移動通信第3章資料

1、第3章 關(guān)鍵技術(shù)語音編解碼技術(shù) 調(diào)制與解調(diào)(ji dio)技術(shù) 擴頻通信分集接收技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)OFDM技術(shù)軟件無線電技術(shù)智能天線(tinxin)MIMO技術(shù)聯(lián)合檢測認(rèn)知無線電技術(shù)（RC）共三百三十四頁學(xué)習(xí)(xux)目標(biāo) 理解并掌握GSM系統(tǒng)(xtng)和CDMA系統(tǒng)(xtng)中的語音編碼、調(diào)制解調(diào)、擴頻通信、分集技術(shù)這些關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。了解鏈路自適應(yīng)技術(shù)，掌握鏈路自適應(yīng)技術(shù)的基本概念，包括自適應(yīng)調(diào)制、自適應(yīng)差錯控制、反饋信令設(shè)計等。理解正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）的基本原理，了解其與多輸入多輸出系統(tǒng)（MIMO）相結(jié)合的應(yīng)用。共三百三十四頁了解軟件無線電的發(fā)展歷程，理解軟件無線電的基本原理，

2、包括寬帶/多頻段天線與寬帶射頻模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、高速并行DSP技術(shù)等各個(gg)部分模塊的作用及功能。理解智能天線的基本原理與應(yīng)用，包括智能天線的接受準(zhǔn)則和自適應(yīng)算法。掌握多輸入多輸出系統(tǒng)（MIMO）的基本原理、核心技術(shù)與應(yīng)用。共三百三十四頁 3.1 語音(yyn)編解碼技術(shù)GSM語音編解碼技術(shù)(jsh)簡介CDMA中的語音編解碼技術(shù)簡介 AMR語音編碼技術(shù)簡介 共三百三十四頁中國移動用的標(biāo)準(zhǔn)是TD-SCDMA，雖然現(xiàn)在用的是3G手機，實際上上網(wǎng)用的是3G網(wǎng)絡(luò)(wnglu)，而話音用的是2G網(wǎng)絡(luò)(wnglu)，即GSM網(wǎng)絡(luò)(wnglu)。共三百三十四頁目前，降低話音編碼速率和提高話音質(zhì)量是國

3、際上語音編碼技術(shù)的兩個主要研究方向(fngxing)。因為，語音編碼速率與傳輸信號帶寬成比例關(guān)系。即語音編碼速率減半，則傳輸信號所占用帶寬也減半，這樣系統(tǒng)容量就增加1倍。（即原來是5個用戶，現(xiàn)在可變?yōu)?0個用戶了）。共三百三十四頁05kHz10kHz010kHz如傳輸信號(xnho)所占帶寬為10kHz，則只能有1個用戶。如傳輸(chun sh)信號所占帶寬為5kHz，則可以有2個用戶。共三百三十四頁注意：帶寬(di kun)=速率05kbps10kbps010kbps如傳輸(chun sh)信號速率為10kbps，則只能有1個用戶。如傳輸信號速率為5kbps，則可以有2個用戶。共三百三十四頁

4、第2代才真正(zhnzhng)應(yīng)用相同的頻帶，可以提供(tgng)更多的用戶共三百三十四頁 語音(yyn)編碼技術(shù)是將語音(yyn)波形通過采樣、量化，然后利用二進制碼表示出來。 即是將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，然后在信道中傳輸；語音解碼技術(shù)是上述過程的逆過程。共三百三十四頁11聲音(shngyn) 定義(dngy)：聲音是一種連續(xù)的模擬信號聲波。聲音的數(shù)字化媒體的數(shù)字化量化采樣編碼模擬信號數(shù)字信號共三百三十四頁采樣(ci yn)采樣即對模擬信號，每隔一定間隔(jin g)，如10ms，抽取波形，抽取后變?yōu)椴贿B續(xù)的波形。1.4伏2.4伏共三百三十四頁量化 量化：即把電壓(diny)取整數(shù)。如幅度

5、為2.4伏的電壓，而量化級數(shù)為4個數(shù)字電壓，則量化為2伏的電壓了。 編碼：如用2位編碼，則0伏為00，1伏為01，2伏為10，3伏為11，即為2位二進制編碼。0123共三百三十四頁抽取(chu q)的第1個點為1.4v，量化為1v，編碼為01。抽取的第2個點為2.4v，量化為2v，編碼為10。最后得到的數(shù)字信號為01 10。波形為：0伏為00，1伏為01，2伏為10，3伏為11共三百三十四頁語音編碼主要分為:1 波形編碼：壓縮數(shù)據(jù)量不大，話音失真(sh zhn)小2 參數(shù)編碼 ：壓縮數(shù)據(jù)量大，話音失真大3 混合編碼共三百三十四頁GSM中使用(shyng)CDMA中使用(shyng)共三百三十四

6、頁1波形(b xn)編碼 該技術(shù)主要用于有線電話網(wǎng)上，它壓縮(y su)的數(shù)據(jù)量少，話音質(zhì)量高。它基于時域模擬話音的波形，按一定的速率采樣、量化，對每個量化點用代碼表示。 解碼是相反過程，將接收的數(shù)字信號經(jīng)解碼和濾波后恢復(fù)成模擬信號。 波形編碼能提供很好的話音質(zhì)量，但編碼速率較高，為16kbps-64kbps，適合有線。常見的波形編碼技術(shù)包括有脈沖編碼調(diào)制（PCM）、差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）等。共三百三十四頁PCM帶寬(di kun)計算：如采樣頻率為8kHz,量化位數(shù)為8bit，則帶寬為8kHz*8bit=64kbps。即8000次/秒*8bit/次=64000bit/秒=64kbps因

7、此PCM編碼速率較高。注意：帶寬(di kun)=速率共三百三十四頁音頻數(shù)據(jù)量（B）=采樣(ci yn)時間(s)*采樣頻率(Hz,次數(shù)/s)*量化位數(shù)(bit/次)/8例如計算3分鐘，16位量化位數(shù),44.1kHz采樣頻率聲音的數(shù)據(jù)量為：音頻數(shù)據(jù)量=180*44100*16/8=15876000B=15.14MB共三百三十四頁2參數(shù)(cnsh)編碼 參數(shù)編碼又稱聲源編碼，該技術(shù)考慮了人的發(fā)聲的機理，并建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)輸入語音得出模型參數(shù)并傳輸，在收端恢復(fù)。它從模擬話音中提取(tq)各個特征參量并進行量化編碼，可實現(xiàn)低速率語音編碼，即1.2-4.8kbps，但話音質(zhì)量只能達到中等。共三百三十

