赵春明教授_现代通信技术讲座.pdf

《赵春明教授_现代通信技术讲座.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《赵春明教授_现代通信技术讲座.pdf（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、现代通信技术讲座-1-现 代 通 信 技 术 讲 座 主讲：赵春明 教授 整理：陈 玉 博士（东南大学无线电工程系 移动通信国家重点实验室 江苏南京 210096）课程设置的目的 1、针对研究生课程中理论与工程设计脱离的问题；2、研究生专业知识面较窄；3、系统仿真与工程设计技巧缺乏；4、课程目的为培养科研能力，扩充专业知识面，增强实际操作能力和交流能力。课程的主要内容 1、移动通信系统的基础知识；2、新型信道编解码技术；3、扩频通信技术和信道估计技术；4、调制/解调技术，分集发送与接收技术（MIMO，多媒体移动通信）；5、系统仿真方法；6、工程设计流程与方法。通信系统的基本框图 信源编码信道编

2、码交织器调制器射频发射信源解码信道解码解交织解调器射频接收信道 1、信源编码(1)包括 A/D 变换（采样量化），波形变换；(2)压缩冗余，提高有效性。2、信道编码(1)增加冗余，提高可靠性，具有检错和纠错功能；现代通信技术讲座-2-(2)卷积码主要用于纠错，分组码（Block Codes）主要用于检错（如 CRC）。3、交织器(1)本身不具有纠错功能，只是将数据重新排列；(2)将突发错误（Burst Error）在时间上打散，使其变为随机错误（Random Error）；(3)必须与纠错编码技术相结合，才能对抗移动衰落信道的不利影响；(4)交织器利用了缓存技术，会引起时间上的延迟。4、调制器

3、(1)经典调制技术（幅度调制、相位调制）的功能主要是频谱搬移；(2)经典调制技术延拓为空时编码（Space-Time Coding）、扩频调制和 OFDM 等；(3)解调器中包含了接收机中的诸多基带处理技术。5、举例 信源编码CRC卷积编码交织器GMSKTDMA射频发射信源编码CRC卷积编码(Turbo 码)交织器DSCDMA(QPSK/BPSK)射频发射(1)低码率卷积码在衰落信道中的性能增益高于高码率卷积码；(2)IS-95 中采用 1/2 卷积码，而 cdma2000 中采用 1/4 卷积码；(3)Turbo 码在 10-310-6误码区间内的性能优于卷积码，而在 10-6之后出现“盆底

4、效应”。信源编码 1、变换信源信号的表达方式，便于传输；2、去除信源信号中的冗余成分，提高效率；3、常见的有：语音压缩编码，文字压缩编码，图像压缩编码（PCM，Huffman 编码，JPEG，MPEG）；4、移动通信系统中最常用的是语音压缩编码；5、发展趋势：不再单纯追求压缩冗余度，为重要信源比特保留一定的冗余度，以便于和后续的信道编码相结合。语音编码技术简介 现代通信技术讲座-3-1、波形编码：利用信号特征（如频带、时变性质）(1)PCM，ADPCM（满足 Nyquist 定理）；(2)语音质量高，压缩效率差，对传输错误不敏感。2、参数编码：利用语音信号的发音原理(1)RPE-LTP，CEL

5、P，EVRC，AMR；(2)语音质量有所损失，压缩效率高，特别适合于移动通信系统；(3)实现难度大，对错误敏感。信道编码 1、提高系统传输的可靠性(1)插入冗余，检测错误，纠正错误；(2)磁介质中采用预均衡和卷积编码，使得磁盘容量翻一番。2、常见的信道编码(1)分组码，卷积码与级联码；(2)应用于计算机与通信系统中（Check Sum，奇偶校验）。3、Shaping 不是严格意义上的信道编码（如 TCM）(1)高阶调制，幅度服从高斯分布；(2)TCM：信道编码与调制技术相结合，STC：信道编码与天线发送技术相结合。移动通信系统中的信道编码 1、GSM 系统中：CRC卷积码（R=1/2、1/3，

6、L=5、7）；2、IS-95 CDMA 系统中：CRC卷积码（R=1/2、1/3，L=9）；3、cdma2000 系统中：CRC卷积码（R=1/4，L=9），CRCTurbo 码（CRC 用于检错）；4、WCDMA系统中：64kbps 以上的数据业务信道强制使用 Turbo 码。交织器与解交织 1、针对由信道和噪声引起的突发错误使纠错编码性能劣化，引入交织技术使得突发错误均匀分散开；(1)交织器本身无纠错或抗衰落能力；(2)交织将引入附加延时，需要存储空间。2、常见的有分组交织和卷积交织；(1)GSM 系统：帧间交织，块交织，对角交织；(2)cdma2000 系统：以块交织为主。现代通信技术讲

