《抗衰落技术总汇》PPT课件

1．选择式合并
图4-4 选择式合并的原理
1．选择式合并
令Γ为每个支路的平均信噪比，则可以证明： 选择式合并的平均输出信噪比为
1 < s > = å k= 1 k
M
（4-1）
1．选择式合并
式（4-1）中，下标s表示选择式合并。该 式表明每增加一条分集支路，它对输出信 噪比的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。 其合并增益为
3．直接序列扩频技术
（2）直接序列扩频抗干扰 直接序列扩频抗蜂窝系统内部和外部干扰 的原理，也是利用直扩信号的自相关特性， 经相关接收和窄带通滤波后，将有用信号 检测出来，而那些窄带干扰和多址干扰都 处理为背景噪声。其抗干扰的能力可用直 接序列扩频处理增益来表征。
第4章 抗衰落技术
第4章 抗衰落技术
4.1 抗衰落技术概述 4.2 分集接收技术 *4.3 均衡基本概念
4.1 抗衰落技术概述
在移动通信系统中，移动台常常工作在城 市建筑群或其他复杂的地理环境中，而且 移动的速度和方向是任意的。 发送的信号经过反射、散射等传播路径后， 到达接收端的信号往往是多个幅度和相位 各不相同的信号的叠加，使接收到的信号 幅度出现随机起伏变化，形成多径衰落， 如图4-1所示。
4.2.3 分集系统的性能
图4-11 瑞利衰落中GMSK有无分集时误码性 能
4.2.4 RAKE接收机
1．RAKE接收机的定义 由于在多径信号中包含有可以利用的信息， 所以，CDMA接收机可以通过合并多径信 号来改善信号的信噪比。 RAKE接收机就是通过多个相关检测器接收 多径信号中的各路信号，并把它们合并起 来。 CDMA系统中的RAKE接收机如图4-12所示。
4.2.1 分集技术的基本概念及方法
分集技术（Diversity Techniques）就是 研究如何利用多径信号来改善系统的性能。 分集技术利用多条传输相同信息且具有近 似相等的平均信号强度和相互独立衰落特 性的信号路径，并在接收端对这些信号进 行适当的合并（Combining），以便大大 降低多径衰落的影响，从而改善传输的可 靠性。
2．均衡技术
均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效 应而产生的码间干扰（ISI）。
3．信道编码
信道编码是通过在发送信息时加入冗余的 数据位来改善通信链路的性能。
4.2 分集接收技术
4.2.1 分集技术的基本概念及方法 4.2.2 分集信号的合并技术 4.2.3 分集系统的性能 *4.2.4 RAKE接收机 *4.2.5 隐分集技术
< GE > =
< E >

π = 1 + (M - 1) （4-8） 4
3．等增益合并
其结果如图4-5所示。 从图中可以看出，当M较大时，等增益合并 仅比最大比合并差 1.05dB。 对于最大比合并和等增益合并，可以采用 图4-7所示的电路来实现同相相加。 另外还可以在发射信号中插入导频的方式， 在接收端通过提取导频的相位信息来实现 同相相加。
最大比合并后的平均输出信噪比为
< M > =MΓ
< M >
（4-5）
式中，下标M表示最大比合并。合并增益为
GM =

