《不同抗多径技术的原理与比较》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不同抗多径技术的原理与比较（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。不同抗多径技术的原理和比较 目录一无线通信中的多径传播现象及其对传输性能的影响21.1 无线通信中的多径传播21.2无线通信中的多径效应对通信系统影响21.3目前抗多径效应的技术及研究现状3二、单载波频域均衡42.1单载波频域均衡（SC-FDE）系统模型42.2单载波频域均衡(SCFDE)技术原理52.2.1 信号模型52.5单载波频域均衡matlab仿真结果输出9三单载波传输直接序列扩频93.1直接序列扩频（DSSS）的概念103.2直接序列扩频的基本原理与理论依据103.3 直接序列扩频系统模型113.4直接序列扩频系统的matlab仿真11
2、3.4.1直接扩频matlab仿真组成框图113.4.2直接序列扩频系统的matlab仿真结果输出13三、多载波传输OFDM技术143.1 OFDM原理143.2 OFDM系统模型153.3 OFDM的系统建模与matlab仿真163.3.1 参数设置163.3.2仿真结果输出17四三种抗多径技术的仿真结果比较204.2单载波频域均衡与OFDM比较20五参考文献24不同抗多径技术的原理和比较綦晓伟 13120114 研1302班一无线通信中的多径传播现象及其对传输性能的影响1.1 无线通信中的多径传播多径效应（multipath effect）：无线传输信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应
3、。在实际的无线电波传播信道中（包括所有波段），常有许多时延不同的传输路径。各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也就随时间而变化，由此引起合成波场的随机变化，从而形成总的接收场的衰落。因此，多径效应是衰落的重要成因。多径效应对于数字通信、雷达最佳检测等都有着十分严重的影响。1.2无线通信中的多径效应对通信系统影响多径效应移动体(如汽车)往来于建筑群与障碍物之间，其接收信号的强度，将由各直射波和反射波叠加合成。多径效应会引起信号衰落。各条路径的电长度会随时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。这些分量场的随机干涉，形成总的接收场的衰落。各分量之间的
4、相位关系对不同的频率是不同的。因此，它们的干涉效果也因频率而异，这种特性称为频率选择性。在宽带信号传输中，频率选择性可能表现明显，形成交调。与此相应，由于不同路径有不同时延，同一时刻发出的信号因分别沿着不同路径而在接收点前后散开，而窄脉冲信号则前后重叠。多径会导致信号的衰落和相移。1、瑞利衰落就是一种冲激响应幅度服从瑞利分布的多径信道的统计学模型。如果各条路径传输时延差别不大，而传输波形的频谱较窄（数字信号传输速率较低），则信道对信号传输频带内各频率分量强度和相位的影响基本相同。此时，接收点的合成信号只有强度的随机变化，而波形失真很小。这种衰落称为一致性衰落，或称平坦型衰落。如果发送端发射一个
5、余弦波Acosw，接收端接收到的一致性衰落信号是一个具有随机振幅和随机相位的调幅调相波，从频域来看，由单一频率变成了一个窄带频谱，这叫频率弥散。可见衰落信号实际上成为一个窄带随机过程，它的包络的一维统计特性服从瑞利分布，所以通常又称为瑞利衰落。2、频率选择性衰落 如果各条路径传输时延差别较大，传输波形的频谱较宽（或数字信号传输速率较高），则信道对传输信号中不同频率分量强度和相位的影响各不相同。此时，接收点合成信号不仅强度不稳定而且产生波形失真，数字信号在时间上有所展宽，这就可能千万前后码元的波形重叠，出现码间（符号间）干扰。这种衰落称为频率选择性衰落，有时也简称选择性衰落。1.3目前抗多径效应
6、的技术及研究现状信道均衡、正交频分复用（OFDM）和Rake接收机都能用于对抗由多径产生的干扰。信道均衡技术是补偿或消除 ISI 的有效方法。最大似然序列估计（MLSE,maximum likelihood sequence estimation）可以完全利用信号的多径分量，被认为是一种最佳检测器，但是其计算复杂度以LM 数量级呈指数增长，其中 M 为信号的调制星座点数，L 为信道冲激响应（CIR， channel impulse response）的长度，很难应用于实际系统，因此出现了很多简化的算法以及次优均衡器，比如单载波时频域均衡、判决反馈均衡（DFE， decision feedbac
7、k equalization）、自适应均衡、盲均衡以及与编码相结合的复合式均衡器。均衡器可以消除 ISI，避免了匹配滤波器（MF， match filter）在多径衰落信道下的误码率平台效应。但是，一般的次优均衡器均无法有效获得多径分集增益，不能积极地利用多径传输的信号能量来改善系统的性能。RAKE 接收技术是一种积极利用多径效应的技术，当多径传输信号分量的可分性较好、非直达多径信号能量占的比重较大时，它可利用多径分集传输效应使系统性能得到显著改善，已广泛地应用于扩频通信系统中【1】。正交频分复用（OFDM， orthogonal frequency domain multiplexing）和
