現(xiàn)代無線通信原理第五章

第五章衰落信道的抗干擾技術(shù)5.1衰落信道的抗干擾技術(shù)概述5.2分集技術(shù)5.3RAKE接收技術(shù)5.4交織技術(shù)5.5均衡技術(shù)5.6聯(lián)合編碼技術(shù)一、多徑干擾二、多用戶干擾5.1衰落信道的抗干擾技術(shù)概述

5.1.1衰落信道的主要干擾5.1.2衰落信道的主要抗干擾技術(shù)發(fā)端進(jìn)行—進(jìn)行預(yù)防收端進(jìn)行—進(jìn)行補(bǔ)救分為三類：一、冗余法—包括分集技術(shù)、糾錯(cuò)技術(shù)和重發(fā)技術(shù)二、均衡法—包括信道均衡和信源適應(yīng)三、干擾抵消法—是基于數(shù)學(xué)中求解聯(lián)立方程的迭代算法。另：信號的傳輸方式如調(diào)制方式對抗干擾有很大貢獻(xiàn)。5.2分集技術(shù)

5.2.1分集技術(shù)原理原理：利用無線傳播環(huán)境中來自不同途徑的多徑信號的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性進(jìn)行合并，從而實(shí)現(xiàn)分集。首先要找出來自不同途徑的多徑信號，這些途徑可以是不同的空間、不同的極化、不同的頻率、不同的時(shí)間。其次要以某種方法進(jìn)行合并。應(yīng)該指出：分集技術(shù)不僅能改善頻率選擇性衰落，同時(shí)也能改善非頻率選擇性衰落。5.2.2分集方式采用什么途徑接收分集信號？空間分集：不同天線的接收信號相互獨(dú)立；極化分集：水平極化和垂直極化的信號相互獨(dú)立；頻率分集：不同頻率的接收信號相互獨(dú)立，GSM采用跳頻CDMA采用擴(kuò)頻技術(shù)；時(shí)間分集：不同時(shí)間的接收信號相互獨(dú)立，有符號交織、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)編碼、Rake接收機(jī)技術(shù)。5.2.3合并方式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。最大增益合并：調(diào)整各個(gè)支路主徑的相位，使之同相，然后進(jìn)行等增益相加。最小色散合并：調(diào)整各個(gè)支路次徑的相位及幅度，使之反相抵銷。最大比合并：調(diào)整各個(gè)支路的相位，使之同相，然后按照各個(gè)支路的信噪比數(shù)值進(jìn)行加權(quán)相加。5.2.4分集舉例空間分集及其合并S1(t)S2(t)相加相位幅度控制檢測分集后的接收信號S1(t)S2(t)最大增益合并最小色散合并5.3RAKE接收技術(shù)

5.3.1RAKE接收的概念對時(shí)間上擴(kuò)散的信號進(jìn)行分集，盡可能多的獲取信號能量。對多徑信號進(jìn)行分離，根據(jù)信道估計(jì)的結(jié)果來進(jìn)行多徑信號合并。對于CDMA系統(tǒng)，當(dāng)多徑延時(shí)大于一個(gè)碼片時(shí)，多徑信號可以看成是不相關(guān)的。5.3.2RAKE接收技術(shù)的原理傳輸環(huán)境時(shí)變：頻率、相位、時(shí)間的變化5.3.3RAKE接收機(jī)原理相關(guān)1相關(guān)2相關(guān)M＋積分判決a1a2aMCDMA多徑信號判決輸出接收機(jī)框圖

5.3.4RAKE接收機(jī)工作過程假設(shè)接收信號中可以分離出M個(gè)不同延時(shí)的多徑分量，每個(gè)分量用不同的相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。相關(guān)器1和支路1同步，相關(guān)器2和支路2同步，等等，這樣不同相關(guān)器就可以檢測出各個(gè)支路的CDMA信號能量。對各個(gè)相關(guān)器的輸出進(jìn)行加權(quán)，然后相加，就得到發(fā)送信號的最大可能的能量輸出，對此輸出進(jìn)行判決再生，就可以恢復(fù)出數(shù)字信息。加權(quán)系數(shù)可以根據(jù)不同的準(zhǔn)則，如：最大功率準(zhǔn)則、最大信噪比準(zhǔn)則，等。5.4交織技術(shù)

原理：在無線通信中由于發(fā)生深衰落或遇到突發(fā)干擾，誤碼的分布就不是平穩(wěn)、純隨機(jī)的，而是存在隨機(jī)誤碼和突發(fā)誤碼。采用交織可以減少突發(fā)誤碼的影響。交織不增加額外開銷。交織可以保護(hù)信源編碼中的特殊比特。交織與糾錯(cuò)編碼同時(shí)使用，進(jìn)一步提高傳輸質(zhì)量。交織器二種類型：分組交織、卷積交織。交織器會引入時(shí)延（對語音不能超過40ms）。5.5均衡技術(shù)

