长度，那么它们将被度，那么它们将被CDMA接收机看作是非相关的噪声而接收机看作是非相关的噪声而不再需要均衡了。不再需要均衡了。(参考直接序列扩频抗干扰原理参考直接序列扩频抗干扰原理)第55页，共83页，编辑于2022年，星期三5.2.2 Rake5.2.2 Rake接收机接收机v接收机所做的就是为每一个多径信号提供一个单独的接接收机所做的就是为每一个多径信号提供一个单独的接收机。收机。v利用利用PN序列的尖锐的自相关特性和很高的码片速率序列的尖锐的自相关特性和很高的码片速率（Tc很小）有效抑制与很小）有效抑制与PN序列不同步的多径信号分量的干扰序列不同步的多径信号分量的干扰,特别是特别是多径时延大于多径时延大于扩频码的扩频码的码片周期码片周期时。时。v每个相关器在时延上进行调整，不同的相关接收器在不同每个相关器在时延上进行调整，不同的相关接收器在