第五章抗衰落技術(shù)(一)

1、第5章抗衰落技術(shù) AbisA接口接口MSBSSOMC-R操作維護(hù)中心操作維護(hù)中心BSC基站基站控制器控制器MSC移動交換中心移動交換中心BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)MSMSUm通過本章學(xué)習(xí)，著重解決以下問題：通過本章學(xué)習(xí)，著重解決以下問題：n分集技術(shù)n均衡技術(shù)nRake接收技術(shù)n交織編碼第5章抗衰落技術(shù)克服衰落本次課教學(xué)目的：本次課教學(xué)目的：n 1、掌握分集的基本概念、基本原理及方法 n 2、理解常用的分集與合并方式原理 n3、理解交織器的抗衰落原理 n4、理解交織器的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用 n5、掌握RAKE接收機(jī)原理第5章抗衰落技術(shù)5.1

2、概述n移動信道屬于時變信道，對無線電信號的影響可歸納為：n自由空間路徑損耗 增大發(fā)射功率 n陰影衰落 宏分集 n多徑衰落 微分集、均衡、差錯控制、OFDMn典型的抗衰落技術(shù)(Typical Anti-Fading Techniques)n均衡技術(shù)(Equalization Techniques) 出發(fā)點(diǎn)：通過補(bǔ)償信道衰落引起的畸變來減小衰落的影響，以減小碼間串?dāng)_（ISI） 接收機(jī)內(nèi)的均衡器可以對信道中幅度和延遲進(jìn)行補(bǔ)償 由于移動信道是時變的，所以要求均衡器是自適應(yīng)的 n典型的抗衰落技術(shù)(Typical Anti-Fading Techniques)n分集技術(shù) (Diversity Techni

3、ques) 出發(fā)點(diǎn)：有意識地分離多徑信號并恰當(dāng)合并以提高接收信號 的信噪比來抗衰落 常用的分集技術(shù)包括空間分集、頻率分集和時間分集 CDMA系統(tǒng)常使用RAKE接收機(jī)來改善鏈路性能n信道編碼技術(shù) (Channel Coding Techniques) 出發(fā)點(diǎn)：通過增加信息的冗余度來糾正衰落引起的誤碼 常用的有分組編碼、卷積編碼和交織技術(shù) nOFDM技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexity Techniques) 出發(fā)點(diǎn)：將高速數(shù)據(jù)通過串并變換，分割成若干低速數(shù)據(jù)傳輸，以增大信息碼元周期來達(dá)到抵抗頻率選擇性衰落的目的。概述n分集接收的概念分集接收的

4、概念(The Concepts of Diversity Reception) n何為分集？n定義：指接收端對它收到的經(jīng)過多個相互獨(dú)立路徑傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行特定的處理來減小衰落的深度與持續(xù)時間的方法。n含義：一是分散傳輸，使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號；二是集中處理，即把收到的多個統(tǒng)計獨(dú)立的衰落信號進(jìn)行恰當(dāng)合并以降低衰落的影響。n抗衰落原理：如果一個無線路徑經(jīng)歷深衰落，那么另一個相對獨(dú)立的路徑中可能仍保持著較強(qiáng)的信號。 n分集技術(shù)的分類n依照分集的目的 宏觀分集：抗大尺度衰落 微觀分集：抗小尺度衰落5.2分集技術(shù) 5.2分集技術(shù)n分集接收的概念分集接收的概念(The Conc

5、epts of Diversity Reception) n分集技術(shù)的分類n依照信號傳輸?shù)男问?顯分集：構(gòu)成明顯分集信號的傳輸形式，多指利用多付天線接收信號的分集。 隱分集：分集作用隱含在傳輸信號的方式中，而在接收端利用信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號的分集，一般只需一付天線。 n依照獲得獨(dú)立路徑信號的方法 空間分集：利用在空間相距為d的多付接收天線來實(shí)現(xiàn)分集。天線的間隔d 要保證接收信號的衰落特性相互獨(dú)立。當(dāng)工作波長為時，要求d/2。 時間分集 ：將給定的信號在時間上相隔一定的間隔重復(fù)傳輸M次，保證時間間隔大于信道的相干時間，可以得到M條獨(dú)立的分集支路。n分集接收的概念分集接收的概念(The Conce

6、pts of Diversity Reception) n分集技術(shù)的分類n依照獲得獨(dú)立路徑信號的方法 頻率分集：將要傳輸?shù)男畔⒎謩e以不同的載頻發(fā)送出去，并保證載頻的頻率間隔大于信道的相干帶寬，就可以使個頻率分集信號在頻域上的獨(dú)立性。 極化分集：利用在移動環(huán)境中，兩個在同一個地點(diǎn)，但極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號呈現(xiàn)出不相關(guān)的衰落獨(dú)立性，可得到分集信號。 角度分集：由于達(dá)到接收端的不同路徑的信號可能來自于不同的方向在，所以接收端采用方向性天線，分別指向不同的信號達(dá)到角度，在每個方向上得到的多徑信號是不相關(guān)的。由此得到分集信號。 多用戶分集：利用不同用戶的信道衰落，好的多傳獲得大容量！5.2分集

