无线局域网-第四章.ppt

2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,1,第四章.无线局域网的电波传播,1电波传播基本概念2无线信道模型3抗衰落技术,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,2,电波传播基本概念,自由空间的电波传输特点：无反射、折射、吸收和散射现象；但其能量随着向空间扩散而损耗。室内电波传播特点：具有反射、绕射和散射，但很容易受即时环境的影响。地面反射对电波传播的影响1、地面上不同地形上的建筑物等造成附加损耗；2、发射产生多径，在接收端形成信号的叠加。大气对电波传播的影响大气分为对流层、同温层、中间层、电离层、超离层，逸散层，对电波具有不同的影响。,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,3,1引言2无线信道模型3瑞利型衰落特性及对信号传输的影响3.1瑞利型衰落信道的统计特性3.2瑞利型衰落信道的误码率特性4频率选择性衰落及对信号传输的影响,无线信道模型,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,4,引言,无线信道是一种非常复杂的传输媒体。表现为：,无线局域网使用的无线信道一般是在室内或建筑物密集的市区环境下，且由于站的移动性，前述的几个特点尤其明显，是一种典型的时变多径传播信道。,传输路径是由多种物理媒质（地表空间大气层、建筑物体等）构成的；,构成传输路径的物理媒质会时常发生各种各样的变化；,由于站的移动，传输路径的长度也会时常发生变化；,一次数据的发送，信号可能通过多条路径到达接收端。,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,5,无线信道模型,无线局域网使用无线信道是一种时变多径传播信道：对信号的衰耗随时间而变化；传输的时延随时间而变化；多径传播。,n条路径的时变多径传播信道模型,Hi（，t）=|Hi（，t）|e-ji（，t）,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,6,无线信道模型,为表达方便，设发送信号为s（t）=Acos0t，该信号经过n条路径传播后，接收信号r(t)可用下式表述：式中，i(t)为第i条路径的接收信号振幅；i(t)为第i条路径的信号传播时延，且有i(t)=-0i(t)。i(t)和i(t)都是随时间变化的。大量实验观察表明，i(t)和i(t)随时间的变化与发送载频的周期性变化相比，通常要缓慢得多，即i(t)和i(t)可以认为是缓慢变化的随机过程。,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,7,瑞利型衰落特性及对信号传输的影响,衰落信号的波形与频谱示意图,从频谱上看，时变多径传播信道将正弦载波的单个离散频率变成了具有一定宽度的窄带频谱，如图（b）所示，我们常称之为频率弥散。,从波形上看，时变多径传播的结果使确定的单一正弦载波信号Acos0t变成了包络和相位都受到调制的信号，如图（a）所示，这样的信号，通常被称之为衰落信号；,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,8,瑞利型衰落特性及对信号传输的影响,瑞利型衰落信道的统计特性,根据随机过程的理论，r(t)是一个窄带高斯随机过程。而且其包络幅度V（t）的一维分布服从瑞利分布，而相位(t)的一维分布服从0，2上的均匀分布。信号的包络服从瑞利分布律的衰落，通常称之为瑞利型衰落。因此，无线局域网所应用环境的这种无线信道又可称为瑞利型衰落信道。瑞利型衰落信号的包络值随机变量（V）和相位值随机变量（）取值的一维概率密度函数f（V）和（）可分别表示成：,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,9,频率选择性衰落及对信号传输的影响,所谓频率选择性衰落，是信号频谱中某些分量的一种衰落现象，这是多径传播的又一个重要特征。,两径传播信道模型,两径传播系统模型的传输特性H（）为H（）=R()S()=V0e-jt0(1+e-j),2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,10,时变多径衰落信道的技术对策,无线信道的时变和多径传播特点，造成一般性瑞利型衰落和频率选择性衰落，它们对信号传输造成影响将会严重降低通信系统的性能。