= M （4-6）
由上式可以看出与M成线性关系，其结果如 图4-5所示。
3．等增益合并
在最大比合并中，实时改变ai是比较困难的， 通常希望ai为常量，取ai = 1就是等增益合 并。等增益合并后的平均输出信噪比为 轾 π < E> = 犏 1 + (M - 1) （4-7） 犏 式中，下标E表示等增益合并。合并增益为 4 臌
5．时间分集（Time Diversity
将给定的信号在时间上相差一定的间隔重 复传输M次，只要时间间隔大于相干时间， 就可以得到M条独立的分集支路。 由于相干时间与移动台运动速度成反比， 因此当移动台处于静止状态时，时间分集 基本上是没有用处的。
4.2.2 分集信号的合并技术
接收端收到M（M≥2）个分集信号后，如何 利用这些信号以减小衰落的影响，这就是 合并问题。 在接收端取得M条相互独立的支路信号以后， 可以通过合并技术得到分集增益。
2．跳频技术
（3）跳频抗衰落 跳频抗衰落是指抗频率选择性衰落。 跳频抗衰落的原理是：当跳频的频率间隔 大于信道相关带宽时，可使各个跳频驻留 时间内的信号相互独立。换句话说，在不 同的载波频率上同时发生衰落的可能性很 小。
3．直接序列扩频技术
（1）直接序列扩频抗多径的原理是：当发 送的直接序列扩频信号的码片（chip）宽 度Tc小于或等于最小多径时延差时，接收 端利用直扩信号的自相关特性进行相关解 扩后，将有用信号检测出来，从而具有抗 多径的能力。
3．等增益合并
图4-7 同相调整电路
4．开关式合并
图4-8 开关式合并示意图
4．开关式合并
图4-9 开关式合并的输出包络
4．开关式合并
图4-10 切换发射天线的开关式合并
4.2.3 分集系统的性能
分集接收之后，误码率将会得到改善，图 4-11所示的是速率的16kbit/s的 GMSK(BbTb = 0.25)信号的实验结果。
4.2.2 分集信号的合并技术
根据在接收端使用合并技术的位置不同， 可以分为检测前（Predetection）合并技 术和检测后（Postdetection）合并技术， 如图4-3所示。这两种技术都得到了广泛的 应用
4.2.2 分集信号的合并技术
图4-3 空间分集的合并
4.2.2 分集信号的合并技术
1．RAKE接收机的定义
图4-12 RAKE接收原理实现框图
1．RAKE接收机的定义
RAKE接收机利用相关检测器检测出多径信 号中最强的M个支路信号，然后对每个 RAKE支路的输出进行加权合并，以提供优 于单支路信号的接收信噪比，然后再在此 基础上进行判决。
2．RAKE接收机的支路的合并技术
4．频率分集（Frequency Diversity）
将要传输的信息分别以不同的载频发射出 去，只要载频之间的间隔足够大（大于相 干带宽），那么在接收端就可以得到衰落 特性不相关的信号。 频率分集的优点是与空间分集相比，减少 了天线的数目。但缺点是要占用更多的频 谱资源，在发射端需要多部发射机。
3．RAKE接收的工程实现
（2）搜索器结构与搜索策略
3．RAKE接收的工程实现
图4-15 分集路径合并原理框图
3．RAKE接收的工程实现
（3）搜索器的三种工作状态 ① 初始搜索。 ② 解调中的搜索。 ③ 更换切换搜索。
3．RAKE接收的工程实现
（4）IS-95中移动台RAKE接收 ① 上面介绍的基站RAKE是属于上行（反 向）信道，上行信道是“多点对一点”的 通信链路，基站用它接收多个用户信号。 ② 移动台RAKE接收则是属于下行（前向） 信道，下行信道是“一点对多点”的通信 链路，多个用户利用它接收来自同一基站 的信号。
*4.2.5 隐分集技术
隐分集技术，是指只用一副天线接收信号 来实现分集的技术。 分集作用是隐含在传输信号的方式中，而 在接收端利用信号处理技术实现分集。
1．交织编码技术
交织编码的目的是把一个较长的突发差错 离散成随机差错，再用纠正随机差错的编 码（FEC）技术消除随机差错。 以线性分组码为例，先将k位信息编成具有 t位纠错能力的n位码字的分组码(n，k，t)， 再将其编码码字序列构成交织编码矩阵。
2．跳频技术
目前在数字蜂窝移动通信中采用跳频技术 的目的主要在于抗干扰和抗衰落。
2．跳频技术
（2）跳频抗同信道干扰 采用跳频图案的正交性组成正交跳频网， 可以避免频率复用引起的同频干扰。 利用跳频技术构成准正交跳频网，也能使 同频干扰离散化，亦即减少同频干扰的重 合次数，从而减少同频干扰的影响。
1．空间分集（Space Diversity）
发射端采用一副发射天线，接收端采用多 副天线。 接收端天线之间的距离d应足够大，以保证 各接收天线输出信号的衰落特性是相互独 立的。
1．空间分集（Space Diversity）
在移动通信中，空间的间距越大，多径传 播的差异就越大，所收场强的相关性就越 小。 为获得相同的相关系数，基站两分集天线 之间垂直距离应大于水平距离。
在移动环境下，两个在同一地点极化方向 相互正交的天线发出的信号呈现出不相关 衰落特性。 极化分集实际上是空间分集的特殊情况， 其分集支路只有两路。
3．角度分集（Angle Diversity）
由于地形地貌和建筑物等环境的不同，到 达接收端的不同路径的信号可能来自于不 同的方向。 在接收端，采用方向性天线，分别指向不 同的信号到达方向，则每个方向性天线接 收到的多径信号是不相关的。
2．跳频技术
数字移动通信中采用跳频技术抗多径、抗 干扰和抗衰落。
2．跳频技术
（1）跳频抗多径 跳频抗多径的原理是：若发射的信号载波 频率为0，当存在多径传播环境时，因多 径延迟的不同，信号到达接收端的时间有 先有后。 若接收机在收到最先到达的信号之后立即 将载波频率跳变到另一频率1上，则可避 开由于多径延迟对接收信号的干扰。
Gs =
< s >

1 = å k= 1 k
M
（4-2）
1．选择式合并
图4-5 分集合并后的平均信噪比改善程度
1．选择式合并
如果使用检测前合并方式，则选择在天线 输出端进行，从M个天线输出中选择一个最 好的信号，再经过一部接收机就可以得到 合并后的基带信号。
2．最大比合并
M个分集支路经过相位调整后，按适当的增 益系数同相相加（检测前合并），再送入 检测器，如图4-6所示 。