8、单载波频域均衡（SC-FDE， single carrier frequency domain equalization）【2】是在多径信道中实现高速信息传输的两种非常重要的关键技术，二者在高速数据传输条件下都可以达到良好的抗信道衰落性能，显著改善系统性能，已在许多场合中得到成功应用。特别是 OFDM 技术，甚至被认为是在下一代宽带无线通信系统中一种不可替代的关键技术，还将在非常广泛的场合发挥重要作用。当然，实际上是否真的不可替代，还是值得研究的，至少它还是存在某些不足，需要根据具体应用条件进行改进的。多输入多输出（MIMO， multi-input multi-output）技术能有效利用多
9、径衰落效应大幅度提高频带效率。MIMO 系统基于多个发射天线和多个接收天线进行传输，再结合 OFDM 技术和空时编码或空频编码技术，有可能获得空间分集、时间分集、空分复用和频分复用等效益，与传统的单天线系统相比信道容量成倍增加，可使宽带无线系统的频带效率提高到40bps/Hz，甚至80bps/Hz。【3】宽带无线通信可实现通信网络的“无缝”连接然而在宽带无线通信系统中由多径传输引起的频率选择性衰落会严重影响通信的可靠性。在2003年4月提出的IEEE 80216a标准中，规定了正交频分复用(OFDM)系统和单载波频域均衡(SCFDE)系统两种克服多径衰落的传输模式。基于FFMFFT实现的正交频
10、分复用(0FDM)技术是一种特殊的多载波调制方式，它可以有效地克服载波干扰和码间于扰。但是0FDM技术对定时误差、载频同步比较敏感，而且峰均比(PAPR，Peak to Average Power Ratio)较大。而基于OFDM系统信号处理方式的单载波频域均衡(SCFDE)系统方案有效得结合了OFDM和单载波传输的优点。与OFDM系统相比克服了峰均比和对相位曝声的敏感性；与单载波系统相比，对抗多径的能力得到了增强而均衡器复杂度则大大降低了。二、单载波频域均衡2.1单载波频域均衡（SC-FDE）系统模型图2.1(a)给出了SCFDE系统的结构图。其中相当于将OFDM系统中发送端IFFT处理模块
11、移至接收端。图2-1（a）单载波频域均衡（SC-FDE）系统框图在发射端，信源产生的比特流经过调制得到符号序列后，首先经过分块操作成长度为N的数据块，其中 （1）将每个快的最后个符号拷贝到块首作为循环前缀，得到长度为的数据块，构成发射符号序列，通过多径衰落信道和噪声方差的AWGN信道到达接收端。 在接收端，接收到的信号分成长度为的数据块，其中。然后对每个酷爱进行删除循环前缀的操作，得到。使用点FFT将信号变换到频域中，得到频域序列。在频域经过均衡处理后的序列，再通过点IFFT操作变换回时域序列，在时域进行判决，得到重建的数据符号。2.2单载波频域均衡(SCFDE)技术原理2.2.1 信号模型设
12、第个数据矢量为： （2）添加CP后，得到维矢量 （3）上式中维矩阵表示添加循环前缀操作，其中。表示维零矩阵，表示维单位阵。 多径衰落信道冲激响应用长度为L的矢量表示，其作用为线性卷积，如下式所描述 （4）令表示第个接收数据块矢量，表示噪声矢量，则经过信道后有其中：是维的下三角矩阵。是维的上三角矩阵。表示由前一个数据块多径延迟的效果叠加到当前块而产生的块间干扰（IBI）。令维矢量表示删除CP后的第格数据块，即 （5）上式中维矩阵表示删除CP操作，。当时，有，也就是消除了IBI，这样上式可以改写为 ；其中是为循环矩阵，具有如下的形式：可知，当发射端采用分块传输和添加CP的操作时，多经信道的线性卷及
13、效果等于圆周卷积，这样在接收端删除CP后，信道传输矩阵成为循环矩阵。根据矩阵理论知识，循环矩阵可以被Fourier变换矩阵对角化，即 （6）其中F为FFT变换矩阵，其第个元素为，为IFFT变换矩阵，其第个元素为，为对角阵，其中是信道冲激响应矢量的N点FFT的第系数。 删除CP后的数据块进行N点FFT操作及相当于（6）式两端左乘F，有 （7）其中为FFT模块输出的第个维矢量，将（4），（5）式代入（6）式有， （8）令 （9）为第个数据符号矢量经过N点FFT变换后得到的维频域矢量。 （10）为噪声矢量的N点FFT变换后得到的维频域矢量，（8）式可以改写为 （11）（11）式可以用图2.2.1(a
14、)描述如下。图2.2.1(a) SC-FDE接收端频域并行处理模型可以看到，多径频率选择性衰落信道转化为频域的N个并行子信道，每个子信道仅由包括一个乘性抽头系数和一个加性白噪声。可以使用简单的N阶频域线性均衡器来实现均衡操作，包括迫零均衡器和MMSE均衡器，这些将在下一小节中详细描述。除了简单的线性均衡外，也可以采用更复杂的判决反馈均衡来实现频域均衡。可以采用简单的前向线性均衡器对经过FFT变换和删除CP后的频域接收矢量进行均衡，可以用下式表示： （12）其中为均衡器系数矢量。迫零均衡器： （13）MMSE均衡器：设噪声方差为令，有 （14）其中令，得到MMSE均衡器： 2.5单载波频域均衡matlab仿真结果输出 图2.5（a）单载波频域均衡ma
