第3講無線信道問題及解決課件

2023/8/231信道特點(diǎn)信道建模路徑損耗對(duì)數(shù)正態(tài)衰落瑞利衰落衰落的特性時(shí)間相干性：快衰落和慢衰落頻率相干性：頻率選擇性和平坦衰落空間相干性：大尺度衰落和小尺度衰落、移動(dòng)衰落2023/8/21信道特點(diǎn)信道建模2023/8/232信源發(fā)射機(jī)路徑損耗大尺度／陰影衰落接收機(jī)信宿多個(gè)獨(dú)立徑＋（小尺度－移動(dòng)－慢）衰落AWGN信道模型2023/8/22信源發(fā)射機(jī)路徑損耗大尺度／接收機(jī)信宿多個(gè)獨(dú)2023/8/233≈1％～2％≈1％～2％接收功率基站移動(dòng)臺(tái)距離平均路徑損耗對(duì)數(shù)正態(tài)／大尺度衰落瑞利／小尺度衰落大尺度衰落容限6～10dB小尺度衰落容限20～30dB2023/8/23≈1％～2％≈1％～2％接收功率基站移動(dòng)臺(tái)2023/8/234信道模型移動(dòng)無線信道可以用“路徑損耗＋對(duì)數(shù)正態(tài)衰落＋多徑/瑞利衰落”來表征“路徑損耗”問題在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)解決，基帶部分僅解決“對(duì)數(shù)正態(tài)衰落、頻率選擇性和慢衰落”引起的問題移動(dòng)無線系統(tǒng)的基帶信道建模成權(quán)值為獨(dú)立的瑞利隨機(jī)變量的FIR濾波器最常用的信道仿真方法分為頻域和時(shí)域2023/8/24信道模型移動(dòng)無線信道可以用“路徑損耗＋對(duì)數(shù)2023/8/235鏈路預(yù)算路徑損耗噪聲系數(shù)／噪聲溫度鏈路余量2023/8/25鏈路預(yù)算路徑損耗2023/8/236信道物理機(jī)制：多普勒擴(kuò)展收發(fā)機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致信道的時(shí)變特性（多普勒擴(kuò)展）從頻域角度看，當(dāng)信道衰落率大于碼元速率時(shí)信道成為快衰落信道，否則成為慢衰落信道從時(shí)間角度看，信道相關(guān)時(shí)間大于碼元時(shí)間時(shí)信道為慢衰落，否則稱為快衰落）2023/8/26信道物理機(jī)制：多普勒擴(kuò)展收發(fā)機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)2023/8/237例子：兩個(gè)具有不同多普勒頻移的信號(hào)2023/8/27例子：兩個(gè)具有不同多普勒頻移的信號(hào)2023/8/2382023/8/282023/8/239信道物理機(jī)制：多徑（1）多徑傳播的時(shí)間擴(kuò)散導(dǎo)致頻率選擇性衰落在時(shí)域上引入（基帶）碼間干擾在頻域上造成峰和谷2023/8/29信道物理機(jī)制：多徑（1）多徑傳播的時(shí)間擴(kuò)散2023/8/2310信道物理機(jī)制：多徑（2）多徑傳播的空間方向上的擴(kuò)散引起空間選擇性該選擇性可用大尺度衰落和小尺度衰落共同描述當(dāng)收發(fā)機(jī)相對(duì)位移與載波波長(zhǎng)可比時(shí)，稱為小尺度波動(dòng)，用瑞利分布變量描述當(dāng)收發(fā)機(jī)相對(duì)位移大于多個(gè)載波波長(zhǎng)時(shí)，稱為大尺度波動(dòng)，用對(duì)數(shù)正態(tài)分布變量描述對(duì)于移動(dòng)無線信道，空間不相干性導(dǎo)致時(shí)間不相干性，即小尺度衰落造成移動(dòng)無線系統(tǒng)的時(shí)間選擇性2023/8/210信道物理機(jī)制：多徑（2）多徑傳播的空間方2023/8/2311例子：兩徑信道2023/8/211例子：兩徑信道2023/8/23122023/8/2122023/8/2313衰落信道描述2023/8/213衰落信道描述2023/8/2314基帶頻域Rayleigh衰落仿真2023/8/214基帶頻域Rayleigh衰落仿真2023/8/2315正弦波疊加的仿真模型2023/8/215正弦波疊加的仿真模型2023/8/2316信道引起的問題由于信道衰落造成信號(hào)失真，系統(tǒng)性能可能達(dá)到不可減少的誤比特率。