第3讲(无线信道、问题及解决).ppt

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1、本讲内容u移动通信系统所处的信道环境u信道引起的问题及其解决方法-CDMA系统信道问题的解决12/31/202212/31/20221 1信道特点u信道建模u路径损耗u对数正态衰落u瑞利衰落u衰落的特性u时间相干性：快衰落和慢衰落u频率相干性：频率选择性和平坦衰落u空间相干性：u大尺度衰落和小尺度衰落、移动衰落12/31/202212/31/20222 2信源发射机路径损耗大尺度阴影衰落接收机信宿多个独立径（小尺度移动慢）衰落AWGN信道模型12/31/202212/31/20223 31212接收功率基站移动台距离平均路径损耗对数正态大尺度衰落瑞利小尺度衰落大尺度衰落容限 610dB小尺度衰

2、落容限2030dB12/31/202212/31/20224 4信道模型u移动无线信道可以用“路径损耗对数正态衰落多径/瑞利衰落”来表征u“路径损耗”问题在网络规划时解决，基带部分仅解决“对数正态衰落、频率选择性和慢衰落”引起的问题u移动无线系统的基带信道建模成权值为独立的瑞利随机变量的FIR滤波器u最常用的信道仿真方法分为频域和时域最常用的信道仿真方法分为频域和时域12/31/202212/31/20225 5链路预算l l路径损耗路径损耗l l噪声系数噪声温度噪声系数噪声温度l l链路余量链路余量12/31/202212/31/20226 6信道物理机制：多普勒扩展u收发机的相对运动导致信

3、道的时变特性（多普勒扩展）u从频域角度看，当信道衰落率大于码元速率时信道成为快衰落信道，否则成为慢衰落信道u从时间角度看，信道相关时间大于码元时间时信道为慢衰落，否则称为快衰落）12/31/202212/31/20227 7例子：两个具有不同多普勒频移的信号12/31/202212/31/20228 812/31/202212/31/20229 9信道物理机制：多径（1）u多径传播的时间扩散导致频率选择性衰落u在时域上引入（基带）码间干扰u在频域上造成峰和谷12/31/202212/31/20221010信道物理机制：多径（2）u多径传播的空间方向上的扩散引起空间选择性u该选择性可用大尺度衰落

4、和小尺度衰落共同描述u当收发机相对位移与载波波长可比时，称为小尺度波动，用瑞利分布变量描述u当收发机相对位移大于多个载波波长时，称为大尺度波动，用对数正态分布变量描述u对于移动无线信道，空间不相干性导致时间不相干性，即小尺度衰落造成移动无线系统的时间选择性12/31/202212/31/20221111例子：两径信道12/31/202212/31/2022121212/31/202212/31/20221313衰落信道描述12/31/202212/31/20221414基带频域基带频域RayleighRayleigh衰落仿真衰落仿真12/31/202212/31/20221515正弦波叠加的仿

5、真模型12/31/202212/31/20221616信道引起的问题l由于信道衰落造成信号失真，系统性能可能达到不可减少的误比特率。此时，无论多大的Eb/No都无助于性能改善，唯一的方法是减少或消除失真l一旦减少了信号失真，误比特率性能就可以转到瑞利界限曲线，从而可采用分集技术和纠错码进一步改善衰落的影响，使性能尽量达到AWGN系统12/31/202212/31/2022171712/31/202212/31/20221818信道问题的一般解决方法l抗失真l抗频率选择性失真l均衡、RAKE+信道估计（扩频信号导频信号）、OFDMl快衰落l非相干或差分相干方式的稳健调制、纠错编码降低对Eb/N0

6、的要求、多相滤波均衡l抗SNR损耗（单个可分辨径慢衰落、AWGN）l交织和纠错编码l分集l抗衰落l利用加性独立（不相关）的信号来提高信号信噪比l实现代价较低12/31/202212/31/20221919CDMA系统中信道问题的解决l为对抗频率选择性和慢衰落l为对抗频率选择性和慢衰落，在信道估计基础上，用RAKE接收机进行分集接收l为对抗慢衰落，用快速功控缓解信号功率问题l采用交织、差错编码、ARQ增加信号冗余度和（时间分集）12/31/202212/31/20222020CDMA系统中信号干扰特点u上行链路的不同用户信号的到达时间不同，靠扩频码的部分相关隔离不同用户的信号；下行链路的同基站用

