移動通信第四章 抗衰落技術(shù)

移動通信系統(tǒng)中采用的主要抗干擾措施

利用信道編碼進(jìn)行檢錯、糾錯，降低通信傳輸?shù)牟铄e率?？朔鄰剿ヂ?，廣泛采用分集接收技術(shù)、自適應(yīng)均衡技術(shù)和選用抗碼間干擾和多徑時散的調(diào)制技術(shù)。采用擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)，提高通信系統(tǒng)的綜合抗干擾能力。采用扇區(qū)天線、多波束天線、自適應(yīng)天線陣列等，減小同頻干擾。在cdma系統(tǒng)中，采用干擾抵消和多用戶檢測器等技術(shù)減小多址干擾第四章抗衰落技術(shù)衰落：由于傳輸引起的信號電平起伏波動。多徑衰落：由多徑效應(yīng)引起的衰落。

為了對抗多徑衰落：在cdma系統(tǒng)中：采用了RAKE接收技術(shù)（分集接收技術(shù)中的一種）；在GSM系統(tǒng)中：采用了自適應(yīng)均衡技術(shù)。目錄4.1分集接收4.2RAKE接收4.3糾錯編碼技術(shù)4.4均衡技術(shù)第四章抗衰落技術(shù)一.分集接收原理4.1分集接收

將接收到的信號分離成多個衰落特性獨(dú)立的信號（攜帶同一信息），然后將這些多路分離信號按一定規(guī)則合并起來，以降低信號電平起伏。分集接收技術(shù)包括兩個方面：1）分散傳輸：如何把接收到的信號分離成多個統(tǒng)計獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號；2）集中處理（合并）：怎樣將這些多路分離信號合并起來，使接收的有用信號能量最大，以降低衰落的影響。第四章抗衰落技術(shù)第四章抗衰落技術(shù)二.分集方式和方法移動通信中有兩類分集方式：1.宏分集主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中，也稱為“多基站”分集。其做法是把多個基站設(shè)置在不同的地理位置上（如蜂窩小區(qū)的對角上）和在不同方向上，同時和小區(qū)內(nèi)的一個移動臺進(jìn)行通信（可以選用其中信號最好的一個基站通信）。2.微分集a空間分集第四章抗衰落技術(shù)

空間分集的依據(jù)在于衰落的空間獨(dú)立性，即在任意兩個不同的位置上接收同一個信號，只要兩個位置的距離大到一定程度，則兩處所收信號的衰落是不相關(guān)的。第四章抗衰落技術(shù)b頻率分集

由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個信號所遭受的衰落可以認(rèn)為是不相關(guān)的，因此可以用兩個以上不同的頻率傳輸同一信息，以實(shí)現(xiàn)頻率分集。頻率分集需要用兩部以上的發(fā)射機(jī)（頻率相隔53kHz以上）同時發(fā)送同一信號，并用兩部以上的獨(dú)立接收機(jī)來接收信號。它不僅設(shè)備復(fù)雜，頻譜利用方面不經(jīng)濟(jì)。第四章抗衰落技術(shù)c時間分集

同一信號在不同的時間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送的時間間隔足夠大，那么各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的，接收機(jī)將重復(fù)收到的同一信號進(jìn)行合并，就能減小衰落的影響。第四章抗衰落技術(shù)d極化分集

由于兩個不同極化的電磁波具有獨(dú)立的衰落特性，因而發(fā)送端和接收端可以用兩個位置很近但為不同極化的天線分別發(fā)送和接收信號，以獲得分集效果。極化分集可以看成空間分集的一種特殊情況，它也要用兩副天線（二重分集情況），但僅僅利用了不同極化的電磁波所具有的不相關(guān)衰落特性，因而縮短了天線間的距離。

極化分集可以看成空間分集的一種情況。第四章抗衰落技術(shù)e場分量分集

在移動信道中，EZ、HX、HY的分量是互不相關(guān)，因此，通過接收三個場分量，也可以獲得分集的效果。第四章抗衰落技術(shù)f角度分集

使電波通過幾個不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端，而接收端利用多個方向性尖銳的接收天線能分離出不同方向來的信號分量，由于這些分量具有互相獨(dú)立的衰落特性，因而可以實(shí)現(xiàn)角度分集并獲得抗衰落的效果。第四章抗衰落技術(shù)三.合并方式第四章抗衰落技術(shù)1.選擇式合并2.最大比值合并第四章抗衰落技術(shù)第四章抗衰落技術(shù)3.等增益合并號加合并4.2RAKE接收

