《现代移动通信第2版教学作者蔡跃明第08讲第05章节抗衰落技术1课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代移动通信第2版教学作者蔡跃明第08讲第05章节抗衰落技术1课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八讲 抗衰落技术 - 1,数字移动通信,上次课重点回顾,1、什么是多信道共用？多信道共用的容量受到哪些因素的影响？ 2、如何计算多信道共用的容量和信道利用率？ 3、位置更新是如何完成的？ 4、越区切换的控制策略有哪几种？,第5章 抗衰落技术,内容提要 5.1 抗衰落技术的基本原理 5.2 分集技术 5.3 自适应均衡技术 5.4 多径信号的分离与合并 5.5 发射分集与空时编码,第一次课,第二次课,第三次课,本章解决的主要问题,本章围绕如何在复杂无线电波传播环境下，可靠有效地传输信号展开讨论。 抗衰落技术基本原理 分集技术 自适应均衡技术 RAKE接收 空时分组码,内容：抗衰落技术基本原理及
2、分集技术 要求： 1. 掌握分集的基本概念、基本原理及方法。 2. 理解常用的分集与合并方式原理。 重点：分集的基本概念 难点：典型分集技术的使用条件、分集合并方法,本次课的内容及要求,本次课需要解决的主要问题,1、分集技术的基本原理是什么？ 2、典型的分集方式有哪些？实现途径是什么？ 3、合并方式可以分为哪几种类型？,高铁上,当你处于以下场景时,电梯里,高山上,地铁里,一、抗衰落技术基本原理,你是否经常遇到以下情况： 电话打不通 通话断断续续 手机没信号 信号忽好忽坏 ,思考：为什么会出现这些现象？ 提示：第2章对移动通信信道的学习给我们哪些启示？,一、抗衰落技术基本原理,一、抗衰落技术的基
3、本原理,1、回顾移动信道特性 自由空间传播损耗|d|-n ； S(d)阴影衰落：地形起伏、建筑物及障碍物的遮蔽引起； R(d) 多径衰落：多径时延及多普勒频移。,思考：对信号的影响有多大？,可达4050dB，偶尔可达80dB！,需要利用信号处理技术改进移动信道的链路传输性能！,2、抗衰落技术的原理 针对衰落信号特点，采取相应措施。典型措施有： 多重接收 补偿信道失真 纠正衰落引起的误码,一、 抗衰落技术的基本原理,具体研究点： 从哪里可以获得不同的分集支路？ 怎么获得好的分集效果？ 怎样合并来自多个分集支路的信息？,二、分集技术的基本概念,1、采用分集提高接收性能的原理 思考：通过多重接收来对
4、抗衰落，前提是什么？ 承载同一信息，统计上相互独立的传输信号样值,二、分集技术的基本概念,一条无线传播路径中的信号经历了深度衰落，而另一条与之相互独立的路径中可能仍包含着较强的信号。,1、采用分集提高接收性能的原理 分集接收的基本原理： 接收端对收到的经过多个相互独立路径传输的信号（携带同一信息）进行特定处理。 减小衰落的深度与持续时间对信号传输的不利影响。,二、分集技术的基本概念,二、分集技术的基本概念,2、分集的含义 一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号； 二是集中处理，把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。,需要解决两方面的问题 如何获得多
5、路独立的信号多径分离 如何合并多路独立的信号信号合并,三、分集技术的分类,1、从“分”的角度划分 按接收信号样值的结构和统计特性 空间分集 频率分集 时间分集 极化分集,三、分集技术的分类,2、从“集”的角度划分 按集合、合并方式 选择式合并 等增益合并 最大比合并,三、分集技术的分类,3、从分集区域划分 宏分集：抗慢变衰落，多基站分集。 微分集：抗快速变化的衰落，时间分集、空间分集、极化分集和角度分集等。,我们关注的重点：微分集！,四、典型的分集方式,1、空间分集 理论依据：天线间的相隔距离等于或大于半波长，则从不同的天线上收到的信号包络基本上是非相关的。 分集出发点：通过多个天线形成多个相
6、互独立的路径。 实现途径：天线的间隔d足够大，接收（或发射）天线至少2个。,四、典型的分集方式,1、空间分集 思考：怎样获得好的空间分集效果？ 天线间距大 GSM系统（900MHz）：天线间隔大于4米 3G系统：天线间隔大于2米 天线数量多,四、典型的分集方式,2、时间分集,理论依据：以超过信道相干时间的时间间隔重复发送信号，则多次接收信号间具有一定的非相关性。 分集出发点：在多个时刻重复发送同一信息。 实现途径：发送信号的时间间隔大于信道的相干时间 得到独立的时间分集支路。,四、典型的分集方式,2、时间分集,实例分析,3、频率分集,四、典型的分集方式,理论依据：以超过信道相干带宽的频率间隔重
7、复发送信号，则多次接收信号间具有一定的非相关性。 分集出发点：将信息用不同的载频发送出去实现分集。 实现途径：载频的频率间隔大于信道的相干带宽 信号在频域上的独立性。,3、频率分集,四、典型的分集方式,实例分析 跳频：跳频频率间隔大于相关带宽 扩频：CDMA系统中多个用户共享同一宽带载波，把有用信号扩展到一个较宽的频带上，也可以起到频率分集的效果。,扩频前带宽,扩频后带宽,4、极化分集,四、典型的分集方式,理论依据：在移动环境中，两个在同一个地点，但极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出不相关的衰落特性。 分集出发点：用两付极化方向相互正交的天线实现分集。 实现途径：垂直极化和水平极化等。,4
