先秦諸子選讀課件2-【人教課標(biāo)版】

無線通信技術(shù)XXXX_512024/4/1無線通信技術(shù)XXX51無線通信技術(shù)XXXX_512024/4/1無線通信技術(shù)XXX1分集技術(shù)概述時間分集頻率分集空間分集—接收分集及發(fā)送分集多用戶分集通信與信息工程學(xué)院抗衰落技術(shù)---分集技術(shù)無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)概述通信與信息工程學(xué)院抗衰落技術(shù)---分集技術(shù)無線通2分集技術(shù)4.2.1分集技術(shù)概述分集的目的：

衰落根據(jù)其頻率特性劃分非頻率選擇性衰落平衰落頻率選擇性衰落

在無線通信的信道傳輸過程中，由于大氣及地面的影響而發(fā)生傳播損耗及傳播延時隨時間變化的現(xiàn)象叫做衰落。衰落根據(jù)其時間特性劃分快衰落慢衰落對抗衰落的有效技術(shù)之一就是對獨立的衰落信號進行分集合并無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)4.2.1分集技術(shù)概述衰落根據(jù)其頻率非頻率選擇性衰3分集的概念分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院分集就是在獨立的衰落路徑上發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，由于獨立路徑在同一時刻經(jīng)歷深衰落的概率很小，因此經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮喜⒑螅邮招盘柕乃ヂ涑潭染蜁粶p小，提高了接收信號的可靠性。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)計獨立性進行合并，從而實現(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、不同的時間。其次要以某種方法進行合并。分集的種類無線通信技術(shù)XXX51分集的概念分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院分集就是在獨立的衰落路徑4分集技術(shù)分集的種類通信與信息工程學(xué)院分集的思想：在無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)獨立的衰落信道頻率分集空間分集時間分集分集來自不同空間的多徑信號來自不同時間的多徑信號來自不同頻帶的多徑信號無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)分集的種類通信與信息工程學(xué)院分集的思想：在無線通信系5分集技術(shù)4.2.2時間分集基本思想：不同時間發(fā)送相同信息，時間間隔必須大于信道相干時間對信息進行編碼并將編碼后的碼元分散到不同的時間段，時間間隔大于相干時間，從而使得碼字的不同部分經(jīng)歷相互獨立的衰落。通過編碼和交織可以實現(xiàn)時間分集。無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)4.2.2時間分集基本思想：不同時間發(fā)送相同信息，6分集技術(shù)時間分集

通信與信息工程學(xué)院重復(fù)編碼實現(xiàn)示意圖1234123412341234時間間隔遠遠大于相干時間在不同的時段中發(fā)射相同的信息無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)時間分集通信與信息工程學(xué)院重復(fù)編碼實現(xiàn)12341237分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院時間分集

交織實現(xiàn)示意圖123456789101112131415161591326101437111548121以列寫入、以行讀出15913261014371115481216交織之所以被稱為隱分集是因為其并沒有采發(fā)送重復(fù)信息的方式，但是它仍然利用了時間分集中將碼字放入不同的獨立衰落的時間段的發(fā)送方式，深度衰落會導(dǎo)致連續(xù)碼元整個碼字消失，在交織碼元中，僅會導(dǎo)致各碼字中的一個編碼碼元消失，仍然可以從其他三個未衰落碼元中恢復(fù)出各碼字無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院時間分集交織實現(xiàn)1234567898分集技術(shù)