7、座-4-调制技术 1、实现频谱搬移，有效传输，便于接收，提高频谱效率；2、经典调制技术：MPAM，MPSK，FSK，正交调制，QAM；3、较新的调制技术(1)GMSK，CPM，Offset QPSK（恒包络类）；对抗功放非线性带来的频谱扩散，抑制对相邻频带的干扰。(2)TCM，Coded Modulation，BCM（Block）。4、信号处理技术和集成电路技术的发展使频谱搬移与其它部分分离；5、基带处理成为关键：TDMA，CDMA及 OFDM；6、调制本身的意义被扩展(1)在现代通信系统中，调制的概念有所推广和延伸，可称为“广义调制技术”；(2)例如，在 cdma2000 系统中，采用如下的

8、形式描述调制方式：BPSK（数据流）/QPSK（载波调制），QPSK（数据流）/QPSK（载波调制），在这里，调制的概念已从载波端延伸到数据端，数据 BPSK表示数据流未经串/并转换，只有一路，数据 QPSK 表示数据流经过串/并转换，由一路变为两路，这里只是借助经典 QPSK 调制的形式；(3)载波端的 QPSK 调制也与经典 QPSK 有所不同，经过正交扩频和复数扰码扩频的信号是多电平信号，不再是经典 QPSK 中的双电平（+1/-1）信号，似乎称之为 QAM 更为确切。7、调制技术举例(1)GSM 系统中的 GMSK 调制实现时，基带形成 I/Q 信号进行 QPSK 调制；(2)标准协议

9、中 BPSK/QPSK 的含义可能是指经典调制方法，也可能是指波特率与比特率的关系。移动通信系统信道特征 1、多径传输环境(1)信号到达接收机的传输时间不同，形成衰落，时延差较大时造成码间干扰或多址干扰（在CDMA系统中表现为 Chip 间干扰）；(2)不可分辨的多径造成衰落，可分辨的多径造成码间干扰。2、时变传输环境(1)衰落快慢相对于观察时间而言，信道在一个码元时间内保持不变，则称为慢衰落，否则称为快衰落；(2)一般均假设信道为慢衰落，对于 OFDM 系统，通常假设信道在一个 OFDM 符号内不变；现代通信技术讲座-5-(3)多普勒频偏反映信道随时间变化的速率；(4)终端的移动改变电波传输

10、环境，等效传输函数为时变函数。3、用户之间的相互干扰(1)每个用户不独占传输媒体和介质，需动态分配资源同频干扰或多址干扰；(2)CDMA系统中各用户在频率上和时间上是重叠的。移动通信系统关键技术 1、针对码间干扰的技术(1)自适应均衡技术，线性均衡器，DFE 均衡器，MLSE 均衡器，MAP 均衡器；(2)线性均衡器实质上是逆滤波器，在抑制多径干扰的同时会放大噪声；特别的，对于“11”信道（两径等功率），其信道冲激响应存在零点（1Z-1），存在严重的 ISI，在信道零点处逆滤波，噪声功率被放至无穷大。(3)DFE 均衡器存在错误传播问题；(4)MLSE 均衡器可以抑制错误传播，但不提升噪声，只

11、能得到序列级信息，得不到码元级信息，因此提取码元级信息比较困难；(5)MAP 均衡器：在码元级判决与 MLSE 等价。2、针对衰落的技术(1)分集接收技术：时间分集，频率分集，空间分集，发送分集以及接收分集；发送分集对抗单径慢衰落，衰落周期超过交织器长度，使纠错码交织器无法工作。(2)纠错编码交织技术；(3)功率控制技术：克服远近效应，对抗慢衰落有效；(4)智能天线技术，时空编码技术（与发送分集配合使用，对抗慢衰落）；(5)扩频，跳频与 OFDM。3、针对多址干扰的技术(1)多用户检测技术：MLSE 的应用；(2)干扰抵消技术：判决反馈的应用，线性均衡器的思想用于解相关多用户检测器和 Chip

12、级均衡器。4、针对时变信道的技术：信道估计技术。移动通信系统中的一些新技术 1、联合最优接收技术：联合均衡解码技术，迭代解码技术(1)信道视为卷积器，则均衡器可视为内码解码器；现代通信技术讲座-6-(2)TCM 系统中已采用了联合均衡解码技术；(3)迭代解码器的代价：运算量和延时 因为硬件中采用“乒乓”存储器和 Offline 处理技术，所以迭代解码器的延时只取决于均衡器和解码器的运算速度，在一次存储过程中可以进行多次迭代。2、信源信道联合编解码技术(1)Shannon 的最大贡献是把信源编码和信道编码分离，将信源编码与信源熵联系起来，将信道编码与信道容量联系起来，而信源信道联合编解码技术突破