所謂RAKE接收機(jī)，就是利用多個并行相關(guān)器檢測多徑信號，按照一定的準(zhǔn)則合成一路信號供解調(diào)用的接收機(jī)。一般的分集技術(shù)是把多徑信號作為干擾來處理，而RAKE接收機(jī)采取變害為利的方法，即利用多徑現(xiàn)象來增強(qiáng)信號。第四章抗衰落技術(shù)RAKE：耙子（喻：橫向?yàn)V波器的抽頭類似于耙子的齒）第四章抗衰落技術(shù)例：高通公司的CDMA系統(tǒng)中第四章抗衰落技術(shù)

在實(shí)際系統(tǒng)中，由于每條多徑信號都經(jīng)受著不同的衰落，具有不同的振幅、相位和到達(dá)時間。由于相位的隨機(jī)性，其最佳非相干接收機(jī)相干接收機(jī)的給構(gòu)由匹配濾波器和包絡(luò)檢波器組成。

如果r(t)中包括多條路徑，圖中x(t)中的每一個峰值對應(yīng)一條多徑。第四章抗衰落技術(shù)

為了將這些多徑信號作有效合并，可將每一條多徑通過延遲的方法使它們在同一時刻達(dá)到最大，按照最大比的方式合并，就可得到最佳的輸出信號。4.3糾錯編碼技術(shù)

為了提高傳輸可靠性，在信息碼元中加入監(jiān)督碼元，讓信號具有檢（糾）錯的能力，這稱為差錯控制編碼，也稱為糾錯編碼。舉例：現(xiàn)在我們考察由2位二進(jìn)制數(shù)字構(gòu)成的碼組，它共有4種不同的可能組合，若將其全部用來表示天氣，則可以表示4種不同的天氣情況，如：

00=晴01=云10=陰11=雨其中任一碼組在傳輸中若發(fā)生一個或多個錯碼，則將變成另一信息碼組。這時，接收端將無法發(fā)現(xiàn)錯誤。

若增加一個比特用3位碼組來表示天氣，那么3位碼組就有8種組合，我們限制只用其中四種來表示天氣，其它碼組禁用，譬如：

000=晴011=云101=陰110=雨具有檢錯能力

如果糾錯編碼可以糾正t個錯碼，檢測e個錯碼（t<e），則：當(dāng)接收碼組在糾錯能力范圍之內(nèi)：

按糾錯方式工作當(dāng)接收碼組在糾錯能力范圍之外，檢錯能力范圍之內(nèi)：

按檢錯方式工作一.糾錯編碼

奇偶校驗(yàn)碼、CRC校驗(yàn):常用的檢錯碼。

卷積碼：主要可以糾隨機(jī)差錯，也具有一定的糾正突發(fā)差錯的能力。二.常用的糾錯編碼：Turbo碼：具有較強(qiáng)的糾錯能力，但譯碼復(fù)雜，時延大，適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

交織編碼：主要糾正突發(fā)差錯。

奇偶校驗(yàn)碼舉例：設(shè)信息序列長K=3，校驗(yàn)序列長L=4；輸入信息比特為{S1,S2,S3}，校驗(yàn)比特為{C1,C2,C3,C4}；校驗(yàn)的規(guī)則為：

C1=S1⊕S3,C2=S1⊕S2⊕S3,C3=S1⊕S2,C4=S2⊕S3。編碼器{S1,S2,S3}{S1,S2,S3,C1,C2,C3,C4}K個碼元k個碼元＋L個校驗(yàn)碼元＝N個碼元表4-3奇偶校驗(yàn)碼CRC碼K個碼元k個碼元＋L個校驗(yàn)碼元＝N個碼元CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))根據(jù)輸入信息比特序列(SK-1,SK-2,…,S1,S0)，通過CRC算法產(chǎn)生L位的校驗(yàn)比特序列(CL-1,CL-2,…,C1,C0)。

CRC算法如下：將輸入比特序列表示為下列多項式的系數(shù)：

S(D)=SK-1DK-1+SK-2DK-2+…+S1D+S0

設(shè)CRC校驗(yàn)比特的生成多項式(即用于產(chǎn)生CRC校驗(yàn)比特的多項式)為：則校驗(yàn)比特對應(yīng)下列多項式的系數(shù)：

