第3讲无线信道问题及解决课件.ppt

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1、2023/5/17 2023/5/17 1 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2023/5/17 2023/5/17 2 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2023/5/17 2023/5/17 3 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小尺度衰落容限2030dB2023/5/17 2023/5/17 4 4信道模

2、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2023/5/17 2023/5/17 5 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2023/5/17 2023/5/17 6 6信道物理机制：多普勒扩展u 收发机的相对运动导致信道的时变特性（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

3、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）2023/5/17 2023/5/17 7 7例子：两个具有不同多普勒频移的信号2023/5/17 2023/5/17 8 82023/5/17 2023/5/17 9 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2023/5/17 2023/5/17 10 10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

4、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2023/5/17 2023/5/17 11 11例子：两径信道2023/5/17 2023/5/17 12 122023/5/17 2023/5/17 13 13衰落信道描述2023/5/17 2023/5/17 14 14基带频域Rayleigh衰落仿真2023/5/17 2023/5/17 15 15正弦波叠加的仿真模型2023/5/17 2023/5/17 16 16信道引起的问题l 由于信道衰落造成信号失真，系统性

5、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2023/5/17 2023/5/17 17 172023/5/17 2023/5/17 18 18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

6、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2023/5/17 2023/5/17 19 19CDMA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）2023/5/17 2023/5/17 20 20CDMA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

7、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u CDMA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2023/5/17 2023/5/17 21 21CDMA系统中解决信号问题的主要技术l RAKE接收机l Chip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 软切换和更软切换l 20%40%的连接发

8、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2023/5/17 2023/5/17 22 22CDMA系统中Rake接收技术（1）l Bello在1963年针对衰落现象提出的宽平稳不相关散射概念（WSSUS）2023/5/17 2023/5/17 23 23CDMA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 在切换区接收多个基站信号进

9、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）2023/5/17 2023/5/17 24 24CDMA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2023/5/17 2023/5/17 25 252023/5/17 2023/5/17 26 26CDMA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

10、功率，预测路径损耗，计算发送功率u FDD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2023/5/17 2023/5/17 27 27CDMA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l PN序列的相关

11、特点导致了远近效应等副作用，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2023/5/17 2023/5/17 28 28“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l CDMA系统包含了后两种含义2023/5/17 2023/5/17 29 29参考资料l Gregory D.Durgin，空时无线信道，西安交通大学出版社 l Bernard Sklar，数字通信基础与应用（第二版），电子工业出版社l Holma,H.，Toskala,A.，WCDMA技术与系统设计，机械工业出版社