13、了 Shannon 理论，区别于传统的信源编码技术，联合编码的输出符号具有近似相同的重要性，不需进行特殊的保护；(2)该技术针对特定的信源做特别的处理，对于不同的信源需进行不同的优化，因此限制了其应用，该技术在 HDTV中有广泛的应用；(3)信源信道联合编码，信源解码先验概率辅助信道解码技术。3、H-ARQ 与物理层联合优化技术：协议层与物理层的结合(1)H-ARQ 将物理层与协议层联系起来，适用于允许延时的数据业务；(2)在 2G 和 3G 系统中以话音业务为主，不允许有过大的延时，H-ARQ 的应用意义不大；(3)ARQ 技术需要数据缓存（Data Buffer），CRC，帧头信息等；(4

14、)协议层的重发机制与物理层传输技术相结合，保证数据的无差错传输；(5)H-ARQ 与物理层联合优化：利用协议层重发机制和重发信息，增强物理层纠错能力。4、同步技术和解调技术 零中频技术使手机中的贴片器件量从 200 多降到 40 多，节省了中频（70MHz100MHz）声表面滤波器，降低了成本。5、自适应调制技术：来自于有线传输技术(1)在 ISDN 中，双绞线呈现低通特性，其高端频率响应不理想，信号高频分量传输是遭受衰落而引起码间干扰，采用均衡纠错编码技术解决；(2)将有线信道划分为若干个子信道（Sub-Channel），根据不同子信道的传输条件，选用不同的调制技术，如对于条件良好的子信道，

15、可采用 16 或 64-QAM 等高阶调制技术，而对于条件恶劣的子信道，可采用 QPSK 或 BPSK等调制技术；(3)另外，编码和交织方案也可以根据信道条件的变化自适应地选择。相干接收技术及其概念的延拓 1、传统相干接收技术：AWGN 信道中的同频同相解调技术 2、数字无线通信系统 现代通信技术讲座-7-(1)在 GSM 和 CDMA系统中，相干接收的概念已不同于传统意义，没有锁相环，不要求接收端同频同相，因为同频同相也很难做到；(2)存在 ISI，时变信道引入的 Doppler 频偏；(3)传统的锁相环其跟踪速度与频稳度之间的矛盾；(4)信道估计技术的发展（集成电路与 DSP）。3、不需要

16、载波相位恢复，频率误差只需在允许范围内即可；4、相干接收在基带信号处理中实现。信道模型中的关键参数 信源发射机路径损耗阴影衰落多径衰落信宿接收机大尺度衰落（对系统优化重要）小尺度衰落（对接收机设计重要）1、随参（时变）信道的统计特征：中心极限定理，Gauss 分布；2、时变速度，时延扩展，时延功率谱（Profile:可分辨径上的平均信号功率分布）；3、多普勒频偏，频率选择性（与时延扩展有关）(1)多普勒频偏反映一个可分辨径上信号变化的快慢程度；(2)OFDM 信号从频域上看：子带足够窄，信道特性近似平坦，无频率选择性；从时域上看：码元宽度足够大，ISI 可以近似忽略。4、多径信号之间的关系；5

17、、与传输信号、载波频率之间的相对关系；6、模型的局限性：WCDMA中的生灭模型用于 Profile 切换时接收机性能的测试。信道特性与传输技术的关系 1、信道变化的快慢决定处理技术(1)GSM 系统中的训练序列，CDMA系统中的同步序列等的特性及设计方法；(2)测试标准的制定及使用条件；(3)发送分集与闭环功率控制等。现代通信技术讲座-8-2、信道变化的快慢与观测区间及信号特性有关(1)在帧的尺度上，在 Symbol 的尺度上；(2)短波信道，移动信道；在短波信道上传送 2.4kbps 的数据时，几十 Hz 的多普勒频移即为快衰落。WSSUS（广义平稳非相干散射）信道模型理想化的信道模型 使得

18、信道仿真与测试变得方便，但与实际信道有一定差距。快衰落、慢衰落、平坦衰落和选择性衰落的定义 平坦慢衰落频率选择性慢衰落平坦快衰落频率选择性快衰落sTsTcohT(发射码元间隔)(发射码元间隔)平坦慢衰落频率选择性慢衰落平坦快衰落频率选择性快衰落sBsBcohBD(发射基带信号带宽)(发射基带信号带宽)cohT信道相干时间，D信道多普勒扩展，信道多径时延扩展，cohB信道相干带宽。描述移动通信信道的要素（小尺度、带宽不大、理想化 WSSUS）1、等效基带 FIR 信道模型（时变系数）(1)FIR 滤波器的阶数对应于信道的最大时延扩展；(2)等效基带 IIR 信道模型：用 Kalman 方法产生信

