抗衰落和鏈路性能增強(qiáng)技術(shù)

抗衰落和鏈路性能增強(qiáng)技術(shù)1第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第3章的問題：1、信源編碼的原理是什么？GSM系統(tǒng)的信源編碼器是什么？編碼后的信息速率是多少？2、信道編碼的原理是什么？3、移動通信的信號處理流程？4、信道編碼的分類？分別處理什么情況？5、GSM移動通信系統(tǒng)采用什么信道編碼方式？2第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月信道編碼信源編碼TDMA幀形成調(diào)制功率放大信道解碼信源解碼TDMA幀分離解調(diào)接收圖3-1移動通信信號處理流程模擬

信號a)語音發(fā)送b)語音接收語音編碼13kb/s移動臺甲基站混合編碼器糾錯編碼

交織技術(shù)GMSK

QPSK檢錯

糾錯

3第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月回憶第2章的內(nèi)容：1、移動通信傳播的基本特性？2、引起的衰落類型有哪幾種？其中哪兩種影響最顯著？4第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月本章提示

衰落是移動通信信道的基本特征。多徑傳播使接收信號不僅包含數(shù)量約為10Hz～100Hz的多普勒頻移和幾十分貝的深度衰落，而且有數(shù)微秒的時延差。這些影響會造成傳輸性能的下降和嚴(yán)重的碼間干擾（ISI），使數(shù)字信號誤碼率增加。5第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月本章提示

陰影效應(yīng)和氣象條件的變化會造成信號幅度的降低和相位變化。這都是移動信道獨有的特性，它將影響移動通信系統(tǒng)的接收性能。6第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月本章提示為了提高移動通信系統(tǒng)的性能，采用分集、信道均衡和信道編碼三種技術(shù)來改善接收信號質(zhì)量。這三種技術(shù)的共同特點，都是如何適應(yīng)信道的衰落，時延擴(kuò)展和信道的時間特性。而交織技術(shù)則是改變信道特性以解決由于突發(fā)干擾而造成成串誤碼的問題。7第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月本章提示數(shù)據(jù)速率越高，分集，均衡，信道編碼和交織技術(shù)越顯得重要。這些技術(shù)已成為數(shù)字信號無線傳輸系統(tǒng)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在移動通信系統(tǒng)中，這些抗衰落技術(shù)在大多數(shù)情況下都是同時采用的。8第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月要掌握的概念分集接收合并技術(shù)9第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第4章抗衰落技術(shù)4.1內(nèi)容概述4.2分集技術(shù)

4.2.1宏觀分集

4.2.2微觀分集的類型

4.2.3分集的合并方式

4.2.4性能比較

4.2.5分集對數(shù)字移動通信誤碼的影響10第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1內(nèi)容概述分集接收技術(shù)信道編碼技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)均衡技術(shù)11第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1、分集接收基本思想

把接收到的多個衰落獨立的信號加以處理，合理地利用這些信號的能量來改善接收信號的質(zhì)量。作用

充分利用接收信號的能量減小在平坦性衰落信道上接收信號的衰落深度和衰落的持續(xù)時間12第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2、信道編碼基本思想

通過引入可控制的冗余比特，使信息序列的各碼元和添加的冗余碼元之間存在相關(guān)性。在接收端信道譯碼器根據(jù)這種相關(guān)性對接收到的序列進(jìn)行檢查，從中發(fā)現(xiàn)錯誤或進(jìn)行糾錯。作用

盡量減小信道噪聲或干擾的影響，是用來改善通信鏈路性能的技術(shù)。13第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、信道均衡當(dāng)傳輸?shù)男盘枎挻笥跓o線信道的相關(guān)帶寬時，信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落，接收信號就會產(chǎn)生失真，它在時域表現(xiàn)為接收信號的碼間干擾。所謂信道均衡就是在接收端設(shè)計一個稱之為均衡器的網(wǎng)絡(luò)，以補(bǔ)償信道引起的失真。均衡器的參數(shù)必須能跟蹤信道特性的變化而自行調(diào)整。14第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)頻技術(shù)（CDMA）思想通過擴(kuò)展基帶數(shù)字信號的頻譜作用抗窄帶干擾，減少衰落的影響15第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2分集技術(shù)分集技術(shù)（DiversityTechniques）就是研究如何利用多徑信號來改善系統(tǒng)的性能。分集：在多個獨立的衰落路徑上傳送相同的數(shù)據(jù)信號合并：接收端按照某種原則和規(guī)律進(jìn)行信號的合并。大大降低多徑衰落的影響，從而改善傳輸?shù)目煽啃?。多條路徑同時深衰落的幾率較小16第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2分集技術(shù)分集接收是抗衰落的有效措施之一