生成多項式的選擇不是任意的，它必須使得生成的校驗(yàn)序列有很強(qiáng)的檢錯能力。常用的幾個L階CRC生成多項式為：CRC-16(L=16)：

g(D)=D16+D15+D2+1CRC-32(L=32)：

g(D)=D32+D26+D23+D22+D16+D12+D11+D10+D8+D7+D5+D4+D2+D+1……舉例：設(shè)輸入比特序列為(10110111)，采用CRC-16生成多項式，求其校驗(yàn)比特序列。編碼器(10110111){10110111C0C2C3…..C15}輸入比特序列可表示為：S(D)=D7+D5+D4+D2+D1(K=8)采用CRC-16生成式：

g(D)=D16+D15+D2+1(L=16)=D9+D8+D7+D5+D4+D=0·D15+0·D14+0·D13+0·D12+0·D11+0·D10+1·D9+1·D8+1·D7+0·D6+1·D5

+1·D4+0·D3+0·D2+1·D1+0輸出：101101110000001110110010

卷積碼k個碼元n個碼元m是約束長度舉例：圖為(2，1)卷積碼、約束長度m=2的編碼器和解碼器，設(shè)輸入信息元序列為100(1為先輸入)，求編碼以后的輸出。監(jiān)督碼元：pj=mj⊕mj-1編碼器{S1}{S2}{S3}{S1,P1}{S2,P2,}{S3,P3}輸入mj=1

，pj=1⊕0=1,所以輸出為11；輸入mj+1=0，pj+1=mj+1⊕mj=0⊕1=1，所以輸出為01；輸入mj+2=0，pj+2=mj+2⊕mj+1=0⊕0=0，所以輸出為00。輸入：100，輸出：110100。100

交織編碼

交織編碼不像分組碼那樣，它不增加監(jiān)督元，亦即交織編碼前后，碼速率不變，因此不影響有效性。在移動信道中，數(shù)字信號傳輸常出現(xiàn)成串的突發(fā)差錯，因此，數(shù)字化移動通信中經(jīng)常使用交織編碼技術(shù)。*4.3.4Turbo碼1993年，Berrou等人提出了一種新的編碼結(jié)構(gòu)，稱為“Turbo-codes”。在“1/2碼率下信噪比Eb/N0=0.7dB”時可以取得“誤比特率BER為10-5”的優(yōu)異特性，與香農(nóng)容量極限僅0.7dB的差別。這是令當(dāng)時信息論和編碼界激動人心的結(jié)果。

Turbo碼采用反復(fù)迭代的譯碼方式，所以得名Turbo（英文：渦輪，反復(fù)迭代）碼。由于Turbo碼的優(yōu)異性能，廣泛用于3G移動通信系統(tǒng)中。

由于分組碼和卷積碼的復(fù)雜度隨碼組長度或約束長度的增大按指數(shù)規(guī)律增長，所以為了提高糾錯能力，人們大多不是單純的增大一種碼長度，而是將兩種或多種簡單的編碼組合成為復(fù)合編碼。其中鏈接碼是復(fù)合編碼中的一種，包括一個內(nèi)碼和一個外碼。內(nèi)編碼器(n,k)調(diào)制器信道解制器內(nèi)解碼器(n,k)外解碼器(N,K)外編碼器(N,K)輸入輸出Turbo碼：是一種特殊的鏈接碼。它在兩個并聯(lián)或串聯(lián)的編碼器之間增加一個交織器，使之具有很大的碼組長度和在低信噪比條件下得到接近理想的性能。Turbo碼的編碼器可以有多種形式，如采用并行級聯(lián)卷積碼（PCCC）和串行級聯(lián)卷積碼(SCCC)等。圖4-19PCCC編碼器框圖圖4-21SCCC的編碼器結(jié)構(gòu)ukcPc1Pc2PcSc第四章抗衰落技術(shù)4.4均衡技術(shù)一.原理均衡技術(shù)是指各種用來處理碼間干擾的算法和實(shí)現(xiàn)方法。碼間串?dāng)_m(t)r(t)cp(t)t1t2t3

如果要消除碼間干擾，需要系統(tǒng)傳輸特性滿足無碼間串?dāng)_條件，即奈奎斯特第一準(zhǔn)則。第四章抗衰落技術(shù)二.無碼間串?dāng)_條件1.頻域：系統(tǒng)傳輸特性滿足：2.時域：滿足第四章抗衰落技術(shù)三.方法H(w)G(w)H’(w)符合