此時(shí)，無論多大的Eb/No都無助于性能改善，唯一的方法是減少或消除失真一旦減少了信號(hào)失真，誤比特率性能就可以轉(zhuǎn)到瑞利界限曲線，從而可采用分集技術(shù)和糾錯(cuò)碼進(jìn)一步改善衰落的影響，使性能盡量達(dá)到AWGN系統(tǒng)2023/8/216信道引起的問題由于信道衰落造成信號(hào)失真，2023/8/23172023/8/2172023/8/2318信道問題的一般解決方法抗失真抗頻率選擇性失真均衡、RAKE+信道估計(jì)（擴(kuò)頻信號(hào)＋導(dǎo)頻信號(hào)）、OFDM快衰落非相干或差分相干方式的穩(wěn)健調(diào)制、糾錯(cuò)編碼降低對(duì)Eb/N0的要求、多相濾波＋均衡抗SNR損耗（單個(gè)可分辨徑／慢衰落、AWGN）交織和糾錯(cuò)編碼分集抗衰落利用加性獨(dú)立（不相關(guān)）的信號(hào)來提高信號(hào)信噪比實(shí)現(xiàn)代價(jià)較低2023/8/218信道問題的一般解決方法抗失真2023/8/2319CDMA系統(tǒng)中信道問題的解決為對(duì)抗頻率選擇性和慢衰落為對(duì)抗頻率選擇性和慢衰落，在信道估計(jì)基礎(chǔ)上，用RAKE接收機(jī)進(jìn)行分集接收為對(duì)抗慢衰落，用快速功控緩解信號(hào)功率問題采用交織、差錯(cuò)編碼、ARQ增加信號(hào)冗余度和（時(shí)間分集）2023/8/219CDMA系統(tǒng)中信道問題的解決為對(duì)抗頻率選2023/8/2320CDMA系統(tǒng)中信號(hào)／干擾特點(diǎn)上行鏈路的不同用戶信號(hào)的到達(dá)時(shí)間不同，靠擴(kuò)頻碼的部分相關(guān)隔離不同用戶的信號(hào)；下行鏈路的同基站用戶采用正交的OVSF碼隔離；不同基站用戶采用擾碼隔離（碼分多址CDMA）擴(kuò)頻信號(hào)在可分辨的時(shí)刻到達(dá)接收機(jī)，如WCDMA是78m、CDMA2000是244m，使RAKE接收機(jī)成為可能CDMA系統(tǒng)中的主要干擾為多址干擾多徑信號(hào)造成各碼道不正交（上下行都存在）鄰小區(qū)下行發(fā)射信號(hào)對(duì)當(dāng)前小區(qū)下行信號(hào)的干擾與前端熱噪聲相比，其他用戶信號(hào)很強(qiáng)用戶與基站距離不同導(dǎo)致的路徑衰耗不同，加上多址干擾的存在，共同引起遠(yuǎn)近效應(yīng)2023/8/220CDMA系統(tǒng)中信號(hào)／干擾特點(diǎn)上行鏈路的不2023/8/2321CDMA系統(tǒng)中解決信號(hào)問題的主要技術(shù)RAKE接收機(jī)Chip均衡器／干擾抵消器遠(yuǎn)近效應(yīng)（上行）、小區(qū)邊緣強(qiáng)干擾（下行）要求精確功控軟切換和更軟切換20%～40%的連接發(fā)生在小區(qū)的連接區(qū)、5%～15%的連接發(fā)生在扇區(qū)間對(duì)于下行來講，有效利用多基站發(fā)射信號(hào)（對(duì)鄰小區(qū)）遠(yuǎn)近效應(yīng)要求2023/8/221CDMA系統(tǒng)中解決信號(hào)問題的主要技術(shù)RA2023/8/2322CDMA系統(tǒng)中Rake接收技術(shù)（1）Bello在1963年針對(duì)衰落現(xiàn)象提出的寬平穩(wěn)不相關(guān)散射概念（WSSUS）2023/8/222CDMA系統(tǒng)中Rake接收技術(shù)（1）Be2023/8/2323CDMA系統(tǒng)中Rake接收技術(shù)（2）

