抗衰落技术精选课件.ppt

《抗衰落技术精选课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《抗衰落技术精选课件.ppt（50页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于抗衰落技术关于抗衰落技术第一页，本课件共有50页2本章提示本章提示 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。第二页，本课件共有50页3本章提示本章提示 阴影效应和气象条件的变化会造成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。第三页，本课件共有50页4本章提示本章提示 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

2、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。第四页，本课件共有50页5本章提示本章提示数据速率越高，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用的。第五页，本课件共有50页6第第4章章 抗衰落技术抗衰落技术4.1抗衰落技术概述4.2分集接收技术*4.3均衡基本概念第六页，本课件共有50页74.1 抗衰落技术概述抗衰落技术概述 在移动通信系统中，移动台常常工作在城市建筑群或其他复杂的地理环境中，而且移动的速度和方向是任

3、意的。发送的信号经过反射、散射等传播路径后，到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，使接收到的信号幅度出现随机起伏变化，形成多径衰落，如图4-1所示。第七页，本课件共有50页84.1 抗衰落技术概述抗衰落技术概述图4-1移动信道中典型的衰落信号第八页，本课件共有50页94.1 抗衰落技术概述抗衰落技术概述在移动通信信道中，除了多径衰落还有阴影衰落。建筑物、地形起伏以及气象条件等的变化都会影响信号的传播，使接收到的信号的幅度和相位发生变化。为了提高移动通信系统的性能，可采用分集、均衡和信道编码这三种技术来改善无线链路的性能。第九页，本课件共有50页101、分集技术分集技术是用来

4、补偿衰落信道损耗的，它通常要通过两个或更多的接收天线来实现。基站和移动台的接收机都可以应用分集技术。分集技术有多种，主要可分为两大类：显分集和隐分集。2、均衡技术均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰（ISI）。3、信道编码信道编码是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。4.1 抗衰落技术概述抗衰落技术概述第十页，本课件共有50页114.2 分集接收技术分集接收技术 4.2.1分集技术的基本概念及方法4.2.2分集信号的合并技术4.2.3分集系统的性能*4.2.4RAKE接收机*4.2.5隐分集技术第十一页，本课件共有50页124.2.1 分集技术的基本概念及方

5、法分集技术的基本概念及方法 分集技术（DiversityTechniques）就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。分集技术利用多条传输相同信息且具有近似相等近似相等的平均信号强度和相相互独立互独立衰落特性的信号路径，并在接收端对这些信号进行适当的合并（Combining），以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。为了保证各路接收信号的独立性，可通过空域、时域和频域等方法来实现，具体有空间分集、极化分集、角度分集、频率分集以及时间分集。第十二页，本课件共有50页131空间分集（空间分集（Space Diversity）发射端采用一副发射天线，接收端采用多副天线。接收端天线之间的距

6、离d应足够大，以保证各接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的。理想情况，接收天线之间的间隔d大于波长的一半就可保证各支路接收的信号不相关。空间分集的原理如图4-2所示。第十三页，本课件共有50页141空间分集（空间分集（Space Diversity）图4-2空间分集示意图第十四页，本课件共有50页151空间分集（空间分集（Space Diversity）对于空间分集而言，分集的支路数M越大，分集的效果越好。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。第十五页，本课件共有50页162极化分集（极化分集（Polarization Diversity）在移动环境

7、下，两个在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出不相关衰落特性。极化分集实际上是空间分集的特殊情况，其分集支路只有两路。极化分集结构紧凑，节省空间，但由于发射功率要分配到两副天线上，信号功率将有3dB的损失。第十六页，本课件共有50页173角度分集（角度分集（Angle Diversity）由于地形地貌和建筑物等环境的不同，到达接收端的不同路径的信号可能来自于不同的方向。在接收端，采用方向性天线，分别指向不同的信号到达方向，则每个方向性天线接收到的多径信号是不相关的。第十七页，本课件共有50页184频率分集（频率分集（Frequency Diversity）将要传输的信息分别以不同的载