8、四頁常見的參數(shù)編碼技術(shù)包括有線性預(yù)測（LPC）聲碼器和余弦聲碼器等。 80年代中期人們又對LPC聲碼器進行(jnxng)了改進，提出了混合激勵、規(guī)則激勵等。共三百三十四頁3混合(hnh)編碼 混合編碼是將波形編碼和參數(shù)編碼結(jié)合起來，吸收有波形編碼的高質(zhì)量和參數(shù)編碼的低速率這兩者之優(yōu)點。 常見的混合編碼技術(shù)有基于線性預(yù)測(yc)技術(shù)的分析-合成編碼算法，如GSM系統(tǒng)的規(guī)則脈沖激勵-長期預(yù)測編碼（RPE-LTP）混合編碼方案等。共三百三十四頁kbpsCDMA2000共三百三十四頁自適應(yīng)差分脈沖(michng)編碼調(diào)制共三百三十四頁手機(shu j)中聽到立體聲的音樂信道好則采用(ciyng)高速率

9、傳輸，信道不好則采用低速率傳輸共三百三十四頁不傳輸(chun sh)信號胸腔(xingqing)的氣流沖擊聲帶，并通過聲道發(fā)出去男子聲帶長而寬，聲音低，女子聲帶短而窄，聲音高共三百三十四頁縱軸是聲音的強度(qingd)，濁音有規(guī)律，其周期為Tp清音無規(guī)律，聲壓低，類似(li s)于白噪聲。橫軸是時間軸共三百三十四頁縱軸是聲音的強度，濁音(zhuyn)有規(guī)律，其周期為Tp清音(qngyn)無規(guī)律，聲壓低，類似于白噪聲。橫軸是時間軸共三百三十四頁fp=1/Tp,濁音(zhuyn)是一個一個的尖峰2fp濁音(zhuyn)頻譜清音頻譜橫軸是頻率軸共三百三十四頁因此，可以用周期性的波形(b xn)來模擬

10、濁音，而用白噪聲來模擬清音。所有頻率具有相同能量密度的隨機噪聲稱為白噪聲。 共三百三十四頁即清音(qngyn)和濁音模擬(mn)口腔和鼻腔的時變的濾波器基音的周期傳輸?shù)氖悄Ｐ偷膮?shù)，非常少,見下一頁模擬口腔和鼻腔模擬濁音模擬清音增益，即放大倍數(shù)共三百三十四頁我們說一個字，維持在零點幾秒到幾秒的時間。這段時間語音變化并不大。這樣我們在幾十個或幾百個毫秒才傳輸(chun sh)這樣一個參數(shù)，這樣就可以大大降低編碼的速率。共三百三十四頁根據(jù)語音以前的信息來預(yù)測參數(shù)下一階段的變化，通過不斷地修正(xizhng)這個變化，來跟蹤聲道的特性聲道的傳遞函數(shù)，見下一頁和估算( sun)值G是增益，即信號的放大

11、倍數(shù)輸出信號共三百三十四頁頻率(pnl)f頻率(pnl)f頻率f低通濾波器共三百三十四頁不需要(xyo)掌握誤差(wch)信號發(fā)送端發(fā)送過來移位電路實現(xiàn)預(yù)測得到的X(n)共三百三十四頁即 建立的模型和原始話音(huyn)之間的誤差用規(guī)則脈沖模擬濁音(zhuyn)，使激勵模型更為準(zhǔn)確即用LPC出來的信息與原始信息的差值送到收端共三百三十四頁不同激勵(jl)語音合成模型精細結(jié)構(gòu)頻譜包絡(luò)(bo lu)濁音，只傳周期清音脈沖的周期和幅度均不同，這樣來模擬濁音，GSM用長時延相關(guān)濾波器短時延相關(guān)濾波器分析參數(shù)，合成是引入原始及預(yù)測的誤差用碼本模擬，CDMA用，見下一頁短時延相關(guān)濾波器共三百三十四頁CEL

12、P是對人的語音進行大量的統(tǒng)計，形成一個碼本，就象字典一樣。它傳輸時，不是傳輸脈沖的周期及幅度，而是傳輸碼本的編號。相當(dāng)于傳字典中那一頁中的那一個字。這樣減小傳輸?shù)男畔⒘?。這是在IS-95，即CDMA系統(tǒng)中采用的方式(fngsh)。它比GSM傳輸?shù)男畔⒏?，但能達到更好的語音質(zhì)量。共三百三十四頁脈沖的周期(zhuq)及幅度都在變化，GSM中用GSM中用CDMA中用產(chǎn)生(chnshng)脈沖共三百三十四頁GSM語音(yyn)編碼提取模型(mxng)參數(shù)序列選擇共三百三十四頁S0GSM語音(yyn)譯碼共三百三十四頁根據(jù)(gnj)說話的變化既有大小又有方向(fngxing)的量，碼表矢量見下一頁見下

13、一頁共三百三十四頁QCELP：Qualcomm Code Excited Linear Prediction: Qualcomm 碼激勵(jl)線性預(yù)測共三百三十四頁碼表矢量即碼本，它是一個表，每次傳時只需傳這個表的地址，而不需傳整個碼表本身。整個碼表在發(fā)端(fdun)和收端共同保存著。因此傳輸?shù)男畔⒏?。碼表需要大量地統(tǒng)計人們發(fā)聲的數(shù)據(jù)，是一個統(tǒng)計出來的表。共三百三十四頁QCELP的特點(tdin)共三百三十四頁只需傳碼表的地址，而不需傳碼表的內(nèi)容，因此傳輸?shù)男畔⒘拷档?。通過選擇速率，有效地降低發(fā)射功率。使系統(tǒng)的干擾(gnro)減少，共三百三十四頁自適應(yīng)多速率(sl)語音編碼(AMR)第3代

14、移動通信系統(tǒng)(xtng)中采用采用固定交換和分共三百三十四頁AMR（Adaptive Multi-Rate）自適應(yīng)(shyng)多速率共三百三十四頁采用(ciyng)12.2kbps自適應(yīng)多速率語音(yyn)編碼(AMR)共三百三十四頁3.2 調(diào)制與解調(diào)(ji dio)技術(shù) 四相移相鍵控(QPSK)調(diào)制 /4移位(y wi)QPSK(/4-QPSK)調(diào)制 高斯最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制 多進制正交振幅調(diào)制（MQAM）共三百三十四頁 調(diào)制解調(diào)技術(shù)的宗旨是為了使通信系統(tǒng)的抗干擾、抗衰落性能得到提高并使頻率資源得到更充分的利用。 一般(ybn)在通信系統(tǒng)的發(fā)端進行調(diào)制，調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號。

15、解調(diào)，即在接收機端要將已調(diào)信號還原成要傳輸?shù)脑夹盘枴?共三百三十四頁例：幅度(fd)調(diào)制，即調(diào)幅波共三百三十四頁當(dāng)信號波幅度(fd)為正時，頻率增加當(dāng)信號波幅度為負(fù)時，頻率(pnl)減少頻率調(diào)制，即調(diào)頻波共三百三十四頁相位(xingwi)調(diào)制，即調(diào)相波共三百三十四頁數(shù)字調(diào)制(tiozh)技術(shù)概述（一）手機(shu j)一般用恒包絡(luò)調(diào)制如語音編碼經(jīng)天線發(fā)射出去共三百三十四頁非恒定包絡(luò)(bo lu)調(diào)制恒定(hngdng)包絡(luò)調(diào)制共三百三十四頁符號(fho)間干擾在相同(xin tn)的帶寬條件下傳輸更多的比特對鄰頻道干擾小發(fā)端和收端都已知的信號數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述（二）寬效率共三百三十四頁對鄰道的