19、道参数。2、时变信道冲激响应的表示方法 现代通信技术讲座-9-3、Profile 表示统计平均的时延特性（各径分量的平均功率）4、多普勒频偏描述了（可分辨多径）变化速率 最大多普勒频偏决定了信道的最大变化速率。5、Jakes 模型基于复 Gauss 分布，确定了多普勒谱的形状（Classic 谱）电波入射角度的变化使多普勒效应呈现谱特性，而不是单一的谱线。6、对系统性能的影响体现在时延扩展的大小、时间轴上能量的分布以及时变速度。移动通信信道的仿真 1、产生时变滤波器系统；2、对每一个可分辨径产生一个符合衰落特性的时变系数，即服从 Rayleigh 分布，频谱形状符合 Jakes 模型（或其它模

20、型）；3、各可分辨多径之间的相对功率强度由 Profile 规定的关系进行加权；4、Profile 的能量需进行归一化，以便于信噪比的折算。移动信道的特性与仿真 BSMSPath 1Path 2 1、同一时刻到达移动台的信号，位于以基站和移动台为焦点的同一椭圆面上，不同的椭圆面对应于不同时刻的路径。2、同一椭圆面上到达的信号是同时的，但是相位不同，不同相位的信号矢量合成之后形成衰落；若移动台相对于基站移动，则不同位置上矢量合成的效果不同，形成时变的衰落现象；不同时到达的信号位于不同的椭圆面上，对应于不同的路径，会引起传输中的码间干扰。3、大尺度衰落：路径衰耗，阴影衰落引起信号场强均值的变化；小

21、尺度衰落：多径衰落引起信号细节的变化；信道是时变的，变化的快慢程度取决于移动速度；在信道估计区间内，通常假设信道是 现代通信技术讲座-10-近似不变的，这种近似误差通常小于-20dB（设信号能量为 0dB）；当信噪比提高至 18dB20dB 以上，使接收噪声的能量小于信道估计误差时，误码率曲线才会出现因信道估计误差所带来的“盆底效应”，而且这时的“盆底效应”是由信道估计方法所决定的，只能通过改进信道估计方法加以消除，而 cdma2000 系统的工作区间：Eb/N0=4dB6dB，是观察不到由信道估计误差所带来的“盆底效应”的；在 GSM 系统中，对于训练序列估计方法进行改进，获取的增益约为 0

22、.3dB，而把均衡器的输出改为软信息，则可带来 2dB3dB 的增益；在 GSM 系统中，对于训练序列进行简单的信道估计，其估计误差约为-10dB。4、一般通过实测获得典型环境下的信道模型 HillyRural直达径密集小径s1613(1)Profile：描述每个径的平均强度（统计平均意义下）和时延扩展特性，但不描述各径信号的时变特性；(2)Doppler Shift：与车速密切相关，描述各径信号的时变特性。5、信道建模与仿真 独立i.i.d均匀分布随机数Gaussian随机变量中心极限定理Classic谱滤波器I 路Jakes 模型独立i.i.d均匀分布随机数Gaussian随机变量中心极限

23、定理Classic谱滤波器Q 路(1)由于从同一椭圆反射面上反射到焦点处的入射角不同，因此形成 Doppler 谱带；现代通信技术讲座-11-(2)在满足采样定理的条件下，产生较为稀疏的信道参数，再采用插值算法产生所有的信道参数。CDMA 移动通信系统讲座 1、SS 系统的处理增益一般在 20dB60dB 之间，SS 系统的噪声电平由热噪声和干扰决定；对于给定用户，其输入和输出 SNR 的关系为inpoutNSGNS=。2、小扩频比使得由处理增益带来的 SNR 增益变得很小，但在采用直接序列扩频的 WCDMA和 cdma2000 系统中是不得已而为之的。3、一般认为，CDMA系统的容量是 TD

24、MA 系统的 23 倍。(1)频率复用系数高和语音激活技术是 CDMA系统容量提高的主要因素；(2)IS-95 系统中只在反向链路采用闭环功率控制，使每个用户所受到的干扰近似相同，克服“远近效应”；cdma2000 系统在前向链路也采用了闭环功率控制，精确控制每个码道和业务的功率；(3)为了实现软切换，需要预留信道资源，会引起将近 1/3 的容量损失，但在提高通信质量方面的作用是积极的；(4)小区呼吸功能软容量，TDMA 系统不具备软容量；(5)扩频和码分多址是密切相关的，如果没有扩频，就不可能通过正交码区分用户，从而实现码分多址。扩频系统的概念 1、Shannon 信道容量公式：)1(log

25、2NSBCw+=信道无缺陷时的容量公式 其中，wB带宽（Hz），C信道容量（bps），S信号功率，N噪声功率；可以看出，信道容量是与带宽及干扰有关的；可推广为信道有缺陷时的信道容量公式。2、扩频：以带宽的增加换取所需信噪比的降低。3、系统处理增益定量描述了干扰抑制的程度，它是 RF 带宽wB与信息速率 R 之比，即RBGwp/=，信噪比的改善：tpoNSGNS=。CDMA 移动通信系统的特点扩频通信是 CDMA 移动通信系统的基础 1、蜂窝结构(1)相邻小区可以用相同的频率，提高频谱利用率的重要技术；现代通信技术讲座-12-(2)移动通信的频谱资源（2GHz 载频附近）紧张。2、多址方式(1)