7、技術(shù) 5.2分集技術(shù)(Diversity Techniques)n分集的合并技術(shù)分集的合并技術(shù) (Combining Techniques of Diversity ) n信號合并準(zhǔn)則 擇大去小 最大信噪比合并 眼圖最大張開度準(zhǔn)則 誤碼率最小準(zhǔn)則 n基本概念n原理：把一個較長的突發(fā)錯誤離散成隨機(jī)錯誤，再利用糾正隨機(jī)錯誤的信道編碼技術(shù)消除隨機(jī)差錯。 n特點(diǎn)：交織可以在不附加任何開銷的情況下，使數(shù)字通信系統(tǒng)獲得時間分集。不足是增加了傳輸時延。n為何要用交織？ 信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串時才有效，難以抗突發(fā)持續(xù)較長的深衰落和突發(fā)干擾。而使用交織可使數(shù)據(jù)經(jīng)無線信道后發(fā)生的差錯串長度

8、變短，進(jìn)而更易糾錯。n交織技術(shù)交織技術(shù) (Interleaving Techniques ) n交織技術(shù)交織技術(shù) (Interleaving Techniques ) n交織器的實(shí)現(xiàn)n原理：一個（I，J）的塊交織器可以看成是一個I行J列的存儲矩陣。數(shù)據(jù)a11 a12 a13 a14 a1J a21 a22 a23 a24 a2J a31 a32 a33 a34 a3J aI1 aI2 aI3 aI4 aIJ按行寫入，按列讀出，如下圖所示。連續(xù)的數(shù)據(jù)處理要有兩個矩陣，其中一個用于數(shù)據(jù)寫入，另一個用于數(shù)據(jù)讀出。解交織也要有兩個矩陣，用于反交織處理。讀出寫入a11 a12 a13 a14 a1Ja2

9、1 a22 a23 a24 a2Ja31 a32 a33 a34 a3JaI1 aI2 aI3 aI4 aIJa11 a21 a31 a41 aJ1a12 a22 a32 a42 aJ2a13 a23 a33 a43 aJ3a1I a2I a3I a4I aJI交織技術(shù)交織技術(shù)n交織技術(shù)交織技術(shù) (Interleaving Techniques ) n交織器性能的主要參數(shù) n最小間隔F ：指突發(fā)連續(xù)錯誤分布的最小距離，它一般由突發(fā)長度確定。n延時D ：表示交織和解交織時所帶來的額外處理時間 n存儲單元數(shù)N：表示交織過程所需的存放數(shù)據(jù)的單元數(shù)目 n交織技術(shù)交織技術(shù) (Interleaving T

10、echniques ) n在GSM中的應(yīng)用 GSM的一幀含456bit（20ms），交織在40ms共912bit（兩幀）間進(jìn)行，每段 57bit。當(dāng)前幀的456bit 分別與第n-1幀的后半幀的228bit和第 n+1幀的前半幀228bit交織，即當(dāng)前幀的1、2、3、4段與n-1幀的5、6、7、8段組成時隙1、2、3、4；當(dāng)前幀的5、6、7、8段與n+1幀的1、2、3、4段組成時隙5、6、7、8 。這樣就實(shí)現(xiàn)了將符號交織后分散到8個TDMA時幀幀中的時隙來傳輸?shù)哪康摹?260 bits260 bits456(A)bits01 2 3 4 5 6 7456(C)bits0 1 2 3 4 5 6

11、 7B0A4B1A5B2A6B3A7C0B4C1B5C2B6C3B7456(B)bits0 1 2 3 4 5 6 7260 bits話音編碼信道編碼一次交織RAKE接收機(jī) (RAKE Receiver)nRAKERAKE接收機(jī)原理接收機(jī)原理 (The Principle of RAKE Receiver) n 基本原理：對每個路徑使用一個相關(guān)接收機(jī)，各相關(guān)接收基本原理：對每個路徑使用一個相關(guān)接收機(jī)，各相關(guān)接收機(jī)與被接收信號的一個延遲形式相關(guān)，然后對每個相關(guān)器的機(jī)與被接收信號的一個延遲形式相關(guān)，然后對每個相關(guān)器的輸出進(jìn)行進(jìn)行加權(quán)，并把加權(quán)后的輸出相加合成一個輸出，輸出進(jìn)行進(jìn)行加權(quán)，并把加權(quán)后的

12、輸出相加合成一個輸出，以提供優(yōu)于單路相關(guān)器的信號檢測，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行解以提供優(yōu)于單路相關(guān)器的信號檢測，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行解調(diào)和判決。調(diào)和判決。 n典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)nP126 P126 圖圖5-105-10n形狀類似于農(nóng)用工具耙子而得名，形狀類似于農(nóng)用工具耙子而得名，RAKERAKE。 RAKE接收機(jī)(RAKE Receiver)nRAKERAKE接收機(jī)原理接收機(jī)原理 (The Principle of RAKE Receiver) n并行相關(guān)并行相關(guān)RAKERAKE接收機(jī)接收機(jī) 并行相關(guān)并行相關(guān)RAKE接收機(jī)的原理如下圖所示，圖中的搜索器的作接收機(jī)的原理如下圖所示，圖中的搜索器的作用是搜索所有多徑，估計出多徑的相位、到達(dá)時刻和強(qiáng)度參數(shù)，并用是搜索所有多徑，估計出多徑的相位、到達(dá)時刻和強(qiáng)度參數(shù)，并從中選出三路最強(qiáng)的多徑信號供相關(guān)器作相關(guān)處理，然后再合并。從中選出三路最強(qiáng)的多徑信號供相關(guān)器作相關(guān)處理，然后再合并。 合并相 關(guān) 器1相 關(guān) 器2相 關(guān) 器3搜 索 器輸 出r(t) 對于IS-95CDMA系統(tǒng)，基站中的RAKE接收機(jī)有4個并行相關(guān)器和2個搜索相關(guān)器組成，基站接收機(jī)無法得到多徑信號的相位信息，一般采用非相關(guān)最大比值合并準(zhǔn)則；而移動臺中的RAKE