16、干擾(gnro)很小在鄰頻道(pndo)上有很小的能量表示定向天線功率輻射方向上的能量每赫茲能傳輸多少bit/s，見第62張PPT見下一頁調(diào)制解調(diào)的主要功能共三百三十四頁基帶信號(xnho)調(diào)制即把比特流調(diào)制成IQ兩路的符號，調(diào)制成星座上的一個相位點。IQ信號：一路相位是0，另一路相位是90，叫做I路和Q路，它們就是兩路正交的信號。共三百三十四頁I路信號(xnho)Q路信號(xnho)共三百三十四頁正交分量就是兩個信號矢量正交（相位差90）；如sin(t)和cos(t)。第2個是把IQ兩路的信號經(jīng)過一個上變頻，搬到相應(yīng)的射頻上去，這是射頻的調(diào)制(tiozh)。對于GSM來說，即把基帶信號搬到9

17、00MHz上去。正交信號(xnho)：如下所述：那么f(x)和g(x)在(0,T)內(nèi)為正交信號返回共三百三十四頁頻帶利用率如BPSK，即在一個(y )調(diào)制符號上，就只能傳一個(y )bit。 QPSK，即在一個調(diào)制符號上，能傳兩個bit。共三百三十四頁IS-95中采用(ciyng)GSM中采用(ciyng)數(shù)字調(diào)制方法的分類見下一頁共三百三十四頁BFSK：當(dāng)傳輸0時，用f1這個頻率發(fā)出去。當(dāng)傳輸1時，用f2這個頻率發(fā)出去。BPSK：頻率是一樣的。當(dāng)傳輸0時，頻率是f，相位是0；當(dāng)傳輸1時，頻率是f，相位是；通過相位的變化(binhu)，來體現(xiàn)發(fā)送的是什么信息。共三百三十四頁各類二進制調(diào)制(ti

18、ozh)波形圖2FSK：當(dāng)傳輸1時，用一個(y )頻率f1；當(dāng)傳輸0時，用另外一個頻率f2，f2=f1/2, f2的頻率比f1低一倍。2PSK：當(dāng)傳輸1時，初始相位為0；當(dāng)傳輸0時，初始相位為。共三百三十四頁移動通信中的調(diào)制(tiozh)技術(shù)高斯(o s)成形最小移頻鍵控QPSK共三百三十四頁模擬調(diào)制(tiozh)系統(tǒng)5.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理一般原理：幅度調(diào)制如下頁圖。設(shè)正弦型載波為：式中，A 載波幅度；c 載波角頻率；0 載波初始相位（以后假定0 0）。 則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(xnho)（已調(diào)信號(xnho)）一般可表示成式中， m(t) 基帶調(diào)制信號。共三百三十四頁例：幅

19、度調(diào)制(tiozh)，即調(diào)幅波共三百三十四頁模擬(mn)調(diào)制系統(tǒng)頻譜設(shè)調(diào)制(tiozh)信號m(t)的頻譜為M()，則已調(diào)信號的頻譜為由以上表示式可見，在波形上，已調(diào)信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律而正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。共三百三十四頁模擬調(diào)制(tiozh)系統(tǒng)調(diào)幅（AM）時域表示式式中 m(t) 調(diào)制(tiozh)信號，均值為0； A0 常數(shù)，表示疊加的直流分量。共三百三十四頁頻譜：若m(t)為確定信號，則AM信號的頻譜為若m(t)為隨機信號，則已調(diào)信號的頻域表示式必須用功率(gngl)譜描述。調(diào)制器模型已調(diào)信號(xnho)沖激函數(shù)見下頁共三百三十

20、四頁(t) 單位(dnwi)沖激函數(shù)t(1)(t)= 0 t0 t=0矩形脈沖寬度(kund)為高度為1/則矩形的面積為*1/=1，將0則變?yōu)闆_激函數(shù)共三百三十四頁模擬調(diào)制(tiozh)系統(tǒng)載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶頻譜圖由頻譜可以看出，AM信號的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制(tiozh)信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。調(diào)制信號m(t)的頻譜為M()共三百三十四頁下面講調(diào)制(tiozh)的實質(zhì)共三百三十四頁脈沖成形(chn xn)使用的場合脈沖成形(chn xn)技術(shù)共三百三十四頁BPSK,QPSK中使用(shyng)，在CDMA系

21、統(tǒng)中廣泛采用使用它可以保證(bozhng)抽樣點無失真GSM中采用見后面頁見下頁圖共三百三十四頁【例3.5】 圖示門函數(shù)（或稱矩形脈沖），用符號表示，其寬度(kund)為，幅度為1。求其頻譜函數(shù)。 方波信號經(jīng)過(jnggu)傅里葉變換后，它的頻帶寬度是無限的。共三百三十四頁經(jīng)過BPSK，QPSK調(diào)制后，對鄰道的干擾大，旁瓣也比較高。怎么有效地抑制這些旁瓣呢？可以使用脈沖成型技術(shù)。由于矩形脈沖存在跳變點，使它的旁瓣非常高。經(jīng)過帶限信道后，會造成(zo chn)ISI。脈沖成型可以減少ISI，減少旁瓣。共三百三十四頁由于多徑效應(yīng)，在接收方，會得到多路信號疊加之和。那么前一個符號和后一個符號就會有重

22、疊。對于符號的檢測來說，就會造成干擾。這種干擾叫符號間的干擾。脈沖成型不能完全消除ISI，在GSM中還采用(ciyng)自適應(yīng)均衡，在CDMA中采用RAKE接收機來進一步消除ISI。共三百三十四頁脈沖成型技術(shù)的功能：在發(fā)送端，調(diào)制信號是一個方波。需要對方(dufng)波進行整形，使它的帶外衰減大，對鄰道的干擾比較小。共三百三十四頁，滾降系數(shù)，隨著的增加，會帶來一些(yxi)帶外的干擾。=0是一個帶限的信號。在最大值處采樣(ci yn)，然后在幅度為0處采樣，這樣這兩個符號沒有干擾，從而消除了ISI傳遞函數(shù)，橫軸為f脈沖響應(yīng)升余弦滾降濾波器頻率時間共三百三十四頁CDMA中=0.35WCDMA中=