8、频发射出去，只要载频之间的间隔足够大（大于相干带宽），那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号。频率分集的优点是与空间分集相比，减少了天线的数目。但缺点是要占用更多的频谱资源，在发射端需要多部发射机。第十八页，本课件共有50页195时间分集（时间分集（Time Diversity 将给定的信号在时间上相差一定的间隔重复传输M次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得到M条独立的分集支路。由于相干时间与移动台运动速度成反比，因此当移动台处于静止状态时，时间分集基本上是没有用处的。第十九页，本课件共有50页204.2.2 分集信号的合并技术分集信号的合并技术 接收端收到M（M2）个分集信号后，如何利

9、用这些信号以减小衰落的影响，这就是合并问题。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到分集增益。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。第二十页，本课件共有50页214.2.2 分集信号的合并技术分集信号的合并技术 图4-3空间分集的合并第二十一页，本课件共有50页224.2.2 分集信号的合并技术分集信号的合并技术 对于具体的合并技术来说，通常有4类：选择式合并（SelectiveCombining）、最大比合并（MaximumRatioCombing）、等增益合并

10、（EqualGainCombining）和开关式合并（SwitchingCombining）。第二十二页，本课件共有50页231选择式合并选择式合并选择式合并的原理如图4-4所示。M个接收机的输出信号送入选择逻辑，选择逻辑从M个接收信号中选择具有最高基带信噪比（SNR）的基带信号作为输出。第二十三页，本课件共有50页241选择式合并选择式合并图4-4选择式合并的原理第二十四页，本课件共有50页251选择式合并选择式合并令为每个支路的平均信噪比，则可以证明：选择式合并的平均输出信噪比为（4-1）上式中，下标s表示选择式合并。该式表明每增加一条分集支路，它对输出信噪比的贡献仅为总分集支路数的倒数倍

11、。其合并增益为（4-2）第二十五页，本课件共有50页261选择式合并选择式合并图4-5分集合并后的平均信噪比改善程度第二十六页，本课件共有50页271选择式合并选择式合并如果使用检测前合并方式，则选择在天线输出端进行，从M个天线输出中选择一个最好的信号，再经过一部接收机就可以得到合并后的基带信号。第二十七页，本课件共有50页282最大比合并最大比合并 M个分集支路经过相位调整后，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。第二十八页，本课件共有50页292最大比合并最大比合并 图4-6最大比合并的原理第二十九页，本课件共有50页302最大比合并最大比合并可以证明，合并

12、后信号的振幅与各支路信噪比相联系，信噪比愈大的支路对合并后的信号贡献愈大。在具体实现时，需要实时测量出每个支路的信噪比，以便及时对增益系数进行调整。最大比合并后的平均输出信噪比为式中，下标M表示最大比合并。合并增益为由上式可以看出与M成线性关系，其结果如图4-5所示。第三十页，本课件共有50页313等增益合并等增益合并 在最大比合并中，实时改变ai是比较困难的，通常希望ai为常量，取ai=1就是等增益合并。等增益合并后的合并增益为其结果如图4-5所示。从图中可以看出，当M较大时，等增益合并仅比最大比合并差1.05dB。第三十一页，本课件共有50页323等增益合并等增益合并对于最大比合并和等增益

13、合并，可以采用图4-7所示的电路来实现同相相加。另外还可以在发射信号中插入导频的方式，在接收端通过提取导频的相位信息来实现同相相加。第三十二页，本课件共有50页334开关式合并开关式合并 图4-8开关式合并示意图第三十三页，本课件共有50页344开关式合并开关式合并 图4-9开关式合并的输出包络第三十四页，本课件共有50页354开关式合并开关式合并 图4-10切换发射天线的开关式合并(带反馈的空间分集)第三十五页，本课件共有50页364.2.3 分集系统的性能分集系统的性能 分集接收之后，误码率将会得到改善，图4-11所示的是速率为16kbit/s的GMSK(BbTb=0.25)信号的实验结果

14、。第三十六页，本课件共有50页374.2.3 分集系统的性能分集系统的性能图4-11瑞利衰落中GMSK有无分集时误码性能第三十七页，本课件共有50页384.2.4 RAKE接收机接收机 1RAKE接收机的定义由于在多径信号中包含有可以利用的信息，所以，CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善信号的信噪比。RAKE接收机就是通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并起来。CDMA系统中的RAKE接收机如图4-12所示。第三十八页，本课件共有50页391RAKE接收机的定义接收机的定义图4-12RAKE接收原理实现框图第三十九页，本课件共有50页401RAKE接收机的定义接收机的定义

