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1、本讲内容本讲内容u移动通信系统所处的信道环境u信道引起的问题及其解决方法-CDMA系统 信道问题的解决DateDate1 1信道特点信道特点u信道建模u路径损耗u对数正态衰落u瑞利衰落u衰落的特性u时间相干性：快衰落和慢衰落u频率相干性：频率选择性和平坦衰落u空间相干性：u大尺度衰落和小尺度衰落、移动衰落DateDate2 2信源发射机路径损耗大尺度 阴影衰落接收机信宿多个独立径 （小尺度移动慢）衰落AWGN信道模型DateDate3 31212接收功率基站移动台 距离平均路径损耗 对数正态大尺度衰落瑞利小尺 度衰落大尺度衰落容限 610dB小尺度衰落容限 2030dBDateDate4 4信
2、道模型信道模型u移动无线信道可以用“路径损耗对数正态衰落 多径/瑞利衰落”来表征u“路径损耗”问题在网络规划时解决，基带部分仅 解决“对数正态衰落、频率选择性和慢衰落”引起 的问题u移动无线系统的基带信道建模成权值为独立的瑞利 随机变量的FIR滤波器u最常用的信道仿真方法分为频域和时域DateDate5 5链路预算l路径损耗l噪声系数噪声温度l链路余量DateDate6 6信道物理机制：多普勒扩展信道物理机制：多普勒扩展u收发机的相对运动导致信道的时变特性（多 普勒扩展）u从频域角度看，当信道衰落率大于码元 速率时信道成为快衰落信道，否则成为慢 衰落信道u从时间角度看，信道相关时间大于码元 时
3、间时信道为慢衰落，否则称为快衰落）DateDate7 7例子：两个具有不同多普勒频移的信号DateDate8 8DateDate9 9信道物理机制：多径（信道物理机制：多径（1 1）u多径传播的时间扩散导致频率选择 性衰落u在时域上引入（基带）码间干扰u在频域上造成峰和谷DateDate1010信道物理机制：多径（信道物理机制：多径（2 2）u多径传播的空间方向上的扩散引起空间选择性u该选择性可用大尺度衰落和小尺度衰落共同描 述u当收发机相对位移与载波波长可比时，称为小 尺度波动，用瑞利分布变量描述u当收发机相对位移大于多个载波波长时，称为 大尺度波动，用对数正态分布变量描述u对于移动无线信道
4、，空间不相干性导致时间不相干 性，即小尺度衰落造成移动无线系统的时间选择性DateDate1111例子：两径信道DateDate1212DateDate1313衰落信道描述DateDate1414基带频域Rayleigh衰落仿真DateDate1515正弦波叠加的仿真模型DateDate1616信道引起的问题l由于信道衰落造成信号失真，系统性能可 能达到不可减少的误比特率。此时，无论 多大的Eb/No都无助于性能改善，唯一的方 法是减少或消除失真l一旦减少了信号失真，误比特率性能就可 以转到瑞利界限曲线，从而可采用分集技 术和纠错码进一步改善衰落的影响，使性 能尽量达到AWGN系统DateDa
5、te1717DateDate1818信道问题的一般解决方法l抗失真l抗频率选择性失真l均衡、RAKE+信道估计（扩频信号导频信号）、OFDMl快衰落l非相干或差分相干方式的稳健调制、纠错编码降低对Eb/N0的 要求、多相滤波均衡l抗SNR损耗（单个可分辨径慢衰落、AWGN）l交织和纠错编码l分集l抗衰落l利用加性独立（不相关）的信号来提高信号信噪比l实现代价较低DateDate1919CDMA系统中信道问题的解决l为对抗频率选择性和慢衰落l为对抗频率选择性和慢衰落，在信道估计基础 上，用RAKE接收机进行分集接收l为对抗慢衰落，用快速功控缓解信号功率问题l采用交织、差错编码、ARQ增加信号冗余