7、户采用正交的OVSF码隔离；不同基站用户采用扰码隔离（码分多址CDMA）u扩频信号在可分辨的时刻到达接收机，如WCDMA是78m、CDMA2000是244m，使RAKE接收机成为可能uCDMA系统中的主要干扰为多址干扰u多径信号造成各码道不正交（上下行都存在）u邻小区下行发射信号对当前小区下行信号的干扰u与前端热噪声相比，其他用户信号很强u用户与基站距离不同导致的路径衰耗不同，加上多址干扰的存在，共同引起远近效应12/31/202212/31/20222121CDMA系统中解决信号问题的主要技术lRAKE接收机lChip均衡器干扰抵消器l远近效应（上行）、小区边缘强干扰（下行）要求精确功控l软

8、切换和更软切换l20%40%的连接发生在小区的连接区、5%15%的连接发生在扇区间l对于下行来讲，有效利用多基站发射信号l（对邻小区）远近效应要求12/31/202212/31/20222222CDMA系统中Rake接收技术（1）lBello在1963年针对衰落现象提出的宽平稳不相关散射概念（WSSUS）12/31/202212/31/20222323CDMA系统中Rake接收技术（2）u 利用宽带信号的高分辨率分离多径信号u通过导频信道估计信道系数u将每个径上的相关接收机输出进行相位/幅度（最大比）合并，并送给解码器u多径引起的多址干扰，由扩频比抑制u比均衡接收计算量小（1G左右）u 在切换

9、区接收多个基站信号进行分集合并u相邻基站采用相同载频u不同PN码偏移区分不同基站信号u可进行不同基站的信道估计u从而实现软切换（不间断通信）12/31/202212/31/20222424CDMA系统中的软切换和更软切换技术l特点u移动台和基站同时通过多条空中接口信道通信l二者异同点u移动台侧类似u软切换时上行信号在RNC进行选择性合并，且有两个功控环路u更软切换时，上行信号送入基站的同一基带RAKE接收机进行合并，仅有一个功控环路12/31/202212/31/2022252512/31/202212/31/20222626CDMA系统中的功率控制技术u开环功率控制技术u利用下行信号功率，预

10、测路径损耗，计算发送功率uFDD方式时，上下行频段不同，误差大u 闭环功率控制u对上行信号的接收信干比进行实时计算，产生功率控制比特发到移动台控制其发射功率u需要占用信道资源，存在反应时间问题u对不同类型的信道所需信干比不同（导致采用外环功控）u 外环功率控制u补偿环境变化和速度变化引起的慢衰落u根据实测误帧率实时改变功控门限12/31/202212/31/20222727CDMA的特点总结l处理增益（以增加带宽为代价）使小区间的频率复用因子为1（一个频率用于每个小区/扇区）l多个用户的多址干扰被平均，按干扰规划比按尺度（时间、频率）规划有更大的容量lPN序列的相关特点导致了远近效应等副作用，

11、从而需要精确功控和软切换技术l多径分辨能力，可采用RAKE接收机，扩频/解扩要求相干检测12/31/202212/31/20222828“宽带”的三种含义l射频工程中，描述的是信息带宽与载波频率的相对大小：如果其比值与1相比小很多，称为宽带系统l模拟调频中，描述的是调制方式的一种属性：如果调制带宽大于调制信号的带宽，称为宽带调频l数字无线通信系统中，系统带宽与信道传递函数相比，如果传递函数在系统带宽范围内有明显变化（频率选择性信道），称该系统是宽带系统lCDMA系统包含了后两种含义12/31/202212/31/20222929参考资料lGregory D.Durgin，空时无线信道，西安交通大学出版社 lBernard Sklar，数字通信基础与应用（第二版），电子工业出版社lHolma,H.，Toskala,A.，WCDMA技术与系统设计，机械工业出版社12/31/202212/31/20223030