15、RAKE接收机利用相关检测器检测出多径信号中最强的M个支路信号，然后对每个RAKE支路的输出进行加权合并加权合并，以提供优于单支路信号的接收信噪比，然后再在此基础上进行判决。假定RAKE接收机有M个支路，其输出分别为Z1,Z2,Zm，对应的加权因子分别为a1，a2，,am,加权因子可根据各支路的输出功率或信噪比决定。第四十页，本课件共有50页412RAKE接收机的支路的合并技术接收机的支路的合并技术 根据在接收端使用合并技术的位置不同，可以分为检测前合并技术和检测后合并技术。图4-13空间分集的合并第四十一页，本课件共有50页42*4.2.5 隐分集技术隐分集技术 隐分集技术，是指只用一副天线

16、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，而在接收端利用信号处理技术实现分集。依据传输信号的方式不同，可实现时间隐分集和频率隐分集。采用的技术主要有交织编码技术、跳频技术和直接序列扩频技术。第四十二页，本课件共有50页431交织编码技术交织编码技术交织编码的目的是把一个较长的突发差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的编码（FEC）技术消除随机差错。交织编码通过将FEC码字序列按行写入而按列读出，从而将传输过程中的连续比特误差离散化，再进行单个比特的纠错。交织编码矩阵的行的数目M称为交织深度，交织深度M越大，抗突发差错能力越强，但处理时间也越长，即性能的改善是以时间为代价的。因

17、此，交织编码属于时间隐分集。第四十三页，本课件共有50页442跳频技术跳频技术数字移动通信中采用跳频技术抗多径、抗干扰和抗衰落。第四十四页，本课件共有50页452跳频技术跳频技术（1）跳频抗多径跳频抗多径的原理是：若发射的信号载波频率为0，当存在多径传播环境时，因多径延迟的不同，信号到达接收端的时间有先有后。若接收机在收到最先到达的信号之后立即将载波频率跳变到另一频率1上，则可避开由于多径延迟对接收信号的干扰。因此要求跳频信号驻留时间小于多径延迟时间差跳频信号驻留时间小于多径延迟时间差。即要求跳频的速率足够快。如：若多径延迟时间差为1us，则要求跳频速率为106跳/s。如此高速的跳频系统在技术

18、上尚很难实现。第四十五页，本课件共有50页462跳频技术跳频技术（2）跳频抗同信道干扰采用跳频图案的正交性组成正交跳频网，可以避免频率复用引起的同频干扰。利用跳频技术构成准正交跳频网，也能使同频干扰离散化，亦即减少同频干扰的重合次数，从而减少同频干扰的影响。第四十六页，本课件共有50页472跳频技术跳频技术（3）跳频抗衰落跳频抗衰落是指抗频率选择性衰落。跳频抗衰落的原理是：当跳频的频率间隔大于信道相关带宽时，可使各个跳频驻留时间内的信号相互独立。换句话说，在不同的载波频率上同时发生衰落的可能性很小。第四十七页，本课件共有50页483直接序列扩频技术直接序列扩频技术（1）直接序列扩频抗多径的原理

19、是：当发送的直接序列扩频信号的码片（chip）宽度Tc小于或等于最小多径时延差时，接收端利用直扩信号的自相关特性进行相关解扩后，将有用信号检测出来，从而具有抗多径的能力。利用直接序列扩频技术进行多径的分离与合并时，可构成RAKE接收机，从而实现时间分集的作用。第四十八页，本课件共有50页493直接序列扩频技术直接序列扩频技术（2）直接序列扩频抗干扰直接序列扩频抗蜂窝系统内部和外部干扰的原理，也是利用直扩信号的自相关特性，经相关接收和窄带通滤波后，将有用信号检测出来，而那些窄带干扰和多址干扰都处理为背景噪声。其抗干扰的能力可用直接序列扩频处理增益来表征。第四十九页，本课件共有50页感感谢谢大大家家观观看看第五十页，本课件共有50页