6、度和 （时间分集）DateDate2020CDMACDMA系统中信号干扰特点系统中信号干扰特点u上行链路的不同用户信号的到达时间不同，靠扩频码的部 分相关隔离不同用户的信号；下行链路的同基站用户采用 正交的OVSF码隔离；不同基站用户采用扰码隔离（码分多 址CDMA）u扩频信号在可分辨的时刻到达接收机，如WCDMA是78m、 CDMA2000是244m ，使RAKE接收机成为可能uCDMA系统中的主要干扰为多址干扰u多径信号造成各码道不正交（上下行都存在）u邻小区下行发射信号对当前小区下行信号的干扰u与前端热噪声相比，其他用户信号很强u用户与基站距离不同导致的路径衰耗不同，加上多址干扰 的存在
7、，共同引起远近效应DateDate2121CDMA系统中解决信号问题的主要技术lRAKE接收机lChip均衡器干扰抵消器l远近效应（上行）、小区边缘强干扰（下行）要求 精确功控l软切换和更软切换l20%40%的连接发生在小区的连接区、5%15%的连接 发生在扇区间l对于下行来讲，有效利用多基站发射信号l（对邻小区）远近效应要求DateDate2222CDMA系统中Rake接收技术（1）lBello在1963 年针对衰落 现象提出的 宽平稳不相 关散射概念 （WSSUS）DateDate2323CDMACDMA系统中系统中RakeRake接收技术（接收技术（2 2）u 利用宽带信号的高分辨率分离
8、多径信号u通过导频信道估计信道系数u将每个径上的相关接收机输出进行相位/幅度（最大比）合并，并送给解码器u多径引起的多址干扰，由扩频比抑制u比均衡接收计算量小（1G左右）u 在切换区接收多个基站信号进行分集合并u相邻基站采用相同载频u不同PN码偏移区分不同基站信号u可进行不同基站的信道估计u从而实现软切换（不间断通信）DateDate2424CDMA系统中的软切换和更软切换技术l特点u移动台和基站同时通过多条空中接口信道通信l二者异同点u移动台侧类似u软切换时上行信号在RNC进行选择性合并，且 有两个功控环路u更软切换时，上行信号送入基站的同一基带 RAKE接收机进行合并，仅有一个功控环路Da
9、teDate2525DateDate2626CDMACDMA系统中的功率控制技术系统中的功率控制技术u开环功率控制技术u利用下行信号功率，预测路径损耗，计算发送功率uFDD方式时，上下行频段不同，误差大u 闭环功率控制u对上行信号的接收信干比进行实时计算，产生功率控制比特发到移动台控制其发射功率u需要占用信道资源，存在反应时间问题u对不同类型的信道所需信干比不同（导致采用外环功控）u 外环功率控制u补偿环境变化和速度变化引起的慢衰落u根据实测误帧率实时改变功控门限DateDate2727CDMA的特点总结l处理增益（以增加带宽为代价）使小区间的 频率复用因子为1（一个频率用于每个小区/ 扇区）
10、l多个用户的多址干扰被平均，按干扰规划比 按尺度（时间、频率）规划有更大的容量lPN序列的相关特点导致了远近效应等副作用 ，从而需要精确功控和软切换技术l多径分辨能力，可采用RAKE接收机，扩频/ 解扩要求相干检测DateDate2828“宽带”的三种含义l射频工程中，描述的是信息带宽与载波频率的相 对大小：如果其比值与1相比小很多，称为宽带 系统l模拟调频中，描述的是调制方式的一种属性：如 果调制带宽大于调制信号的带宽，称为宽带调频l数字无线通信系统中，系统带宽与信道传递函数 相比，如果传递函数在系统带宽范围内有明显变 化（频率选择性信道），称该系统是宽带系统lCDMA系统包含了后两种含义DateDate2929参考资料lGregory D.Durgin，空时无线信道，西安 交通大学出版社 lBernard Sklar，数字通信基础与应用（ 第二版），电子工业出版社lHolma,H.，Toskala,A.，WCDMA技术与系 统设计，机械工业出版社DateDate3030