通信與信息工程學(xué)院時間分集重復(fù)編碼可以獲得分集增益，但由于只是相同碼元在L個碼元時間的簡單重復(fù)，所以并沒有有效地利用信道的可用自由度，采用更為復(fù)雜的編碼可以獲得分集增益和編碼增益時間分集缺陷：雖然不需要增加發(fā)送功率，但是降低了發(fā)送速率無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院時間分集重復(fù)編碼可以獲得分集增益，9分集技術(shù)4.2.3頻率分集通信與信息工程學(xué)院基本思想：在不同的頻帶發(fā)送相同的窄帶信號，載波的間隔是信道的相干帶寬頻率分集缺陷：因為要在多個頻帶上發(fā)射信號，所以需要增加發(fā)射功率無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)4.2.3頻率分集通信與信息工程學(xué)院基本思想：在不10分集技術(shù)頻率分集利用頻率分集的同時處理碼間干擾的方法采用均衡的單載波系統(tǒng)直接序列頻譜擴頻多載波系統(tǒng)具有ISI均衡的單載波：在接收端通過線性和非線性處理，可以在某種程度上減輕碼間干擾。利用維比特法可以實現(xiàn)發(fā)射碼元的最優(yōu)ML檢測。然而，維比特算法的復(fù)雜度隨著抽頭的數(shù)量指數(shù)增加，并且通常僅用于有效抽頭數(shù)量較小的情況。直接序列頻譜擴展：采用此方法時，信息碼元被偽噪聲序列調(diào)制后通過遠遠大于數(shù)據(jù)速率的帶寬W發(fā)射出去，因為碼元速率低，所以碼間干擾小大大簡化了發(fā)射機結(jié)構(gòu)。多載波系統(tǒng)：通過發(fā)射預(yù)編碼將ISI信道轉(zhuǎn)換為一組無干擾、正交子載波，其中各子載波經(jīng)歷窄帶平坦衰落。對不同子載波的碼元進行編碼就可以實現(xiàn)分集，這種方法也稱為離散多音（DMT）或正交頻分多路復(fù)用（OFDM）無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)頻率分集利用頻率分集的同時采用均衡的直接序列頻譜擴頻11分集技術(shù)4.2.4空間分集使用多個發(fā)送天線或接收天線，即天線陣列，其陣元之間有一定的距離。這種分集方式叫做空間分集。如果天線安裝的間隔足夠大（對于均勻散射環(huán)境及全向的發(fā)送和接收天線，達到衰落獨立需要的最小間距近似為波長的一半），那么不同天線接收到的信號幅度和相位的衰減是不相關(guān)的，即不同天線對之間的衰落路徑是獨立的。無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)4.2.4空間分集使用多個發(fā)送天線或接收天線，即天12分集技術(shù)空間分集空間分集接收分集—單輸入多輸出（SIMO）信道，實現(xiàn)獨立的衰落路徑不需要增加發(fā)送功率或帶寬，通過分集信號進行相干合并還能提高接收信噪比，獲得陣列增益。陣列增益是指采用天線分集后相對于單天線的信噪比增益分集增益定義為分集合并后誤碼率斜率的變化發(fā)送分集—多輸入單輸出（MISO）信道，發(fā)送分集的設(shè)計與發(fā)送端是否知道復(fù)信道增益信息有關(guān)，發(fā)送分集同樣也能獲得陣列增益。benefit無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集空間分集接收分集—單輸入多輸出陣列增益是指13空間分集—發(fā)送分集分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院發(fā)送分集：多根發(fā)送天線，總發(fā)送功率是各天線上發(fā)送功率的和。發(fā)送分集適合于發(fā)送端在空間、供電能力及處理能力方面比接收端更富裕的系統(tǒng)，比如蜂窩系統(tǒng)。發(fā)送分集發(fā)送端已知信道信息，與接收分集類似發(fā)送端未知信道信息-Alamouti方案在蜂窩系統(tǒng)的下行鏈路常見，因為在基站安裝多副天線通常要比在手機安裝多副天線便宜發(fā)送分集最簡單的兩根發(fā)送天線模型無線通信技術(shù)XXX51空間分集—發(fā)送分集分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院14分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集1.發(fā)送端已知信道信息考慮有M根發(fā)送天線和一根接收天線的發(fā)送分集系統(tǒng).假設(shè)發(fā)送端已知第i根天線上的路徑增益,稱此為發(fā)送端已知信道邊信息(channelsideinformation,CSI),記為CSIT.記發(fā)送信號為s(t),總發(fā)送的符號能量為Es.信號乘以復(fù)增益后在第i根天線上發(fā)送.這個復(fù)數(shù)乘法同時實現(xiàn)同相和信道增益加權(quán)的功能.由于總發(fā)送能量是Es,加權(quán)值必須滿足無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集1.發(fā)送端已知信道信息無線通信技術(shù)15分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集通信與信息工程學(xué)院無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集通信與信息工程學(xué)院無線通信技術(shù)XX16分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集

通信與信息工程學(xué)院各天線發(fā)送的加權(quán)信號在空中相加,形成如下的接收信號通過設(shè)定合適的支路加權(quán)值使接收信噪比最大.按照接收MRC分集中類似的方法可得知,使信噪比最大化的加權(quán)值ai為:相應(yīng)的信噪比為:無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集通信與信息工程學(xué)院各天線發(fā)送的加權(quán)17分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院空間分集—發(fā)送分集