为了抗快衰落，通常可采用多种措施，例如，各种抗衰落的调制解调技术，抗衰落接收技术及扩频技术等。分集技术、编码与交织传输技术、自适应均衡技术等都是常用的抗衰落技术。,分集技术,如果在接收端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适当合并构成总的接收信号，则能够大大减少衰落的影响。这就是分集技术的基本思想。分集两字就是分散得到几个合成信号并集中（合并）这些信号的意思。只要将分集的几个信号之间是统计独立的，那么经适当的合并后就能使系统性能大为改善。,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,11,分集技术一.分集方式,1.空间分集空间分集是在接收端架设几副天线，各天线的位置间要求有足够的间距（一般在100个信号波长以上），以保证各天线上获得的信号基本互相统计独立。,2.角度分集角度分集是利用天线波束指向不同使信号不相关的原理构成的一种分集方法。例如，在微波面天线上设置若干个照射器，产生相关性很小的几个波束。,3.频率分集频率分集是用多个不同载频传送同一个消息，如果各个载频的频差相隔比较远（例如，频差选成多径时延差的倒数），则各载频信号也基本相互不相关。,4.时间分集时间分集是在不同的时隙发送荷载同一数据信息的信号，是相邻两个时隙之间的间隔等于或大于最大多径时延差m，在接收端将载有同一数据信息的不同时隙信号存储并以适当方式合并，就实现了时间分集。,5.极化分集极化分集是通过分别接收水平极化和垂直极化波而构成的一种分集方法。一般说，这两种波是相关性极小的。,分集方法不是互相排斥的，在实际使用时可以是组合式的，例如由二重空间分集和二重频率分集组成四重分集系统等。,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,12,分集技术二.分集接收的合并方式,1.最佳选择合并最佳选择式是从几个分集接收信号中，设法选择其中信噪比最好的一个，作为最后的接收信号。,2.最大比值合并最大比相加式是通过控制各接收支路增益，使它们分别与本支路的信噪比成正比，然后再相加获得最后的接收信号。,3.相等增益合并相等增益相加式是将几个分集接收到的信号以相同的支路增益进行直接相加，相加后的信号作为最后的接收信号。,不同合并方式对系统信噪比的改善,从总的分集效果来说，分集技术除能提高接收信号电平外（例如二重空间分集在不增加发射机功率情况下，可使接收信号电平增加一倍左右），主要是改善了衰落特性，使信道的衰落得到平滑和减少。,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,13,编码交织传输技术,时变多径衰落信道的技术对策,前向纠错编码（FEC）与码组交织相结合减小衰落对传输的影响,普通的前向纠错码，如分组码或卷积码一般容易纠正由加性高斯白噪声引起的随机错误，而对突发错误（连续的多个误码）的纠错能力较差，除非增大分组码的编码长度（加入更多的冗余）或加大卷积码约束长度。,如果能将突发错误在时间域进行扩散处理，使其随机地分散在一个较长的时间段内，然后再利用分组码或卷积码的特点来纠正这些随机错误，可收到很好的抗衰落效果。编码的交织传输正是基于这样一种思想，它的实现是由一个MN的存储器块组成的交织器来完成的。,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,14,自适应均衡技术,时变多径衰落信道的技术对策,近年来技术的发展，数字系统已经引入自适应均衡技术，主要克服传输系统的不理想产生的码间串扰问题。均衡可分频域均衡和时域均衡，前者是校正频率特性（指对信道的幅频特性和相频特性进行校正），后者则直接校正畸变波形。用来实现均衡功能的装置称为均衡器，且有时域均衡器和频域均衡器之分。在数字传输系统中，多采用时域均衡的方法。对于非时变信道（如各种有线信道、微波视距传播及卫星信道等），均衡器的实现比较简单，已获得了成功的应用。对于移动通信信道，由于信道是时变的，要求均衡器具有快速收敛和自适应快速跟踪能力。,2019/11/23,移动通信重点实验室-景小荣,15,自适应均衡技术,时变多径衰落信道的技术对策,2N+1抽头自适应调整系数时域均衡器的结构示意图,实现自适应均衡所付出的代价是信道中须传送不携带任何信息的训练序列，导致信道利用率的降低。均衡器每150200数据符号间隔重复训练一次，从而也解决了对信道时变的跟踪问题。GSM和IS54标准规定了训练序列，但都不规定具有的均