移動通信第四章抗衰落技術(shù)應用

1、1移動通信第四章抗衰落技術(shù)應用Mobile Communications2衰落的定義： 在無線通信的信道傳輸過程中，由于大氣及地面的影響而發(fā)生傳播損耗及傳播延時隨時間變化的現(xiàn)象叫做衰落。衰落的分類按頻率特性：平坦衰落和頻率選擇性衰落。按時間特性：快衰落和慢衰落。衰落的影響：接收電平降低，無法保證正常通信。接收信號畸變，產(chǎn)生嚴重的誤碼。傳播延時變化，破壞與時延有關(guān)的同步。在快衰落情況下，由于電平變化迅速，影響某些跟蹤過程。3非頻率選擇性衰落的對抗技術(shù)非頻率選擇性衰落主要體現(xiàn)為接收電平的降低。統(tǒng)計特性：平均接收電平及接收電平降低到某個門限值以下的概率。抗衰落的原理：衰落儲備法。衰落儲備的實現(xiàn)方法：

2、增加發(fā)送功率、提高天線增益、減少通信距離、降低噪聲系數(shù)及對歸一化信噪比的要求等。第四章 抗衰落技術(shù)4 頻率選擇性衰落的對抗技術(shù)頻率選擇性衰落主要是由于多徑效應引起的。多徑效應最嚴重的后果之一是在信道傳遞函數(shù)中引入一個非理想的Hc(f)，破壞奈奎斯特準則和匹配濾波準則，從而產(chǎn)生碼間串擾，使有效的Eb/No惡化。對抗頻率選擇性衰落就是要消除非理想Hc(f)的影響。對抗頻率選擇性衰落的主要方法：分集技術(shù)；瑞克技術(shù)；均衡技術(shù)；糾錯技術(shù)。第四章 抗衰落技術(shù)5分集的基礎(chǔ)： 各獨立的信號傳播路徑同時經(jīng)歷深度衰落的概率很低。4.1 分集接收6原理： 接收多路不相關(guān)的信號并進行合并。目標： 對抗多徑造成的衰落和

3、延時串擾技術(shù)： 如何獲得獨立多徑信號 如何合并獲得獨立多徑信號本質(zhì)： 對同一信號在不同空間/頻率/極化/時間的過取樣4.1 分集接收7分集的兩重含義 一是分散傳輸，是接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落信號；二是集中處理，接收機將收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并以降低衰落的影響。分集方式 宏分集：“多基站分集”，把多個基站設(shè)置在不同的位置 和不同的方向上，用來減小慢衰落。 微分集：減小快衰落，空間/頻率/極化/角度/時間分集4.1 分集接收8設(shè)基站A接收到的信號中值為mA, 基站B接收到的信號中值為mB,它們都服從對數(shù)正態(tài)分布。若mA mB,則確定用基站A與移動臺通信；若mA B

4、cf1f24.1 分集接收14極化分集水平極化和垂直極化的信號相互正交。在發(fā)端和收端都裝上垂直極化天線和水平極化天線，就可得到衰落特性不相關(guān)的信號。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較緊湊，節(jié)省空間。缺點是由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，信號功率將有3dB的損失。4.1 分集接收15智能天線-空間角度分集利用天線陣的波束賦性產(chǎn)生多個獨立的波束并自適應的調(diào)整波束方向來跟蹤每一個用戶形成方向圖在不同的方向上給予不同的增益,可以提高接收信號的信噪比,從而提高系統(tǒng)的容量可以將頻率相近但空間可分離的信號分離開分集技術(shù)16智能天線提高SINR改善通信質(zhì)量增加系統(tǒng)容量提高用戶數(shù)量提高頻譜利用率擴大通信覆蓋區(qū)域降低基站發(fā)射功率自動

5、跟蹤用戶信號位置定位減小用戶發(fā)射功率提高電池壽命4.1 分集接收17時間分集對信號振幅進行順序取樣，在時間上間隔足夠遠的兩個樣點是互不相關(guān)的。將信號相隔一定的時間間隔重復傳輸M次，只要時間間隔大于相干時間，就可以得到M條獨立的分集支路。當移動臺處于靜止狀態(tài)時，時間分集基本是沒有用處的。 4.1 分集接收18時間分集時間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號。此外，時間分集也有利于克服移動信道中由多普勒效應引起的信號衰落現(xiàn)象。 t1t24.1 分集接收-接收信號相互獨立的條件:19Rake接收-時間分集對時間上擴散的多徑信號進行分集，盡可能多的獲取信號能量。根據(jù)信道估計的結(jié)果來進行多徑信號合并。對

6、于CDMA系統(tǒng)，當多徑延時大于一個碼片時，多徑信號可以看成是不相關(guān)的。4.1 分集接收20相關(guān)1相關(guān)2相關(guān)MRAKE接收機框圖積分判決a1a2aMCDMA多徑信號判決輸出4.1 分集接收21RAKE接收機工作過程假設(shè)接收信號中可以分離出M個不同延時的多徑分量相關(guān)器1和支路1同步，相關(guān)器2和支路2同步對各個相關(guān)器的輸出進行加權(quán)，然后相加進行判決再生，恢復出數(shù)字信息加權(quán)系數(shù)可以根據(jù)不同的準則，如：最大功率準則、最大信噪比準則等。4.1 分集接收22從分集信號中以什么方式作為輸出？選擇式合并：選擇最好的支路作為輸出，其它支路丟棄。等增益合并：調(diào)整各個支路的相位，使之同相，然后進行等增益相加。最大比合