23、0.22越小，則頻域的截止(jizh)效應(yīng)會更好。共三百三十四頁高斯(o s)成型濾波器象一個(y )高斯分布，越小，在時間上越集中共三百三十四頁話音(huyn)信號發(fā)送(f sn)端：電壓控制振蕩器，話音信號幅度越高，則控制晶振的電壓越高，那么晶振產(chǎn)生的頻率越高。鑒頻器和VCO相反，它可以根據(jù)電壓的高低，轉(zhuǎn)化為頻率的高低，恢復(fù)出語音信號。在20kHz里有信號，剩余的5kHz作為保護間隔模擬調(diào)制方式-調(diào)頻（FM）共三百三十四頁對發(fā)射機功率(gngl)放大器的線性要求低這種放大器工作(gngzu)在非線性區(qū)域?qū)Ψ鹊脑黾雍蜏p少，不影響信息的解調(diào)，無線信道會把信號的幅度增加或減少。限幅器見下一頁高

24、斯成型移頻鍵控 高斯成形濾波器接收端共三百三十四頁雙向限幅器的限幅特性(txng)雙向限幅器的輸出(shch)波形限幅電路的作用是把輸出信號幅度限定在一定的范圍內(nèi)。亦即當(dāng)輸入電壓超過或低于某一參考值后，輸出電壓將被限制在某一電平（稱作限幅電平），且再不隨輸入電壓變化。共三百三十四頁要發(fā)送0時，頻率為fc-f。接收方怎么區(qū)別(qbi)是0或1呢？就是判斷頻率是fc-f還是fc+f。fc是載波(zib)的中心頻率見下一頁連續(xù)變化的, 相位如果不連續(xù)，則功率譜的帶外的旁瓣比較高，對鄰道的干擾就比較大。所以希望相位是連續(xù)的。在兩個bit轉(zhuǎn)換的地方，能夠做到調(diào)制符號相位上的連續(xù)經(jīng)過時間Tb/fb=2f*

25、Tb共三百三十四頁調(diào)制指數(shù)：h=2f/fb調(diào)制指數(shù)h=最大頻偏/調(diào)制低頻的頻率表示頻率偏移相對于頻率的比值(bzh)，Tb=1/fb是比特持續(xù)時間 共三百三十四頁發(fā)送0和發(fā)送1這兩個信號是正交的，在Tb范圍(fnwi)內(nèi)，S0和S1的相關(guān)值是0A表示(biosh)信號的幅度，k表示一個相位，ak表示當(dāng)前傳輸?shù)氖?或1這樣一個比特共三百三十四頁下面(xi mian)講MSK及GMSK。共三百三十四頁二進制相移鍵控(BPSK)見通信(tng xn)原理共三百三十四頁差分方式稱為(chn wi)絕對相位調(diào)制CDMA不采用絕對移相體制(tzh)，采用導(dǎo)頻信道，相當(dāng)于發(fā)一個信標(biāo)，發(fā)送端和接收端都已知的信

26、號共三百三十四頁根據(jù)發(fā)送的信號是0或1，來改變(gibin)調(diào)制的信號比GMSK還簡單(jindn)1個QPSK在星座圖上有4個相位點，它可以在一個調(diào)制符號里表示2個bit,2個bit對應(yīng)4個調(diào)制符號。4選1應(yīng)該確定是哪兩個bit。經(jīng)串/并后，分為兩路，1路為I路，另1路為Q路，和I路正交脈沖成型技術(shù)，經(jīng)過升余弦成形濾波再經(jīng)過一個上變頻如果不是雙路，是單路，則稱為BPSK共三百三十四頁IS-95中采用(ciyng)要求放大器工作在線性區(qū)域，功率效率(xio l)會降低4個相位點可以表示2個bit,每兩個bit表示一個相位點，比特變換可以沿著正方形走，可以認(rèn)為屬于恒包絡(luò)的性質(zhì)。從右上角相位點走到

27、左下角相位點時，會過幅度的0點，這樣就會出現(xiàn)失去恒包絡(luò)的性質(zhì)。從時域波形來看，在任何時刻，前后兩個bit始終只變換1個bit，只有1個bit有變化，另外一個bit無變化?？梢员ＷC相位點沿著正方形的邊線走。共三百三十四頁延遲1個bit=延遲1/2個調(diào)制(tiozh)符號共三百三十四頁3.3 擴頻通信 擴頻通信的理論(lln)基礎(chǔ) 擴頻通信的基本原理 共三百三十四頁 擴展頻譜通信(tng xn)簡稱“擴頻通信(tng xn)”，最早出現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)，作為美軍使用的無線保密通信(tng xn)技術(shù)。擴頻通信(tng xn)的基本特點是傳輸信息所用信號的帶寬遠遠大于信息本身的帶寬。因為擴展了信號頻

28、譜，使擴頻通信(tng xn)具有一系列獨特的優(yōu)點。共三百三十四頁3.3.1 擴頻通信的理論(lln)基礎(chǔ) 擴頻通信的基本特點，是傳輸信號所占用的頻帶寬度(W)遠大于原始信息本身實際所需的最小(有效)帶寬(DF)，其比值(bzh)稱為處理增益： （式3-15） 共三百三十四頁 擴頻通信的可行性，是從信息論和抗干擾理論中的相關(guān)公式中引伸而來(r li)的。信息論中關(guān)于信息容量的香農(nóng)(Shannon)公式為： 式中：C為信道容量(用傳輸速率度量)，W 為信號(xnho)頻帶寬度， S為信號功率，N為白噪聲功率。 （式3-16）共三百三十四頁 香農(nóng)公式表明，在給定信號功率和白噪聲功率的情況下，只要采

29、用某種編碼系統(tǒng)(xtng)，就能以任意小的差錯概率，以接近于信道容量C的傳輸速率來傳送信息。式(3-16)還說明，在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比SN是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比SN情況下，傳輸可靠的信息。 共三百三十四頁 換句話說，若減少帶寬，則必須發(fā)送較大的信號功率（較大的信噪比來傳送）；反過來，若有較大的傳輸帶寬，則同樣的信道容量能夠由較小的信號功率（較小的信噪比來傳送）。甚至在信號被噪聲湮沒的情況下，即S/N1，或10log2 （S/N）0dB，只要相應(yīng)(xingyng)地增加信號帶寬，也能進行可靠的通信。 共三百三十四頁 擴頻通信可行性的

30、另一理論基礎(chǔ)(jch)，是柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯概率的公式： 式中：Pe為差錯概率，E為信號(xnho)能量，n。為噪聲功率譜密度，f為某一函數(shù)。 （式3-17）共三百三十四頁 因為，信號(xnho)功率PET (T為信息持續(xù)時間)，而噪聲功率NWn。(W為信號頻帶寬度)，信息帶寬BlT，則（式3-17）可化為：（式3-18）共三百三十四頁 （式3-18)說明，差錯概率Pe是輸入信號與噪聲功率之比（S/N）和信號帶寬與信息帶寬比（W/B）二者乘積的函數(shù)。（式3-18)與（式3-16)一樣，說明信噪比和帶寬是可以互換的，它同樣指示了用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的降低?？傊?，我們用信息帶