8、、极化分集,四、典型的分集方式,思考：采用极化分集有什么好处？ 可用于天线架设场地受限的场景，空间分集不易获得衰落独立信号的情况下。 在天线距离较小的情况下，二重极化分集可能比二重空间分集更合适。,5、角度分集,四、典型的分集方式,理论依据：具有波束赋形功能的同一天线单元，其不同波束收发信号具有不相关性。 分集出发点：由于地形地貌和建筑物等环境因素不同，不同路径达到接收端的信号可能来自于不同方向。采用方向性天线可得到分集信号。 实现途径：可采用智能天线实现。,5、角度分集,四、典型的分集方式,思考：采用角度分集有什么好处？ 充分利用了接收到的多径信号。 无需额外的频率、时间等传 输资源。,典型
9、的分集应用,智能天线 天线阵 交织 跳频 直接序列扩频,角度分集,空间分集,时间分集,频率分集,频率分集,四、典型的分集方式,四、典型的分集方式,GSM交织器,五、分集信号的合并,Tx,Rx,a1,Rx,a2,Rx,aM,合 并,r1(t),r2(t),rM(t),r (t),1、分集信号合并的数学模型,五、分集信号的合并,其中M为分集重数（又称为分集阶数），ak为加权系数(k=1,2,3,M ) 思考：不同合并方法的主要区别在哪里？ 选择不同的加权系数就形成了不同的合并方法,1、分集信号合并的数学模型 合并信号的表达式：,五、分集信号的合并,2、合并时的集中处理方式,分集合并方式,增益合并,
10、开关式合并,最大比合并,等增益合并,纯选择（选择合并）,门限选择,切换和等待,切换和检验,（1）最大比合并 基本原理：每一支路的加权系数 与信号功率成正比，而与噪声功率成反比。 思考：这样的合并方式有什么特点？ 信噪比越高，合并中的贡献越大，加权系数越大。,利用了每一条路径的信号，使接收的每一时刻均达到最大信噪比。,3、增益合并,五、分集信号的合并,（1）最大比合并 公式推导 假定合并时各支路信号的相位保持一致，则输出信号为,五、分集信号的合并,假定各支路的平均噪声功率是相互独立的，合并器输出的平均噪声功率为,五、分集信号的合并,合并器输出的信噪比为,利用各支路信噪比 ，代入上式得：,五、分集
11、信号的合并,利用施瓦兹不等式 ，得,可见：,令： ， ，则用向量表示有：,结论：最佳分集合并方式，可得到最大的输出信噪比。 条件：需要根据各个支路接收信号情况调整系数，实现复杂度高。,五、分集信号的合并,当 时，即两个向量的夹角为0时，等式成立，所以,（2）等增益合并 基本原理：各支路的信号等增益相加。 不需要求加权系数，计算简单，性能接近最大比合并。,3、增益合并,五、分集信号的合并,五、 分集信号的合并,基本原理：从多路独立信号中选择具有最高信噪比的信号作为输出。 需要快速估计所有支路信干噪比。 总是选择最好的信号，提高了平均信噪比。 只使用了一条路径的信道，达不到最优。,4、开关式合并,
12、假设有2个分集支路，当前选择支路1。当支路1的信号强度低于门限值时，将切换到另外支路2上，若支路2的信号强度也低于门限。有两种处理方法： （1）切换和检验 在支路1和支路2间循环切换，直到某个支路的信号强度高于门限。,五、 分集信号的合并,4、开关式合并,（2）切换和等待 切换到新支路上，直到当前信号强度高于门限后，又再次低于门限时再进行切换。 思考：这样做会带来什么问题？ 接收机可能停留在某一衰落比较严重的支路上。,五、 分集信号的合并,4、开关式合并,在相同M下，最大比合并方式改善信噪比最多(分集增益最大)，等增益合并方式次之，选择式合并方式最少。 当M较大时，最大比合并方式和等增益的相差
13、值增加趋缓。 实际系统中M较大时，通常采用等增益合并。,5、分集合并性能,五、 分集信号的合并,比,支路相关性对分集性能的影响,5、分集合并性能,分集支路间的相关性越大，则信号同时衰落的概率越大，分集效果变差。,最大比合并下接收天线相关系数对系统性能的影响,五、 分集信号的合并,分集合并技术概述,将N重分集支路按照总信干噪比最大化的原则合并,获得N支路通信系统的最优性能,需要同时解调N条信道，需要信干噪比估计算法,N重分集支路按等权重相加,获得N支路通信系统接近最优的性能，不需要信干燥比估计算法,需要同时解调N条信道,选取N条可用信道中最好的一个,在开关式合并接收机中有最好的性能,需要同时监视
14、N条支路上的信号,如果当前支路信号衰落到门限以下，则选取另一支路,使用简单的单信道接收机,各支路的同时衰落会导致突发的无效快速切换，大多数应用取N=2,一旦切换，一直等待当前支路信号强度再次衰落到门限以下时切换到下一支路,使用简单的单信道接收机,新选择的支路信号可能比前一支路更差,分集技术有效的提高了系统抗衰落性能。 提高程度由分集方式、支路个数、合并方式、支路相关性等因素共同决定。 思考：分集技术的代价？ 占用了更多的时间、频率、天线等资源。 有时还需要为每个分集支路配备射频硬件和信号处理功能。,五、 分集信号的合并,小结,1、分集技术的基本原理是什么？ 2、典型的分集方式有哪些？实现途径是什么？ 3、合并方式可以分为哪几种类型？,作业与思考题,作业 P131. 1 2 思考题：如何补偿信道的失真？,谢谢！,数字移动通信,