26、通过正交码（前向链路）或者不同相位 PN 码（反向链路）实现多址；(2)相位差应足够大，避免与同一用户的不同多径信号相重叠。3、主要技术特点(1)直接序列扩频与码分多址，话音激活，闭环功率控制，软切换，软容量；(2)TDMA 系统无法有效克服同频干扰问题，而 CDMA系统可以有效抑制之；(3)GSM 系统中也采用了跳频技术，提高系统性能。扩频与解扩 1、频谱扩展(1)与简单的 BPSK调制原理相类似；(2)多个频率的 BPSK调制器 扩频；(3)PN 序列含有丰富的频率信号分量；(4)PN 码的周期自相关函数非常尖锐，接近于函数，经过 Fourier 变换后得到其功率谱接近于平坦，即包含非常丰

27、富的频率分量；(5)扩频类似于对信号进行 Fourier 级数展开，将信号分量分布于不同的正（余）弦载波之上，并累加起来，相当于将信号分量搬移（调制）到 PN 码所包含的各个频率分量上，这也可以看作是一种多载波调制，只是载波之间间隔非常密集，几乎是连续的，而 OFDM中各个子载波之间的间隔选取必须满足正交性的条件。2、解扩与 RAKE 接收(1)PN 码作为多频率载波解调；(2)正交函数增加正交性；(3)部分相关特性；(4)积分作用等效于低通滤波；(5)PN 码扩频相当于多载波调制，则解扩相当于多载波解调，完成频谱的搬移，为了滤除二次以上的谐波分量，解扩时还需要低通滤波，由积分器来完成，积分器

28、实质上是一个低通滤波器，积分时间越长，则其截止频率越低。现代通信技术讲座-13-)(X)(Sff 00()()()()()()tTkiljtS nTS nTPN t W t PN t W t dt+=其中，)()(tWtPNik为扩频序列，)()(tWtPNjl为解扩序列。正交 Walsh函数 1、两两完全正交(1)IS-95 下行信道用于区分用户（码道）；(2)IS-95 上行信道用于正交调制；(3)延迟相关特性不好。扩频与码分多址 1、扩频主要由 PN 码完成，而不是 Walsh 码；(1)PN 码具备丰富的宽带频率分量，具备良好的相关特性，用于进行扩频；(2)Walsh 码是起码道隔离作

29、用的正交码，而不是扩频码，且只在一个周期之内的隔离效果好。2、正交码分多址(1)同源发出、能定时对准的信号采用正交函数，如 Walsh 函数（又称 OVSF 码）多见于下行链路；(2)非同源信号主要利用 PN 码的自相关特性（不同的相位）来隔离多见于上行链路；(3)cdma2000 一个基站发出的信号采用正交 Walsh 码实现分离；(4)上行链路的不同用户及不同基站之间以 PN 码的不同相位实现隔离；不同基站采用不同的 PN Offset，且 PN Offset 的选取远大于最大路径时延，使得不同的基站可以区分开。(5)上行链路中的用户若拥有多个码道（如导频，数据等），则这些码道可以采用 W

30、alsh 码实现正交隔离。CDMA 系统中的功率控制技术 现代通信技术讲座-14-1、CDMA系统中的主要干扰是多址干扰；2、多径传输造成各码道之间不正交；3、与前端热噪声相比，其它多址用户的干扰信号很强；4、随着用户数的增加，某一用户所占接收功率的分量减少量化时需要特别小心，否则会造成有用信号的过多损失；5、反向信道信号到达的时延不同，仅靠 PN 码的部分相关特性来隔离不同用户的信号；6、用户与基站的距离不同，路径衰耗不同远近效应。移动通信系统传输与多址方式 1、TDDTime Division Duplex（时分双工），双工双向通信 基站手机采用同一频段，用不同时间段区分，由于频段相同，所

31、以介质传输特性近似相同，无需闭环功控，只需开环功控，可采用预均衡等技术。2、FDDFrequency Division Duplex（频分双工）基站手机采用不同频段，同时进行双向通信，由于频段不同，所以介质传输特性不同，接收端必须测量信噪比，采用闭环功控。CDMA 系统容量的计算+111/0NEGMbp 式中，M移动用户数量，Gp处理增益，Eb每比特能量，N0噪声功率谱密度；因子描述相邻小区的干扰，实际值为 0.40.55，平均值为 0.5；因子表示功控精度，实际值为 0.50.9，平均值为 0.85；因子表示由于话音激活而降低的干扰，实际值为 0.451，平均值为 0.6；因子描述扇区划分的