31、寬的100倍，甚至1000倍以上的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾(gnro)能力，即在強干擾(gnro)條件下保證可靠安全地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據(jù)。共三百三十四頁3.3.2 擴頻通信的基本原理 1直接序列擴頻通信系統(tǒng) 第一種碼分直擴系統(tǒng)構(gòu)成的簡單框圖如圖3-20(a)所示。在這種系統(tǒng)中，發(fā)端的用戶信息(xnx)數(shù)據(jù)ai首先與其對應(yīng)的地址碼Wi相乘(或模2加)，進行地址碼調(diào)制；再與高速偽隨機碼(PN碼)相乘(或模2加)，進行擴頻調(diào)制。在收端，擴頻信號經(jīng)過由本地產(chǎn)生的與發(fā)端偽隨機碼“完全相同（包括碼型和相位相同）”的PN碼解擴后，再與相應(yīng)的地址碼(WkWi)進行

32、相關(guān)檢測，得到所需的用戶信息(rk=ai)。共三百三十四頁 系統(tǒng)中的地址碼是采用一組正交碼，而偽隨機碼系統(tǒng)中只有一個，用于加擴和解擴，以增強(zngqing)系統(tǒng)的抗干擾能力。這種系統(tǒng)由于采用了完全正交的地址碼組，各用戶之間的相互影響可以完全除掉，提高了系統(tǒng)的性能，但是整個系統(tǒng)更為復(fù)雜，尤其是同步系統(tǒng)。共三百三十四頁 圖3-20 （a）碼分直擴系統(tǒng)(xtng)共三百三十四頁 第二種碼分直擴系統(tǒng)構(gòu)成的簡單框圖如圖3-20(b)所示。在這種系統(tǒng)中，發(fā)端的用戶信息數(shù)據(jù)ai直接與之對應(yīng)的高速偽隨機碼(PNi碼)相乘(或模2加)，進行地址調(diào)制(tiozh)同時又進行了擴頻調(diào)制(tiozh)。在收端，擴頻

33、信號經(jīng)過與發(fā)端偽隨機碼完全相同的本地產(chǎn)生的偽隨機碼(PNk=PNi)解擴，相關(guān)檢測得到所需的用戶信息(rkai)。共三百三十四頁 圖3-20 （b）碼分直擴系統(tǒng)(xtng)共三百三十四頁 在這種系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的偽隨機碼不是一個，而是采用一組正交性良好的偽隨機碼組，其兩兩之間的互相關(guān)值接近于0。該組偽隨機碼既用做用戶的地址碼，又用于加擴和解擴，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力。這種系統(tǒng)與第一種系統(tǒng)相比，由于去掉了單獨的地址碼組，用不同的偽隨機碼來代替，整個系統(tǒng)相對簡單一些(yxi)。但是，由于偽隨機碼組不是完全正交的，而是準(zhǔn)正交的，也就是碼組內(nèi)任意兩個偽隨機碼的互相關(guān)值不為0，各用戶之間的相互影響不可能完

34、全除掉，整個系統(tǒng)的性能將受到一定的影響。共三百三十四頁 由上可見(kjin)，擴頻通信系統(tǒng)與普通數(shù)字通信系統(tǒng)相比，就是多了擴頻調(diào)制和解擴部分。 信息數(shù)據(jù)（速率Ri）經(jīng)過信息調(diào)制器后輸出(shch)的是窄帶信號（圖3-21中（a），經(jīng)過擴頻調(diào)制（加擴）后頻譜展寬（圖3-21中（b），在接收機的輸入信號中如果加有干擾信號，其功率譜如圖3-21中（c）所示，經(jīng)過擴頻解調(diào)（解擴）后有用信號變成窄帶信號，而干擾信號變成寬帶信號（圖3-21中（d），再經(jīng)過窄帶濾波器，濾掉有用信號帶外的干擾信號（圖3-21中（e），從而降低了干擾信號的強度，改善了信噪比。這就是擴頻通信系統(tǒng)抗干擾的基本原理。共三百三十四頁圖

35、3-21 擴頻通信系統(tǒng)(xtng)頻譜變換圖共三百三十四頁 直接序列擴頻通信系統(tǒng)(xtng)是以直接擴頻方式構(gòu)成的擴展頻譜通信系統(tǒng)(xtng)，通常簡稱直擴（DS）系統(tǒng)，又稱偽噪聲（PN：Pseudo-Noise）擴頻系統(tǒng)。2.直接序列擴頻信號(xnho)的波形共三百三十四頁圖3-22 直擴頻系統(tǒng)(xtng)各點波形和頻譜 共三百三十四頁 3跳頻擴頻通信系統(tǒng) 跳頻(FH)通信是指用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控，也是一種擴頻技術(shù)，即通信使用的載波頻率受一組快速變化的偽隨機碼控制(kngzh)而隨機的跳變。這種載波變化的規(guī)律，通常叫做“跳頻圖案”。跳頻實際上是一種復(fù)雜的頻移鍵控，是一種用偽隨

36、機碼進行多頻頻移鍵控的通信方式。共三百三十四頁最簡單的頻移鍵控只有兩個頻率f1和f2，分別代表空號和傳號(chun ho)，稱之為二元頻移鍵控（2FSK），其波形如圖3-23所示。而在跳頻擴頻通信系統(tǒng)中，載波頻率有幾個、幾十個、甚至上千萬個，必須用復(fù)雜的偽隨機碼來控制頻率的變化。這是跳頻系統(tǒng)與頻移鍵控的不同之處。跳頻系統(tǒng)的組成方框圖如圖3-24所示。共三百三十四頁圖3-23 二元頻移鍵控的波形(b xn) 共三百三十四頁圖3-24 跳頻系統(tǒng)(xtng)組成方框圖 共三百三十四頁 由圖3-25可見，從時域上看，跳頻信號是一個多頻率的頻移鍵控信號；從頻域上看，跳頻信號的頻譜是一個在很寬頻帶上隨機跳

37、變的不等間隔(jin g)的頻率信道。圖中載波頻率跳變次序是：f5f4f7f0f6f3f1。如果從時間-頻率域來看，跳頻信號為一個時-頻矩陣，每個頻率持續(xù)時間為Tc秒。共三百三十四頁圖3-25 跳頻信號(xnho)的時一域矩陣圖 共三百三十四頁跳頻分慢跳頻和快跳頻。慢跳頻:跳頻速率低于信息比特速率，即連續(xù)幾個(j )信息比特跳頻一次；快跳頻:跳頻速率高于信息比特速率，即每個信息比特跳頻一次以上。共三百三十四頁 跳頻速率應(yīng)根據(jù)使用要求來決定。一般來說，跳頻速率越高，跳頻系統(tǒng)的抗干擾性能就越好，但相應(yīng)的設(shè)備復(fù)雜性與成本也越高。跳頻的頻率間隔應(yīng)選擇1Tc(Tc為頻率停留時間，即跳頻時間間隔)，使一載