5.5.1均衡技術(shù)概述自適應(yīng)均衡器：減少碼間干擾。工作模式：訓(xùn)練模式和跟蹤模式。均衡器分類頻域均衡器，時(shí)域均衡器；線性均衡器，非線性均衡器。均衡器實(shí)現(xiàn)方法中頻均衡器；基帶均衡器。5.5.2均衡技術(shù)的原理均衡器頻域表達(dá)：信道時(shí)域響應(yīng)f(t)，均衡器時(shí)域響應(yīng)heq(t)，希望均衡后的信道響應(yīng)為：

g(t)=f*(t)heq(t)=(t)

就有：Heq(f)F*(-f)=1Heq(f)為均衡器頻域響應(yīng)，F(xiàn)(f)為信道頻域響應(yīng)。均衡器是傳輸信道的逆濾波器；由于傳輸信道的時(shí)變性，均衡器必需是參數(shù)可變的自適應(yīng)均衡器；均衡器的效果是補(bǔ)償信道的頻率選擇性，使衰落趨于平坦、相位趨于線性。均衡器不能抵銷平衰落。5.5.4頻域均衡器頻域均衡器一般在中頻上實(shí)現(xiàn)。舉例：中頻幅度傾斜均衡器幅度傾斜校正網(wǎng)絡(luò)f1f2檢波檢波差分放大器中頻輸入中頻輸出5.5.5時(shí)域均衡器一、線性均衡器橫向?yàn)V波器:適用于衰落深度不是很大的情況。均衡器對深衰落的頻譜及鄰近頻譜產(chǎn)生很大增益，從而增加噪聲。結(jié)構(gòu)簡單。格型均衡器:數(shù)值穩(wěn)定性好；收斂速度快。5.5.5時(shí)域均衡器（續(xù)1）二、非線性均衡器適用于深度衰落很大的情況。但算法相對復(fù)雜，且穩(wěn)定性差和收斂時(shí)間長。判決反饋均衡器（DFE）；最大似然符號檢測（ML）；最大似然序列檢測（MLSE）。5.5.6均衡器算法性能算法性能參數(shù)：收斂速度：算法進(jìn)入穩(wěn)定的迭代次數(shù)，即收斂時(shí)間；失調(diào)：濾波器均方差與最優(yōu)的最小均方差的差距；計(jì)算復(fù)雜度：完成迭代的運(yùn)算次數(shù)；數(shù)值特性：算法用數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于計(jì)算引起的誤差，影響算法穩(wěn)定性。5.5.7均衡器算法分類迫零算法；最小均方算法；遞歸最小二乘算法；其它算法。5.5.7均衡器算法分類（續(xù)1）一、迫零算法調(diào)整抽頭系數(shù)，使信道和均衡器綜合輸出響應(yīng)完全消除碼間串?dāng)_，即除中心點(diǎn)外，其它抽樣點(diǎn)的數(shù)值全部為0。特點(diǎn)：簡單，均衡效果較好。缺點(diǎn)：沒有考慮噪聲的影響，在深衰落的頻率點(diǎn)處，會出現(xiàn)很大的噪聲增益。因此，不太適用于在無線信道。

5.5.7均衡器算法分類（續(xù)2）二、最小均方算法調(diào)整抽頭系數(shù)，使信道和均衡器綜合輸出的期望值和實(shí)際值之間的均方誤差最小。特點(diǎn)：是一種最簡單的均衡算法。算法的穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：收斂速度不高，均衡能力有限。在無線中適用于較慢的、不太深的衰落。5.5.7均衡器算法分類（續(xù)3）三、遞歸最小二乘算法調(diào)整抽頭系數(shù)，使信道和均衡器綜合輸出的累計(jì)平方誤差最小。特點(diǎn)：收斂速度快，跟蹤性能好。缺點(diǎn)：算法較復(fù)雜，還要較好的考慮穩(wěn)定性問題。在無線中適用于快衰落信道。5.6聯(lián)合編碼技術(shù)

5.6.1聯(lián)合編碼概述什么叫聯(lián)合編碼？經(jīng)典的無線通信系統(tǒng)是將信源編碼和信道編碼分別進(jìn)行的。信源編碼主要考慮信源的統(tǒng)計(jì)特性，信道編碼主要考慮信道的統(tǒng)計(jì)特性。優(yōu)點(diǎn):設(shè)計(jì)簡單、通用性好，可以分別形成標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn):沒有充分利用各自的優(yōu)勢，因而不是最佳的。

5.6.1聯(lián)合編碼概述（續(xù)1）無線系統(tǒng)的信源編碼由于壓縮比很高，對差錯(cuò)十分敏感；而信道編碼面臨十分惡劣的傳播環(huán)境，但提供的帶寬冗余度很小。在這種背景下，需要將信源編碼和信道編碼綜合考慮。這就是聯(lián)合編碼的基本思路。在無線多媒體通信中，聯(lián)合編碼是抗衰落的一種十分有效的措施。5.6.2信源信道聯(lián)合編碼的系統(tǒng)模型5.6.3信源信道譯碼的聯(lián)合優(yōu)化