分集技術(shù)可以分為宏觀分集和微觀分集

宏觀分集——陰影衰落微觀分集——微觀衰落17第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1宏觀分集18第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1宏觀分集設(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<mB,則確定用基站B與移動臺通信。如圖中，移動臺在B路段運(yùn)動時，可以和基站B通信；而在A路段則和基站A通信?；緮?shù)視需要而定19第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2微觀分集目的：獲得多個衰落獨立的信號信號衰落所呈現(xiàn)的獨立性是多方面的，如時間、頻率、空間、角度、以及攜帶信息的電磁波極化方向等等。常見的有：時間分集：移動的時間足夠長（或移動的距離足夠大），大于信道的相干時間。頻率分集：兩個載波的間隔大于信道的相干帶寬?？臻g分集：相隔足夠大的距離。實際測量表明，通常在市區(qū)，取d=0.5λ,在郊區(qū)可以取d=0.8λ。來源于同一信息20第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3分集的合并方式接收端收到M（M≥2）個分集信號后，如何利用這些信號以減小衰落的影響，這就是合并問題。在接收端取得M條相互獨立的支路信號以后，可以通過合并技術(shù)得到分集增益。目的改善接收到的信號的信噪比21第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3分集的合并方式根據(jù)在接收端使用合并技術(shù)的位置不同，可以分為檢測前（Predetection）合并技術(shù)和檢測后（Postdetection）合并技術(shù)，如圖4-3所示。這兩種技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用22第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3分集的合并方式圖4-3空間分集的合并23第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

M重分集對這些信號的處理概括為M條支路信號的線性疊加：其中fk(t)為第k支路的信號；αk(t)為第k支路信號的加權(quán)因子。4.2.3分集的合并方式——原理24第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3分集的合并方式信噪比的改善和加權(quán)因子有關(guān)，對加權(quán)因子的選擇方式不同,形成3種基本的合并方式:通常有3類：選擇式合并（SelectiveCombining）、最大比合并（MaximumRatioCombing）和等增益合并（EqualGainCombining）。25第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3分集的合并方式在下面的討論中假設(shè)：①每支路的噪聲與信號無關(guān)，為零均值、功率恒定的加性噪聲。②信號幅度的變化是由于信號的衰落，其衰落的速率比信號的最低調(diào)制頻率低許多。③各支路信號相互獨立，服從瑞利分布，具有相同的平均功率。26第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1.選擇式合并在所接收的多路信號中，合并器選擇信噪比最高的一路輸出，這相當(dāng)于在M個系數(shù)αk(t)中，只有一個等于1，其余的為0。

27第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1．選擇式合并圖4-4選擇式合并的原理多徑衰落分集接收信噪比最高的一路28第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2．最大比合并M個分集支路經(jīng)過載波相位調(diào)整后，按適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)同相相加（檢測前合并），再送入檢測器，如圖4-6所示。29第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2．最大比合并圖4-6最大比合并的原理M條支路共同參與適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)30第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2．最大比合并合并后信號的包絡(luò)為

=

（4-3）式中，ri為第i條支路的信號振幅；ai為第i條支路的增益系數(shù)。31第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.等增益合并合并器輸出的信號的包絡(luò)等于增益系數(shù)都為132第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.4性能比較

為了比較不同合并方式的性能，可以比較它們的輸出平均信噪比與沒有分集時的平均信噪比。這個比值稱作合并方式的改善因子，用D表示。選擇合并

最大比值合并

等增益合并

通常用dB表示:D(dB)=10lg(D)),圖4.15給出了各種D(dB)－M的關(guān)系曲線。33第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.4性能比較從圖中可以看出在三種合并方式中，最大比值合并改善最多，其次是等增益合并，最差是選擇合并，這是因為選擇合并只利用其中一個信號，其余沒有被利用，而前兩者把各支路信號的能量都得到利用。34第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.5分集對數(shù)字移動通信誤碼的影響把Pe看作是衰落信道中給定信噪比的條件概率。

則平均錯誤概率式中PM（ξ）即為M重分集的信噪比概率密度函數(shù)。下面以二重分集為例說明分集對二進(jìn)制數(shù)字傳輸誤碼的影響。并以差分相干解調(diào)DPSK為例進(jìn)行說明。DPSK的誤碼率為

35第35頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.5分集對數(shù)字移動通信誤碼的影響1.