數(shù)字通信原理08-1

內(nèi)容和要求1、無線信號的傳輸方式直線傳輸反射折射散射一、無線信號傳輸?shù)奶攸c2、無線信道對通信產(chǎn)生的影響衰落碼間串?dāng)_時變信道共道干擾3、信道衰落分類大尺度衰落〔Large-ScaleFading〕小尺度衰落〔Small-ScaleFading〕一、無線信號傳輸?shù)奶攸c大尺度衰落〔Large-ScaleFading〕由于接收機(jī)位置在較大范圍之間變化，由于建筑物的陰影、路徑長度的變化而引起接收信號電的變化。一般陰影衰落呈現(xiàn)對數(shù)正態(tài)分布，其概率密度為： 其方差與環(huán)境具有很大關(guān)系，在市區(qū)環(huán)境下較大，在郊區(qū)環(huán)境下較小，其值一般取5-12dB，其均值一般與距離呈2-4次方的關(guān)系，在實際中一般可以通過實測獲得。一、無線信號傳輸?shù)奶攸c小尺度衰落〔Small-ScaleFading〕 由于在接收端的反射波、散射波成形的干預(yù)場，同時由于周圍環(huán)境或接收機(jī)位置的變化，使得接收天線不斷經(jīng)過干預(yù)場的波節(jié)與波腹，造成接收信號電平的快速變化。另外接收機(jī)的移動也造成接收信號相位的變化，對信號傳輸產(chǎn)生損傷。一、無線信號傳輸?shù)奶攸c4、接收信號電平的概率分布 一般認(rèn)為：接收信號的幅度服從瑞利〔沒有直射分量〕或萊斯分布〔具有直射分量〕瑞利分布：萊斯分布: 其中：K定義為直射信號功率與散射信號功率之比。一、無線信號傳輸?shù)奶攸c5、信道參數(shù)擴(kuò)展時延擴(kuò)展 有多條不同時延與幅度的信號同時到達(dá)接收機(jī)。其中兩條延時差最大量定義為延時擴(kuò)展〔有些場合也采用時延的均方根來定義〕。相干帶寬：其物理含意是由于延時擴(kuò)展而使得在寬的頻譜范圍內(nèi)信號的衰落呈現(xiàn)相關(guān)性。頻率平坦性衰落：頻率選擇性衰落：一、無線信號傳輸?shù)奶攸c多頻勒頻移擴(kuò)展 當(dāng)接收機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動時，那么信號的頻率分量產(chǎn)生的一定偏移，其偏移量為：一般定義信道的相干時間為：非時間選擇性衰落信道：時間選擇性衰落：一、無線信號傳輸?shù)奶攸c角度擴(kuò)展原因：接收端的角度擴(kuò)展是指到達(dá)接收機(jī)信號方向〔AOA〕的擴(kuò)展。影響：大的角度擴(kuò)展使到接收機(jī)的信號以隨機(jī)的方式進(jìn)行信號合成，從而造成信號幅度上的變化。改善方式：采用方向性較強(qiáng)的天線。相關(guān)距離：角度擴(kuò)展越大，那么相關(guān)距離越小一、無線信號傳輸?shù)奶攸c總結(jié)一、無線信號傳輸?shù)奶攸c6、衰落對通信性能的影響 個典的衰落模型：對于BPSK/QPSK信號經(jīng)瑞利衰落信道，其誤碼率不再與Eb/N0呈指數(shù)衰減關(guān)系，而是呈倒數(shù)衰減：從圖中可以看出，為到達(dá)10-5的信道誤碼率，在瑞利衰落環(huán)境下所需的信噪比較高斯白噪聲信道所需的信噪比高35dB，這將是一般通信終端所不能容忍的。一、無線信號傳輸?shù)奶攸c例：對于一個二狀態(tài)信道，如果信道處于狀態(tài)1時，那么信道增益為；如果信道處于狀態(tài)2時，那么信道增益為。處于這兩個信道狀態(tài)的概率分別與。為了保證發(fā)送功率的歸一化〔即在任何情況之下，接收接收端的平均功率是恒定的，只有在這一情況之下，對不同情況的比較才有意義〕，有： 在瑞利衰落環(huán)境下，接收信號電平低于x分布服從：一、無線信號傳輸?shù)奶攸c 可以令： 也即有：物理含意：也反映了在簡單二狀態(tài)衰落狀態(tài)下的衰落深度為，即在一狀態(tài)上接收的電平會比平均電平低的數(shù)值量。