32、干扰改善，对于一个 3 扇区的小区，实际值为 2.55，平均值为2.55。1、因子描述切换区里来自同频相邻小区的干扰，5.0=时，有 1/3 的容量损失。2、取 0.5 时，损失一半的系统容量。3、扇区数不能划分得太多，否则切换会过于频繁。4、上行的 Access 信道和下行的 Paging 信道是成对使用的，用于基站和用户之间建立初始的同步。5、在切换区中，移动台同时与 23 个工作在相同频率上的基站通信，因此多径多址干扰异常严重；另外，基站需要分配额外的码道用于软切换，使得系统容量降低；在 CDMA系现代通信技术讲座-15-统中，一般要预留 1/3 的码道用于软切换；cdma2000 中一

33、般有 4550 个可用码道，IS-95中一般有 2430 个可用码道。6、GSM 中突发脉冲的内容(1)N 突发脉冲的内容：尾（3）信息（58）训练（26）信息（58）尾（3）；(2)S 突发脉冲的内容 7、GSM 系统中频率校正信道及同步信道的发送时序（TDMA 方式）频率校正信道类似于导频信道，在主频点上的 8 个时隙中有 1 个时隙用于传送公共信息，其余 7 个时隙分配给用户。CDMA 系统中的功率控制技术 1、开环功率控制技术(1)利用下行信号功率，预测路径损耗，计算发送功率；(2)FDD 方式时，上、下行频段不同，误差大。2、闭环功率控制技术(1)对上行信号的接收信干比进行实时计算，

34、产生功率控制比特，尽可能快地发送到移动台，控制其发射功率；(2)需要占用信道资源，存在反应时间问题；(3)不同类型的信道环境所需的信干比不同还需要采用外环功率控制。3、外环功率控制：根据实测误帧率实时改变功控门限(1)长时间统计；(2)但又不能太慢；(3)有多种策略；(4)外环功率控制只能在基站控制器中进行；(5)必须对某些极限或特殊情况进行控制，舍弃一些已经无法正常通信的用户，否则一味提高这些用户的发送功率会严重影响其它用户的正常通信；(6)多基站环境下（如切换区）的外环功率控制算法变得复杂，“宁降勿升”。CDMA 系统中的 RAKE 接收技术 1、利用宽带信号的高分辨率分离多径信号(1)通

35、过导频信道估计信道参数；(2)选择最强的几径实施最大比合并；一方面，是从复杂度考虑；另一方面，是信道估计器的误差虚假径（部分互相关引起）。现代通信技术讲座-16-(3)多径引起的多址干扰，由扩频比抑制，小扩频比下存在问题，性能劣化；(4)比均衡接收（Chip 均衡器）计算量小；用 DSP 实现时需 1Gips 左右（1000mips），增加指令集（运算加速器）。2、在切换区接收多个基站信号进行分集合并(1)相邻基站采用相同载频；(2)不同 PN 码偏移区分不同基站信号；(3)可以进行不同基站的信道估计；(4)实现软切换（不间断通信）。在 CDMA 系统中获取业务信道 CDMA RF载波选择调谐

36、到第一/第二CDMA载波移动台获取导频信道和同步信道移动台获取寻呼信道并且对消息进行监控移动台通过接入信道发送信息基站通过寻呼信道发送信息前向（下行）和反向（上行）业务信道的语音信道需要用以下方式交换相关控制信息系统初始化状态系统空闲状态系统接入状态业务信道状态空白和字符模糊和字符功率控制 呼叫建立过程 1、基站搜索 现代通信技术讲座-17-(1)系统定时与帧结构；(2)导频（Pilot）信道的作用获取帧同步；(3)Sync，Paging，Access，Traffic；(4)信令流程 PN 序列的帧头：15 个连零后接一个“1”；Pilot 互相关解同步信道（80ms 帧）解寻呼信道。2、导频

37、信道（Pilot）的作用(1)便于移动台频率搜索，定时建立及信道估计；(2)实现方法：长度为 215的 PN 序列，利用相关接收技术，实现基站搜索，26.6ms 定时建立和信道估计。3、PN 序列的特点(1)15 个连零后第一个“1”为帧头；(2)I、Q 两路各有一个 PN 序列；(3)由长度为 215-1 的 m 序列插“0”后形成。4、长码的特点(1)是长度为 242的 M 序列，周期长达 45 天；(2)采用不同的掩膜产生不同相位的长码；(3)与绝对时间 UTC Time 有关。5、长码的作用(1)用户身份确定，扰码加密；(2)区分用户和信道（反向）：长码与短码异或，避免长连零引起的部分