38、波頻率的峰值處于其他頻率的零點，這就構(gòu)成了頻率正交關(guān)系，避免了相互干擾，便于信號分離。若取頻率數(shù)K，則占用(zhn yn)總的頻率帶寬為W=K/Tc。共三百三十四頁 4跳時擴頻通信系統(tǒng) 與跳頻相似，跳時（TH：Time Hopping）是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。我們先把時間軸分成許多時隙(sh x)。在一幀內(nèi)哪個時隙(sh x)發(fā)射信號由擴頻碼序列進行控制。因此，可以把跳時理解為：用一定碼序列進行選擇的多時隙(sh x)的時移鍵控。由于采用了窄得多的時隙(sh x)去發(fā)送信號，相對來說，信號的頻譜也就展寬了。共三百三十四頁 如圖3-26，在發(fā)端輸入的數(shù)據(jù)先存儲起來，由擴頻碼發(fā)送器產(chǎn)生的擴頻碼

39、序列去控制通-斷開關(guān)，經(jīng)二相或四相調(diào)制后再經(jīng)射頻調(diào)制后發(fā)射。在收端，由射頻接收機輸出的中頻(zhngpn)信號經(jīng)本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列控制通-斷開關(guān)，再經(jīng)二相或四相解調(diào)器，送到數(shù)據(jù)存儲器經(jīng)再定時后輸出數(shù)據(jù)。共三百三十四頁 只要收發(fā)兩端在時間上嚴(yán)格同步進行，就能正確(zhngqu)的恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。跳時也可以看成是一種時分系統(tǒng)，所不同的是它不是在一幀中固定分配一定位置的時隙，而是由擴頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時隙。跳時系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時隙數(shù)。由于簡單的跳時抗干擾性不強，故很少單獨使用。跳時通常都與其他方式結(jié)合后使用，組成各種混合方式。 共三百三十四頁 圖3-26 跳

40、時系統(tǒng)(xtng)的信號波形示意圖 共三百三十四頁 擴頻通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)包括處理增益和抗干擾容限。處理增益表示了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度(chngd)；抗干擾容限是在保證系統(tǒng)正常工作的條件下，接收機輸入端能承受的干擾信號比有用信號高出的分貝(dB)數(shù)，它表示系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的工作性能，它直接反映了擴頻通信系統(tǒng)接收機允許的極限干擾強度，它往往能比處理增益更確切地表達系統(tǒng)的抗干擾能力。共三百三十四頁擴頻通信的主要(zhyo)特點有：(1)抗干擾能力強；(2)保密性好；(3)可以實現(xiàn)碼分多址；(4)抗衰落、抗多徑干擾；(5)能精確地定時和測距，等等。共三百三十四頁3.4 分集接收(jish

41、u)分集技術(shù)的分類(fn li) 幾種常用的顯分集技術(shù) 幾種常用的隱分集技術(shù) 分集合并技術(shù) 共三百三十四頁 分集接收技術(shù)是一項主要的抗衰落技術(shù)，它可以大大提高多徑衰落信道下的傳輸可靠性，其本質(zhì)就是采用兩種或兩種以上的不同方法接收同一信號(xnho)以克服衰落，其作用是在不增加發(fā)射機功率或信道帶寬的情況下充分利用傳輸中的多徑信號(xnho)能量，以提高系統(tǒng)的接收性能。它的基本思路是：將接收到的多徑信號(xnho)分離成不相關(guān)的（獨立的）多路信號(xnho)，即選取了一個信號(xnho)的兩個或多個獨立的采樣，這些樣本的衰落是互不相關(guān)的，這意味著所有樣本同時低于一個給定電平的概率比任何一個樣本低于

42、該值的概率要小得多；然后將這些信號(xnho)的能量按一定規(guī)則合并起來，使接收的有用信號(xnho)能量最大。對數(shù)字系統(tǒng)而言，使接收端的誤碼率最小，對模擬系統(tǒng)而言，提高接收端的信噪比。共三百三十四頁 目前，分集技術(shù)已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用，如IS-95中用RAKE進行二重空間接收，而第三代移動通信中不論(bln)WCDMA還是CDMA2000則都采用發(fā)端分集技術(shù)。共三百三十四頁 3.4.1 分集技術(shù)(jsh)的分類 “分”與“集”是一對矛盾。為了在接收端得到幾乎相互獨立的不同路徑，可以通過空域、頻域和時域的不同角度、不向方法來加以實現(xiàn)。因此分集技術(shù)研究是利用信號的基本參量在時域、頻域和空域中，如

43、何分散開又如何收集起來的技術(shù)。共三百三十四頁 從信號傳輸?shù)姆绞絹砜?，分集技術(shù)分為顯分集和隱分集兩大類。其中顯分集指利用多副天線接收信號的分集，構(gòu)成明顯的分集信號的傳輸方式，它又分為宏分集和微分集（包括空間分集、頻率(pnl)分集、時間分集、極化分集、路徑分集、場分量分集、角度分集等）；隱分集只需一副天線來接收信號的分集，分集隱含在傳輸信號之中，在接收端利用信號處理技術(shù)來實現(xiàn)分集接收，它又分為交織編碼技術(shù)、跳頻技術(shù)、直接擴頻技術(shù)等。共三百三十四頁分集技術(shù)(jsh) 顯分集隱分集交織(jiozh)編碼技術(shù)跳頻技術(shù)直接擴頻技術(shù)宏分集微分集空間分集頻率分集時間分集極化分集路徑分集場分量分集角度分集共三

44、百三十四頁3.4.4分集合(jh)并技術(shù) 在分集接收中，在接收端從不同的N個獨立(dl)信號支路所獲得的信號，可以通過不同形式的合并技術(shù)來獲得分集增益。如果從合并所處的位置來看：合并可以在檢測器以前，即中頻和射頻上進行合并，且多半是在中頻上合并；也可以在檢測器以后，即在基帶上進行合并。合并時采用的準(zhǔn)則與方式主要可以分為三種：最大比值合并、等增益合并和選擇式合并。 共三百三十四頁3.4.2 幾種常用(chn yn)的顯分集技術(shù) 在顯分集技術(shù)中又分為宏分集與微分集兩種形式。 宏分集（也稱為“多基站”分集）以減少由于陰影效應(yīng)而引起的大范圍慢衰落為目的，它的做法是把多個基站設(shè)置在不同的地理位置和不同方

45、向上，同時和一個(y )移動臺進行通信，也可以選用其中信號最好的一個(y )基站與移動臺進行通信。 共三百三十四頁 微分集是以抗快衰落為目的，同一天線場地使用兩個或多個天線的分集方式。理論和實踐都表明，在空間、頻率、極化、場分量、角度及時間等方面分離(fnl)的無線信號，都呈現(xiàn)互相獨立的衰落特性，因此可采用空間分集、時間分集、頻率分集、極化分集、角度分集和多徑分集等多種分集技術(shù)。共三百三十四頁1空間(kngjin)分集 空間分集在發(fā)端(fdun)采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多副間隔距離d/2（為工作波長）的天線接收，以保證接收天線輸出信號的衰落特性是相互獨立的。經(jīng)相應(yīng)的合并電路從中選出信號