信道的平均誤碼率為：一、無線信號傳輸?shù)奶攸c性能曲線一、無線信號傳輸?shù)奶攸c結(jié)論無線衰落環(huán)境下，需要一種新的手段來戰(zhàn)勝〔克服〕多徑對通信性能的影響。多徑是通信的天敵?。。?衰落是通信中的有害因素，采用有效方法削除無線衰落對通信的影響?！材壳暗恼J(rèn)識〕一、無線信號傳輸?shù)奶攸c1、原始思想信道容限： 因而接收端決定了整個無線鏈路的質(zhì)量。無線信道通信質(zhì)量極差的原因：衰落其中主要的原因是接收信號的電平的降低，從而造成實際傳輸信號容量超出當(dāng)時信道的允許容量。因而分集的主要任務(wù)是：

采用多個獨立的分支信號來保證總接收信號的信噪比在規(guī)定門限以上。1、空間分集定義：空間分集也稱為天線分集，空間分集在發(fā)射端采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多副天線接收。條件：為了保證各個天線接收信號的相互獨立性，需要使各個天線之間的間隔距離等于或大于半波長。特點：需采用多個接收天線，系統(tǒng)本錢較高。舉例：二重空間分集的短波FSK通信，較不分集時好12dB；移動通信蜂窩基站采用兩副接收天線改善性能。2、頻率分集定義：用兩個以上不同的頻率傳輸同一信息，實現(xiàn)頻率分集。條件：頻率間隔大于相關(guān)帶寬。舉例：GSM系統(tǒng)中利用跳頻來到達(dá)頻率分集；特點：可以減少接收天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù)量。占用更多的頻帶資源。3、時間分集定義：時間分集就是將要傳輸?shù)男畔⒎謩e在不同的時隙發(fā)射出去。條件：要求重發(fā)信號的時隙間隔要大于信道相干時間，以保證重發(fā)信號在時域上的獨立性。舉例：如短波和移動通信系統(tǒng)中，用交織來改變原來的碼元順序供發(fā)端發(fā)射，以到達(dá)時間分集。特點：減少了接收天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目；占用時隙資源，增大了開銷，降低了傳輸效率。4、極化分集定義：利用在同一地點極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號，呈現(xiàn)出互不相關(guān)的衰落。在接收端裝上垂直極化和水平極化兩副接收天線進(jìn)行接收。條件：傳輸介質(zhì)對電磁波信號不產(chǎn)生嚴(yán)重的去極化性效應(yīng)。特點：由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，因此有3dB的信號功率損失。2、選擇性合并方法：在多支路接收信號中,選取信噪比最高的支路信號作為輸出信號。性能：合并處理增益3、最大比合并方法：在接收端由N個統(tǒng)計不相關(guān)的分集支路經(jīng)過相位校正，按適當(dāng)?shù)目勺冊鲆婕訖?quán)再相加后送入檢測器進(jìn)行相干檢測。加權(quán)依據(jù)：權(quán)重依各支路信噪比來分配，信噪比大的支路權(quán)重大，信噪比小的支路權(quán)重小。性能： 處理增益：Gm=L4、等增益合并方法：在最大比值合并方案中，取ai=1〔i=1，2，…，L。〕即為等增益合并。性能：等增益合并性能僅次于最大比值合并，當(dāng)L較大時，其性能比最大比值合并相關(guān)不多，約1dB左右。5、幾種合并方法的性能比較結(jié)論：最大比值合并和等增益合并使平均信噪