38、自相关性能太差；(3)确定功控比特的发送位置，辅助确定系统定时。6、长码的确定 长码状态（全世界相同）长码掩膜（线性变换）不同的长码相位。7、Sync 信道的特点(1)80ms 帧长，由三个同步信道帧合成一个超帧；(2)与零偏移的 PN 序列在偶秒处对齐（118）。8、Sync 信道的作用(1)提供系统参数，如网络号、基站号、System Time 等；(2)辅助建立 20ms 定时。9、Paging 信道的特点 现代通信技术讲座-18-(1)20ms 帧长，10ms 子帧；(2)卷积码无全零初始状态（这是公共信道为了有效发送信息的需要）；(3)长码加扰；(4)cdma2000 系统中有 Qu

39、ickPaging 和 Broadcast 信道。10、Paging 信道的作用(1)提供系统附加参数，如接入参数、相邻基站号；(2)支持移动台寻呼；(3)辅助建立 20ms 帧定时。11、Access 信道的特点(1)20ms 帧长；(2)Preamble；(3)公共长码加扰；(4)随机时延或时隙方式。12、Access 信道的作用(1)提供注册登记信息，如 ESN 串号，注册网络；(2)报告移动台状态，功率强度，信令版本；(3)辅助建立业务信道。多址方式的实现 1、前向（下行）链路(1)采用 Walsh 码道实现正交隔离；(2)除 Pilot、Paging 和 Broadcast 信道外，

40、采用用户长码加扰。2、反向（上行）链路(1)以用户 ESN 决定的长码与短码 PN 扩频cdma2000，Walsh 正交调制IS-95；(2)PN 码用于减小解扩时部分互相关的影响。信道估计的专题讲座 1、信道估计的目的；2、等效基带信道模型；3、信道估计方法概述；4、信道估计算法举例；5、影响信道估计精度的原因。现代通信技术讲座-19-信道估计的目的（为什么要进行信道估计）1、信道不理想（如双绞线传输高端频率特性），信道的时变特性等对于接收端是预先未知的；2、信道带宽资源紧张，为了传输更多的信息，允许信道有缺陷，在接收端需要对其进行估计和补偿；3、MLSE、MAP 均衡器及 RAKE 接收

41、机等需要信道信息；(1)在 MLSE、MAP 均衡器的推导过程中，均假设信道信息已知；(2)在 WCDMA和 cdma2000 系统中，信道估计器占硬件规模的 1/5 左右。4、数字处理技术的发展，可以完成复杂的运算；(1)可以将频偏估计等归入广义的信道估计之中；(2)除了时域信道估计之外，在 OFDM 系统中进行频域信道估计。信道估计器的分类 1、按照优化准则分类(1)最小均方误差准则（MMSE）不关心误差的具体来源，而追求误差的均方值最小；MMSE 通常是最优准则，具有最佳的鲁棒性。(2)最大似然估计（ML）多用于盲估计，此时信道信息空间和信号信息空间均是未知的。(3)最小二乘准则（LS）

42、在某些特定的条件下（如广义平稳、各态遍历），上述三种准则可以相互等价；LS时间平均，MMSE集平均（统计平均）。2、按照有无已知训练序列分类(1)非盲信道估计；(2)盲信道估计；(3)半盲信道估计。从信息论的角度来看，发送训练序列占用了信道资源，减少了信道容量，如何高效率地设计训练序列成为研究课题；在盲信道估计中，由于信道空间和信号空间均为未知，所以必须利用高阶矩，使信道估计算法变得非常复杂；在非盲信道估计中，利用二阶矩得不到相位信息，解决不了相位模糊问题；半盲信道估计具有较高的灵活性，并可能在实际系统中应用，值得研究。信道估计的常见方法 现代通信技术讲座-20-1、基于训练序列的信道估计：解

43、卷积，矩阵求逆；2、基于判决反馈的信道估计：判决反馈均衡器是典型的信道估计器；3、基于相关运算的信道估计：应用于扩频通信系统中；4、基于最小二乘的信道估计；5、ML 联合估计：如盲信道估计（详见自适应滤波）；(1)线性盲解卷积滤波器：利用二阶统计量；(2)非线性盲解卷积滤波器：利用高阶统计量；利用高阶累积量或其 Fourier 变换；间接利用接收信号的高阶统计特性，如 Bussgang 算法（Stop-Go）。6、数据辅助信道估计：如迭代信道估计。等效基带信道模型两径延迟线模型（1 径和 5 径）1Z1Z1ZnPN1nh5nh+AWGN5 151,nvnPNnhnPNnhnrPNl+=信道的

44、FIR 滤波器模型是基于采样定理的。信道估计算法举例 现代通信技术讲座-21-1Z1Z1ZnPN1h1Lh+,nrPNl0h2Lh,nrPNlne 1、构造目标函数，使误差ne最小；2、假设信道参数nh在 0N-1 区间内保持恒定值（慢变化），则 11 1 51 1 11 11 151 1 11 15 11 11111511115111511,1nhiPNivNiPNiPNnhNiPNiPNnhNiPNivNiPNiPNihNiPNiPNihNiPNiviPNihiPNihNiPNirNnhNnniNnniNnniNnniNnniNnniNnniNnniPNl+=+=+=+=+=+=+=+=+