7、并：調(diào)整各個支路的相位，使之同相，然后按照各個支路的信噪比數(shù)值進行加權(quán)相加。4.1 分集接收23合并性能：最大比等增益選擇式合并4.1 分集接收24分組碼的基本描述二進制分組碼編碼器的輸入是一個長度為k的信息矢量a=(a1,a2,.ak),它通過一個線性變換，輸出一個長度等于n的碼字C。式中G為kn的矩陣，稱作生成矩陣。Rc=k/n稱作編碼率。長度等于k的輸入矢量有2k個，因此編碼得到的碼字也是2k個。這個碼字的集合稱作線性分組碼，即(n, k) 分組碼。對一個分組碼的生成矩陣G，也存在一個(n-k)n矩陣H滿足 4.3 糾錯編碼技術(shù)25分組碼的基本描述H稱作校驗矩陣，它也滿足 任意兩個碼字之

8、間漢明距離的最小值稱作碼的最小距離，表為dmin。dmin是衡量碼的抗干擾能力（檢、糾錯能力）的重要參數(shù)，dmin越大，碼的抗干擾能力就越強。理論分析表明： （n, k）線性分組碼能糾正t個錯誤的充分必要條件是或4.3 糾錯編碼技術(shù)26分組碼的基本描述 （n, k）線性分組碼能發(fā)現(xiàn)接收碼字中l(wèi)個錯誤的充分必要條件是 （n, k）線性分組碼能糾正t個錯誤并能發(fā)現(xiàn)l（l t）個錯誤的充分必要條件是 譯碼器根據(jù)編碼規(guī)則和信道特性，對所接收到的碼字進行判決，這一過程就是譯碼。設(shè)發(fā)送的碼字為C,接收到的碼字R=C+e,其中e為錯誤圖樣，它指示碼字中錯誤碼元的位置。當沒有錯誤時，e為全零矢量。4.3 糾錯

9、編碼技術(shù)27分組碼的基本描述定義接收碼字R的伴隨式（或校驗子）為如果S=0,則R是一個碼字；若S可見伴隨式僅與錯誤圖樣有關(guān)，與發(fā)送的具體碼字無關(guān)；(n , k)線性碼對接收碼字的譯碼步驟如下：計算伴隨式 ST=HRT ; 根據(jù)伴隨式撿出錯誤圖樣e； 計算發(fā)送碼字的估值 0,則傳輸一定有錯。 由于4.3 糾錯編碼技術(shù)28分組碼的例子1.漢明碼 漢明碼是最早(1950)出現(xiàn)的糾一個錯誤的線性碼。其主要參數(shù)如下：碼長 n=2m-1;信息位數(shù)：k=2m-m-1=m-1;監(jiān)督位數(shù)：n-k=m最小距離：dmin=3;4.3 糾錯編碼技術(shù)29分組碼的例子 2.循環(huán)碼 （n , k）線性分組碼的每個碼字經(jīng)過任

10、意循環(huán)移位后仍然是一個分組碼的碼字 循環(huán)碼的編碼步驟為： 計算xn-km(x)； 計算xn-km(x)/g(x) 得余式r(x)； 得到碼字多項式 C(x)= xn-km(x)+ r(x)； 循環(huán)碼特別適合誤碼檢測，用于誤碼檢測的循環(huán)碼稱作循環(huán)冗余校驗碼CRC(Cyclic Redundancy Check) 。4.3 糾錯編碼技術(shù)30分組碼在移動通信中的應用 1.在CDMA蜂窩移動通信的系統(tǒng)中，前向鏈路和反向鏈路在信道中消息是以幀的形式來傳送的。例如，圖是全速率（9600bit/s）前向業(yè)務信道的幀結(jié)構(gòu)。這是一個（n, k）=(172+12,172)=(184,172)分組碼。其生成多項式為

11、：31分組碼在移動通信中的應用 2. 在GSM系統(tǒng)中話音信息、控制信息和同步信息在傳輸過程中都使用了CRC碼。例如話音編碼采用規(guī)則脈沖激勵長期預測編碼(RPE-LTP)。它以20ms為一幀，共260 bit,即速率為13kbit/s。32 卷積碼編碼器 卷積碼編碼器的輸出分支碼字的每個碼元不僅和此時刻輸入的k個信息有關(guān)，也和前m個連續(xù)時刻輸入的信息元有關(guān)。通常卷積碼表示為（n，k，m）。編碼率r=k/n。 圖是一個簡單的卷積碼編碼器的例子，其中n=2,m=3,所以是(2,1,3)編碼。 4.3 糾錯編碼技術(shù)33 卷積碼編碼器編碼器只有一個輸入序列a，它經(jīng)過兩條不同的路徑到達輸出端，對應兩個長度

12、K=4的響應序列,即對任意的輸入序列a, 對應兩個輸出的序列分別是a與g(1)、g(2)的離散卷積： 4.3 糾錯編碼技術(shù)34 卷積碼編碼器還可以用生成多項式來進行表述，它定義為沖激響應的單位時延變換。對應第i條路徑的生成多項式定義為 例如對圖編碼器有相應的第i條路徑輸出序列多項式則等于 4.3 糾錯編碼技術(shù)35卷積碼在蜂窩移動通信系統(tǒng)的應用卷積碼在GSM系統(tǒng)中得到廣泛的應用。 例如 在全速率業(yè)務信道和控制信道就采用了（2,1,4）卷積編碼。卷積碼在CDMA/IS-95系統(tǒng)也得到廣泛應用。 例如 在前向和反向信道，系統(tǒng)都使用了約束長度K=9的編碼器。36碼間干擾在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，一個無碼間干擾的理想傳輸系統(tǒng)，在沒有噪聲干擾的情況下其沖激響應h(t)應當具有如圖的波形。 由于實際信道傳輸特性并非理想，響