46、幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個總的接收天線輸出信號，從而降低了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃?。該技術(shù)在FDMA、TDMA及CDMA移動通信系統(tǒng)中都有應(yīng)用。共三百三十四頁2時間(shjin)分集 快衰落除了具有空間和頻率獨立性之外，還具有時間獨立性，即同一信號以大于相干時間的時間間隔重復(fù)傳輸(chun sh)M次，只要各次發(fā)送的時間間隔足夠大，那么各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨立的，即得到M條獨立的分集支路。接收機將重復(fù)收到的同一信號進行合并，以減小衰落的影響。 共三百三十四頁3頻率(pnl)分集 頻率分集就是將信息分別在不同的載頻上發(fā)射出去，要求載頻間的頻率間隔要大于信道相關(guān)帶寬

47、，以保證(bozhng)各頻率分集信號在頻域上的獨立性，在接收端就可以得到衰落特性不相干的信號。在移動通信系統(tǒng)中，可采用信號載波頻率跳變擴展頻譜技術(shù)來達到頻率分集的目的。和空間分集相比，頻率分集的優(yōu)點是減少了天線數(shù)目，缺點是要占用更多的頻譜資源，在發(fā)端需要多部發(fā)射機。 共三百三十四頁4角度(jiod)分集 當(dāng)工作頻率高于10GHz時，從發(fā)射機到接收機的散射信號產(chǎn)生從不同(b tn)方向來的互不相關(guān)的信號。這樣接收端利用方向性天線，在同一位置設(shè)置指向不同(b tn)方向的兩個或更多的有向天線，向合成器提供信號，以達到克服衰落的目的。采用這種方案，移動臺比基站的電路更有效。共三百三十四頁5極化(j

48、 hu)分集 極化分集實際上是空間分集的特殊情況。兩個(lin )在同一地點極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號呈現(xiàn)出互不相關(guān)的衰落特性。利用這一特點，在發(fā)端同一地點裝上垂直極化和水平極化兩副發(fā)射天線，在收端同一地點裝上垂直極化和水平極化兩副接收天線，就可以得到兩路衰落特性互不相關(guān)的極化分量。這種方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，缺點是由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，將有3dB的信號功率損失。共三百三十四頁6場分量(fn ling)分集 由電磁場理論可知，電磁波的E場和H場載有相同的消息，而反射(fnsh)機理是不同的，例如一個散射體反射(fnsh)E波和H波的駐波圖形相位差90，即當(dāng)E波為最大時，

49、H波最小。因此利用場分量的這個特點也可以實現(xiàn)分集。共三百三十四頁7多徑分集 移動臺接收到的信號是一個多徑衰落信號。通常這一多徑衰落信號的時延差很小且是隨機的，對于窄帶系統(tǒng)（如模擬TACS、數(shù)字(shz)GSM系統(tǒng)），在同一地點，到達的各路信號是相關(guān)的，無法分離。只有特定設(shè)計的擴頻信號才可以進行分離，分離的手段是相關(guān)接收。 現(xiàn)以三條路徑為例簡述RAKE接收機的工作原理，如下圖3-27所示。共三百三十四頁 圖3-27 移動(ydng)臺接收機方框圖 共三百三十四頁3.4.3 幾種(j zhn)常用的隱分集技術(shù)交織(jiozh)編碼技術(shù)跳頻技術(shù)共三百三十四頁1交織編碼(bin m)技術(shù) 交織編碼的目

50、的是把一個(y )較長的連續(xù)突發(fā)差錯離散成隨機的非連續(xù)差錯，再用糾正隨機差錯的編碼（FEC）技術(shù)消除隨機差錯。交織深度越大，則離散度越大，抗突發(fā)差錯能力也就越強，但處理時間也越長，從而造成數(shù)據(jù)傳輸時延增大。也就是說，交織編碼是以時間為代價的。因此，交織編碼屬于時間隱分集。共三百三十四頁交織編碼技術(shù)(jsh)舉例如下： 假設(shè)原始為11101101100101010110D101011共計28位，按47矩陣排列(pili)，依次按行寫入發(fā)送矩陣，如圖3-28（a）所示。 將圖3-28（a）中的數(shù)據(jù)用“橫寫豎讀”法寫入塊交織器，這時交織器的輸出就是按圖3-28 （b）中的左面第一列1010，然后第二

51、列l(wèi)l01。 共三百三十四頁圖3-28 交織(jiozh)原理示意圖 共三百三十四頁2跳頻技術(shù)(jsh) 跳頻有慢跳頻（SFH）和快跳頻（FFH）兩種。慢跳頻的跳頻速率低于信息比特率，即連續(xù)幾個信息比特跳頻一次。GSM系統(tǒng)中，傳輸頻率在一個完整的突發(fā)(t f)脈沖傳輸期間保持不變，屬于慢跳頻?？焯l的跳頻速率高于或等于信息比特率，即每個信息比特跳頻一次以上。 共三百三十四頁3.4.4分集合(jh)并技術(shù)最大比值(bzh)合并等增益合并選擇式合并 共三百三十四頁1 最大比值(bzh)合并 最大比合并是在接收端有N個分集支路，經(jīng)過相位(xingwi)調(diào)整后，按適當(dāng)?shù)脑鲆嫦到y(tǒng)，同相相加，再送入檢測器

52、進行檢測。利用切比雪夫不等式，設(shè)N為每支路噪聲功率，可以證明當(dāng)可變加權(quán)系數(shù)為時，分集合并后的信噪比達到最大值。最大比合并的平均輸出信噪比、最大比合并增益分別如（式3-20）、（式3-21）所示。共三百三十四頁（式3-20） （式3-21） 可見信噪比越大，最大比合并對合并后的信號貢獻越大；另外平均輸出信噪比隨M（分集支路(zh l)數(shù)目）的增加而增加。 共三百三十四頁2 等增益(zngy)合并 等增益合并(hbng)是各支路的信號等增益相加，即（式3-10）中加權(quán)系數(shù)ak=1，k=1，2，M。等增益合并后平均輸出信噪比、等增益合并增益分別如（式3-22）、（式3-23）所示。共三百三十四頁（式

53、3-22） （式3-23） 共三百三十四頁3 選擇(xunz)式合并 選擇式合并是檢測所有分集支路的信號，以選擇其中信噪比最高的那一個支路作為合并器的輸出。由（式3-19）可見，在選擇式合并器中，加權(quán)系數(shù)只有一項為l，其余均為0。選擇式合并又稱為(chn wi)開關(guān)式相加。這種方式方法簡單，實現(xiàn)容易。選擇式合并的平均輸出信噪比、選擇式合并增益分別如（式3-24）、（式3-25）所示。共三百三十四頁（式3-24） （式3-25） 可見，每增加一條分集支路，對選擇式分集輸出信噪比的貢獻僅為總分集支路數(shù)的倒數(shù)倍。圖3-29給出了三種合并方式平均(pngjn)信噪比的改善程度。共三百三十四頁圖3-29