45、=+=+=当训练序列自相关特性满足条件：1 1 111=+=NnniiPNiPNN，05 111+=NnniiPNiPNN；噪声与信号统计独立，且噪声均值为 0 时，有0 111=+=NnniiPNivN。3、GSM 系统中利用 Preamble 的信道估计算法（LS 算法）(1)LLLLPRH1=，=150*)()()16/1(kLLLLkAkAR，=150)()16/1(kLkLkAvP；(2)这里的训练序列设计很巧妙，55 的移位相关矩阵是对角阵（单位阵），可以完成最大现代通信技术讲座-22-时延扩展不超过 5 个符号的信道估计。训练序列的设计准则 1、良好的自相关特性；2、尽可能占用较

46、少的信道资源；3、尽可能与系统其它功能复用，如同步、用户识别等，便于系统实现；(1)在 GSM 系统中，一个突发（Burst）中有 26 个码元的训练序列，加上发送端的差分预编码，估计长度可以达到 5 个码元，训练序列中间 16 个码元偏移 5 个码元做相关运算，其值恰好为 0，这正是训练序列设计巧妙之处。(2)GSM 系统发送端采用 GMSK 调制方式，是差分相位，因为传输过程中出现单个错误的概率最大，则在差分编码中会自动变成两个错误，所以在发送端做差分预编码，将相对相位恢复成绝对相位，否则信道估计长度达不到 5 个码元。(3)在 cdma2000 系统中，PN 码 14 连零后加 1 个零

47、作为帧同步开始。影响信道估计精度的原因 1、序列的统计特性（PN 码的部分相关特性）(1)以 256chip 长度观察时，最大互相关相对于自相关为-9dB；(2)增大观察长度，利用 m 序列的游程特性，累加抵消使互相关降低。2、噪声强度与统计特性：噪声与信号是否相关；3、信道的时变特性：信道估计只能得到估计区间内信道变化的均值，是否可以近似反映信道的时变特性；4、算法的收敛速度：矩阵求逆、迭代算法；5、算法的稳定性。CDMA 系统中的信道估计 1、积分长度（相关长度）的影响(1)序列的互相关特性决定了估计精度；(2)积分序列越长，互相关的影响越小；(3)信道变化速度限制了可观测时间（积分长度）

48、；(4)信道估计器长度的自适应调整。2、基于预测的信道估计(1)由于 Pilot 信道占用信道容量时隙 Pilot；(2)无 Pilot 时的信道估计值可通过插值或预测获得；现代通信技术讲座-23-其基础是信道变化速度是有限的，满足采样定理和时间相关性，在信道插值运算中，需要存储信道参数估计值，成为非因果系统，要求信道变化速度和插值速率之间满足采样定理。(3)解相关可以最终解决由互相关带来的信道估计误差影响；由于时变扩频序列的采用，使得解相关中的矩阵求逆运算需逐符号进行，计算量太大，加之积分区间可以增大主对角线元素的值与由互相关带来的其它元素的值之间的差距，避免解相关的求逆运算。(4)对于连续

49、导频模式，采用滑动平均滤波器（加窗）进行信道估计，兼顾互相关噪声抑制和刷新速率；对于时隙导频模式，可以利用插值或者拟合（预测）来提高信道估计精度，参与插值或拟合的信道参数间隔必须满足采样定理（大于最大多普勒频移的两倍）。(5)在系统实现时，通常采样普通的低通滤波器代替复杂的白化匹配滤波器（Whitening Matched Filter），由此带来的性能损失在 0.2dB 以内。(6)解决移动速度为 3km/h10km/h 的慢速移动环境下的通信问题，其意义远大于高速移动环境，这一点从 GSM 或 CDMA测试标准中也可以看出。信道估计算法的改进 1、信道估计改进的必要性（成为影响系统性能的主

50、要因素）；2、常分为估计精度的改进和收敛速度的改进；3、构造良好的训练序列，短训练序列与跟踪相结合（时隙 Pilot）；4、Semi-blind 信道估计（符号辅助）；5、基于迭代的信道估计（利用解码器或均衡器提供的附加信息）；6、利用预测信息的信道估计：插值、拟合与预测，信道变化速率。发射分集技术的应用场合 发射分集成为 3G 的标志性技术之一，又称为空时编码（Space-Time Coding）。扩频系统中各信号是同频同时发送的，利用正交码区分不同天线的信号，由于 CDMA系统是功率受限的，其总的发射功率是一定的，双天线发射分集时每根天线上的发射功率降为总功率的一半，因此在无衰落的情况下，