由此可見,當(dāng)發(fā)送端已知信道信息時,發(fā)送分集和接收MRC分集完全類似,其接收信噪比也是各支路信噪比的和.當(dāng)各天線的路徑增益相同為ri=r時,采用M根發(fā)送天線時的信噪比是單天線時的M倍,即陣列增益為M.無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院空間分集—發(fā)送分集由此可見,當(dāng)發(fā)送18分集技術(shù)

通信與信息工程學(xué)院空間分集—發(fā)送分集高信噪比下,MRC發(fā)送分集的分集階數(shù)是M,所以發(fā)送和接收的MRC分集都達到了滿分集階數(shù).發(fā)送分集的主要困難是要讓發(fā)送端獲得信道的相位和幅度信息.一種方法是,接收端利用導(dǎo)頻測量信道,再將測量結(jié)果反饋給發(fā)送端.無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)通信與信息工程學(xué)院空間分集—發(fā)送分集高信噪比下,M19分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集通信與信息工程學(xué)院2.發(fā)送端未知信道信息—Alamouti方案考慮兩根發(fā)送天線情況,假設(shè)每根天線的信道增益是均值為0,方差為1的復(fù)高斯隨機變量,發(fā)送信號s(t)的符號能量為Es.如果簡單平分功率后用兩個天線發(fā)射,那么天線i上的發(fā)送信號為,接收信號為:

無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集通信與信息工程學(xué)院2.發(fā)送端未知信20分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集兩個復(fù)高斯隨機變量的和h1和h2本身也是復(fù)高斯的,和的均值為0,方差為2,所以仍然是均值為0,方差為1的復(fù)高斯隨機變量,這和單根發(fā)送天線是一樣的.可見該方法既不能使兩個天線同相,也不能對兩個天線加權(quán)分配能量,沒有任何性能優(yōu)點.無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集兩個復(fù)高斯隨機變量的和h1和h2本21分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集

Alamouti方案:該方案是針對有兩根發(fā)送天線的數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計的.它占用兩個符號周期并且假設(shè)在這段時間內(nèi)信道增益不變.在第一個符號周期,兩個不同的符號s1和s2分別用天線1和天線2同時發(fā)送,每個符號的能量為Es/2;在下一個符號周期,天線1發(fā)送,天線2發(fā)送,每個的符號能量同樣也為Es/2.

無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集Alamouti方案:無線通信技22分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集無線通信技術(shù)XXX5123分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集

這兩個先后接收到的符號形成矢量,可寫為

式中

HA滿足:定義一個新變量:則:是復(fù)高斯噪聲矢量,均值為0,協(xié)方差矩陣為:無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集這兩個先后接收到的符號24分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集

z表達式中的對角陣特性使我們可以分離出兩個符號的傳輸,z的每個元素對應(yīng)一個符號的發(fā)送:對應(yīng)zi的接收信噪比為:(II)式中’2’源于發(fā)送信號si的能量是總能量Es的一半.接收信噪比等于各支路信噪比的和除以2.由(I)式可知,分集階數(shù)可達到2,(II)式說明陣列增益只能達到1.而MRC的陣列增益和分集階數(shù)均為2.無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集z表達式中的對角陣特性使我25分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集

MIMO仿真無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—發(fā)送分集MIMO仿真無線通信技術(shù)XXX5126分集技術(shù)空間分集—接收分集

接收分集：1副發(fā)射天線和L副接收天線，接收分集將多個接收天線上的獨立衰落信號合并為一路，再送給解調(diào)器。不同的合并方式接收分集最簡單的兩根接收天線模型合并無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—接收分集接收分集：1副發(fā)射27分集技術(shù)空間分集—接收分集

接收分集的主要目的是對獨立的衰落路徑進行相干合并來減輕衰落的影響，合并后的輸出是不同衰落支路的加權(quán)和。合并方式門限合并最大比合并等增益合并選擇合并無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—接收分集接收分集的主要目的是對獨立的衰落路28分集技術(shù)空間分集—接收分集選擇合并

輸出信噪比最高的那個支路上的信號。

若各支路的噪聲功率都相等，即，則等價于選擇最大的支路。特點：選擇合并只需要一個接收機，隨時切換到被選的天線支路上；選擇合并輸出的信噪比等于各支路信噪比的最大值；不需要各支路同相，可以采用相干調(diào)制或差分調(diào)制。