54、 三種(sn zhn)分集合并性能比較共三百三十四頁3.5 鏈路自適應(yīng)(shyng)技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)概述及關(guān)鍵技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用(yngyng)與發(fā)展共三百三十四頁 隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信用戶也在大量增長。同時用戶對無線通信業(yè)務(wù)的需求也從低速的單一話音業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向高速的多媒體業(yè)務(wù)，因此未來的無線通信系統(tǒng)必須具有高的頻譜利用率和高速數(shù)據(jù)傳輸能力。我們知道，無線通信信道是時變信道，根據(jù)(gnj)Shannon信道容量公式，在一定頻譜上信道容量取決于信道的特性（如衰落、噪聲和干擾等），因此無線信道的容量也是時變的。共三百三十四頁 鏈路自適應(yīng)（LA：Link Adaptation）技術(shù)動

55、態(tài)地跟蹤信道變化，根據(jù)信道情況確定當(dāng)前信道的容量，進而(jn r)改變傳輸信息的符號速率、發(fā)送功率、編碼速率和編碼方式、調(diào)制的星座圖尺寸和調(diào)制方式等參數(shù)，因此可以最大限度地發(fā)送信息，實現(xiàn)更低的誤碼率，并減輕對其他用戶的干擾，滿足不同業(yè)務(wù)的需求，提高系統(tǒng)的整體吞吐量。共三百三十四頁3.5.1鏈路自適應(yīng)技術(shù)(jsh)概述及關(guān)鍵技術(shù)(jsh) 鏈路自適應(yīng)技術(shù)雖然是對物理層的傳輸參數(shù)進行調(diào)整，但它不僅僅需要物理層，也需要其他各層之間緊密配合。圖3-30中可以看出：鏈路自適應(yīng)技術(shù)需要物理層提供調(diào)制、編碼和發(fā)射功率等參數(shù)信息；需要鏈路層提供一條(y tio)可靠的信令鏈路，以便在發(fā)射參數(shù)改變時通知接收機和

56、發(fā)射機，以協(xié)調(diào)它們之間的工作 共三百三十四頁圖3-30 鏈路自適應(yīng)技術(shù)(jsh)結(jié)構(gòu)共三百三十四頁 鏈路自適應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)包括自適應(yīng)調(diào)制和編碼等一系列算法和協(xié)議組成，隨著對多天線（MIMO）和多載波（OFDM）等技術(shù)的大量采用，鏈路自適應(yīng)設(shè)計將綜合時域、頻域和空域上的信道變化特性進行(jnxng)。鏈路自適應(yīng)主要涉及以下關(guān)鍵技術(shù)： 自適應(yīng)調(diào)制技術(shù) 自適應(yīng)差錯控制技術(shù)共三百三十四頁 （1）自適應(yīng)調(diào)制技術(shù) 調(diào)制方式的星座設(shè)計對無線通信系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。不同的調(diào)制方式具有不同的傳輸速率，在同樣誤碼率性能要求下所需要的發(fā)射功率也不相同。自適應(yīng)調(diào)制根據(jù)信道的時間、頻率和空間選擇特性，將時、頻、空域劃分成

57、多個子信道，根據(jù)各子信道的條件好壞，為它們分配不同數(shù)目(shm)的比特，進而映射為不同的調(diào)制方式，如圖3-31所示。共三百三十四頁圖3-31 自適應(yīng)(shyng)調(diào)制技術(shù)共三百三十四頁 為了使各子信道上分配的比特數(shù)目盡可能地與信道條件相匹配，并且具有盡量低的復(fù)雜度，人們提出(t ch)了各種算法： Water-Filling算法 此算法是最優(yōu)鏈路自適應(yīng)算法，它能使系統(tǒng)的頻譜利用率逼近Shannon界。它的基本思想是給信道條件好的子信道多分配發(fā)射功率和數(shù)據(jù)比特，對信道條件差的子信道少分配或不分配發(fā)射功率和比特。但Water-Filling算法給每個子信道分配的比特數(shù)目可能為非整數(shù)，不存在相應(yīng)的調(diào)

58、制方式，而且其實現(xiàn)復(fù)雜度相當(dāng)高，所以很少應(yīng)用于高速無線數(shù)據(jù)傳輸中。共三百三十四頁 Hughes-Hartogs算法 該算法的優(yōu)化準(zhǔn)則是在約束總發(fā)射功率和維持目標(biāo)誤碼率前提下使頻譜效率最高。它是一種基于迭代的連續(xù)比特和功率分配算法。每一次迭代只分配一個比特，該比特分配給只需要增加最少發(fā)射功率就能維持目標(biāo)誤碼率的子信道。迭代過程循環(huán)(xnhun)進行，直到所有功率被分配完畢。該算法迭代的數(shù)目等于所需分配的總比特數(shù)，每次迭代都要在所有子信道間進行比較操作，因此運算復(fù)雜度高，導(dǎo)致實時性較差。而且，該算法造成系統(tǒng)設(shè)計的靈活性較差。共三百三十四頁 Chow算法 該算法是為了減少自適應(yīng)比特和功率分配算法中的

59、迭代次數(shù)和每次迭代中復(fù)雜的排序操作而被提出來的。其優(yōu)化準(zhǔn)則與Hughes-Hartogs算法相同算法首先經(jīng)過迭代計算得到參數(shù)，然后直接通過閉式解為各子信道分配比特速率(sl)。由此分配的比特速率(sl)有可能是非整數(shù)，這時必須將其量化成整數(shù)，為了彌補比特量化帶來的性能損失，在分配發(fā)射功率時必須保證各子信道的性能達到目標(biāo)誤碼率。由于不要求復(fù)雜的迭代計算和比較操作，Chow算法的實現(xiàn)復(fù)雜度顯著降低，而其性能比最優(yōu)的WateFilling算法相差很小。共三百三十四頁 （2）自適應(yīng)差錯控制技術(shù) 差錯控制技術(shù)一般(ybn)分為前向糾錯（信道編碼）和自動請求重發(fā)（ARQ）兩類。信道編碼可以保證系統(tǒng)具有穩(wěn)定

60、的傳輸效率，但編譯碼器的實現(xiàn)復(fù)雜度較高；ARQ的硬件實現(xiàn)簡單，但當(dāng)信道條件惡化時，數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)增多，導(dǎo)致傳輸效率下降。共三百三十四頁 自適應(yīng)信道編碼 固定的信道編碼方式在信道條件惡化時無法保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，在信道條件改善時又會產(chǎn)生冗余，造成頻譜資源的浪費。自適應(yīng)信道編碼將信道的變化情況離散為有限狀態(tài)（如有限狀態(tài)Markov信道模型），對每一種信道狀態(tài)采用不同的信道編碼方式，因此可以較好地兼顧(jing)傳輸可靠性和頻譜效率。共三百三十四頁 自適應(yīng)信道編碼一般采用RCPT（速率匹配鑿孔Turbo碼）和軟判決Viterbi譯碼，這樣不必對編碼器和譯碼器的結(jié)構(gòu)進行修改，減小了實現(xiàn)的復(fù)雜度。RCP