利用寬帶信號(hào)的高分辨率分離多徑信號(hào)通過導(dǎo)頻信道估計(jì)信道系數(shù)將每個(gè)徑上的相關(guān)接收機(jī)輸出進(jìn)行相位/幅度（最大比）合并，并送給解碼器多徑引起的多址干擾，由擴(kuò)頻比抑制比均衡接收計(jì)算量?。?G左右）在切換區(qū)接收多個(gè)基站信號(hào)進(jìn)行分集合并相鄰基站采用相同載頻不同PN碼偏移區(qū)分不同基站信號(hào)可進(jìn)行不同基站的信道估計(jì)從而實(shí)現(xiàn)軟切換（不間斷通信）2023/8/223CDMA系統(tǒng)中Rake接收技術(shù)（2）利2023/8/2324CDMA系統(tǒng)中的軟切換和更軟切換技術(shù)特點(diǎn)移動(dòng)臺(tái)和基站同時(shí)通過多條空中接口信道通信二者異同點(diǎn)移動(dòng)臺(tái)側(cè)類似軟切換時(shí)上行信號(hào)在RNC進(jìn)行選擇性合并，且有兩個(gè)功控環(huán)路更軟切換時(shí)，上行信號(hào)送入基站的同一基帶RAKE接收機(jī)進(jìn)行合并，僅有一個(gè)功控環(huán)路2023/8/224CDMA系統(tǒng)中的軟切換和更軟切換技術(shù)特點(diǎn)2023/8/23252023/8/2252023/8/2326CDMA系統(tǒng)中的功率控制技術(shù)開環(huán)功率控制技術(shù)利用下行信號(hào)功率，預(yù)測(cè)路徑損耗，計(jì)算發(fā)送功率FDD方式時(shí)，上下行頻段不同，誤差大

閉環(huán)功率控制對(duì)上行信號(hào)的接收信干比進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，產(chǎn)生功率控制比特發(fā)到移動(dòng)臺(tái)控制其發(fā)射功率需要占用信道資源，存在反應(yīng)時(shí)間問題對(duì)不同類型的信道所需信干比不同（導(dǎo)致采用外環(huán)功控）

外環(huán)功率控制補(bǔ)償環(huán)境變化和速度變化引起的慢衰落根據(jù)實(shí)測(cè)誤幀率實(shí)時(shí)改變功控門限2023/8/226CDMA系統(tǒng)中的功率控制技術(shù)開環(huán)功率控制2023/8/2327CDMA的特點(diǎn)總結(jié)處理增益（以增加帶寬為代價(jià)）使小區(qū)間的頻率復(fù)用因子為1（一個(gè)頻率用于每個(gè)小區(qū)/扇區(qū)）多個(gè)用戶的多址干擾被平均，按干擾規(guī)劃比按尺度（時(shí)間、頻率）規(guī)劃有更大的容量PN序列的相關(guān)特點(diǎn)導(dǎo)致了遠(yuǎn)近效應(yīng)等副作用，從而需要精確功控和軟切換技術(shù)多徑分辨能力，可采用RAKE接收機(jī)，擴(kuò)頻/解擴(kuò)要求相干檢測(cè)2023/8/227CDMA的特點(diǎn)總結(jié)處理增益（以增加帶寬為2023/8/2328“寬帶”的三種含義射頻工程中，描述的是信息帶寬與載波頻率的相對(duì)大小：如果其比值與1相比小很多，稱為寬帶系統(tǒng)模擬調(diào)頻中，描述的是調(diào)制方式的一種屬性：如果調(diào)制帶寬大于調(diào)制信號(hào)的帶寬，稱為寬帶調(diào)頻數(shù)字無線通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)帶寬與信道傳遞函數(shù)相比，如果傳遞函數(shù)在系統(tǒng)帶寬范圍內(nèi)有明顯變化（頻率選擇性信道），稱該系統(tǒng)是寬帶系統(tǒng)CDMA系統(tǒng)包含了后兩種含義2023/