無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—接收分集選擇合并無線通信技術(shù)XXX529分集技術(shù)空間分集—接收分集瑞利衰落下選擇合并的中斷率無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—接收分集瑞利衰落下選擇合并的中斷率無線通信30分集技術(shù)空間分集—接收分集例：設(shè)信道為瑞利衰落，調(diào)制方式為BPSK調(diào)制，可接受的誤碼率為。求（無分集）、及時選擇分集的中斷率。假設(shè)各支路的平均信噪比相同，為。

解：BPSK調(diào)制信號在時達到，因此將和代入得：時，時，時，無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—接收分集例：設(shè)信道為瑞利衰落，調(diào)制方式為B31分集技術(shù)空間分集—接收分集門限合并是一種比選擇合并更簡單的合并方法。

它用同一個接收機順序監(jiān)測每個支路，輸出第一個信噪比高于門限值的信號，從而避免了在每個支路上都安裝一個接收機。門限合并和選擇合并一樣，每個時刻只有一路信號輸出，不需要各路同相，因此相干調(diào)制和差分調(diào)制都可以采用門限合并。

無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—接收分集門限合并是一種比選擇合并更簡單的合32分集技術(shù)空間分集—接收分集門限合并的原理

一旦選定支路后，只要該支路的信噪比一直高于門限值，合并器就始終輸出這個支路上的信號。當(dāng)這個支路上的信噪比低于門限值時，就切換到其他支路。決定切換到哪一個其他支路上有一些不同的方法，最簡單就是隨機切換。只有兩個支路時，就是直接切換到另一個支路上。這種方法叫做切停合并（SSC），SSC并不是選擇信噪比最高的支路，所以性能介于無分集和理想選擇合并之間。無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—接收分集門限合并的原理無線通信技術(shù)XXX533分集技術(shù)空間分集—接收分集SSC中的信噪比無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)空間分集—接收分集SSC中的信噪比無線通信技術(shù)XXX34分集技術(shù)4.2.5多用戶分集—機會通信單用戶分集基本思想：通過不同的路徑發(fā)送載有相同信息的信號，在接收端就可以得到數(shù)據(jù)碼元的多個相互獨立的副本，從中選擇信號最強的或者采用加權(quán)和方式得到發(fā)送信息，從而實現(xiàn)更為可靠的檢測，改善系統(tǒng)的性能。

用于點對點通信

多用戶分集基本思想：

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在大量衰落相互獨立的用戶時，在任意時刻都將有很高的概率存在一個用戶擁有強信號信道。如果僅允許該用戶發(fā)射信號，那么會以最高效的方式利用信道資源，從而使總的系統(tǒng)吞吐量最大化，用戶數(shù)量越多，信號較強的信道更容易成為信號最強的信道，于是多用戶分集增益也就越大。

無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)4.2.5多用戶分集—機會通信單用戶分集基本思想：多35分集技術(shù)單用戶分集目的：

傳統(tǒng)的分集技術(shù)的主要目的是改善慢衰落信道中通信的可靠性；是為了抵消衰落的負面影響，適用于點對點鏈路，多用戶分集目的：

多用戶分集的作用則是增加快衰落信道中的總的吞吐量，利用信道衰落來改善系統(tǒng)性能；多用戶增益的好處是系統(tǒng)級的，惠及網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶。機會通信就是利用多用戶分集增益，人為地制造出隨機波動范圍大的信道，來提高系統(tǒng)總的吞吐量。

多用戶分集—機會通信無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)單用戶分集目的：多用戶分集目的：多用戶分集—機會36分集技術(shù)在一個多用戶系統(tǒng)中，若各用戶的信道衰落互相獨立，則任何時刻都會有一部分用戶的信道條件好于其他用戶，只向信道條件最好的那些用戶發(fā)送，就是把系統(tǒng)資源分配給了最有效率的用戶，從而提高了系統(tǒng)的容量和性能。多用戶分集—機會通信無線通信技術(shù)XXX51分集技術(shù)在一個多用戶系統(tǒng)中，若各用戶的信道衰落互相獨立，則任37分集技術(shù)最大化信道吞吐量的方法下行鏈路-把系統(tǒng)的全部帶寬分配給信道條件最好的用戶上行鏈路各用戶衰落分布和平均功率相同把系統(tǒng)的全部帶寬分配給信道條件最好的用戶選擇加權(quán)信道增益最大的用戶，加權(quán)值取決于信道增益、衰落分布、平均功率約束條件各用戶衰落分布和平均功率不同根據(jù)信道條件調(diào)度用戶發(fā)送的方法為機會調(diào)度多用戶分集—機會通信無線通信技術(shù)X