（通信与信息系统专业论文）cdma系统中多径多普勒分集技术的研究.pdf

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c o h e r e n t ra k er e c e i v e r 11i s0 f l e nu s e di np r a c t i c et oe l i m i n a t et h en e e df o rc h a n n e l e s t i m a t i o n t h e r e b yi n c u r r i n ga ni n h e r e n tl o s so f3 6d bi ds i g n a l t o n o i s e r a t i o ( s n r ) w es h o wt h a tt h ed o p p l e rs p r e a di n d u c e db yt e m p o r a lc h a n n e lv a r i a t i o n s i nf a c tp r o v i d e sa n o t h e rm e a n sf o rd i v e r s i t yt h a tc a nb ef u r t h e re x p l o i t e dt o c o m b a t f a d i n g t h e c o n c e d to fd o p p l e r d i v e r s i t y h a sb e e n d e v e l o p e d p e r f o r m a n c ea n a l y s i ss h o w st h a te v e nt h er e l a t i v e l ys m a l ld o p p l e rs p r e a d s e n c o u n t e r e di np r a c t i c ec a nb e1 e v e r a g e di n t os i g n i f i c a n td i v e r s i t yg a i n sv i a o h r a p p r o a c h 4 j t 京邮电大学硬士研究生学位论文c d m a 系统中霉径多普勒分集技术的研究 d u r i n gt h ep o s t s t u d e n ts t u d yi h a v ep a r t i c i p a t e di n8 6 3p r o j e c tan e w g e n e r a t i o nw i r e l e s sh o n e y c o m b n e t w o r kw i r e l e s sl i n kt r a n s a c t i o nt e c h n i q u e s u n d e rs u c hb a c k g r o u n dt h em a o rw o k si nt h ep a p e ri n c l u d e 血e s ea s p e c t s ：a t f i r s tc h a p t e r , i n t r o d u c et h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n sd e v e l o p m e n tb a c k g r o u n d a n dt h ee 髓c to fw i r e l e s sc h a n n e lo nt h e p e r f o r m a n c e o fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m d u r i n g t h es e c o n dc h a p t e r , f a d i n gt h e o r i e sa n d c h a n n e lf a d i n gc h a r a c t e ra r ei n t r o d u c e dc a r e f u l l y i nt h et h i r dc h a p t e r , s o m e d i v e r s i t yt e c h n i q u e s a n dt h e i r a p p l i c a t i o n s i nt h e p r a c t i c a ls y s t e m s a r e d i s c u s s e da n dr e s e a r c h e d i nt h ef i f t h c h a p t e r an e wd i v e r s i t y r e c e p t i o n t e c h n i q u en a m e d a s m u l t i p a t hd o p p l e rd i v e r s i t ya r ei n t r o d u c e d t i m e - v a r i a n t c h a n n e lm o d e li sd i s c u s s e df o rt h er e s e a r c ha n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i sp u r p o s e t h r o u g ha b o v e r e s e a r c hw ec a n p o i n t o u tt h a tt h em u l t i p a t hd o p p l e rd i v e r s i t y t e c h n i q u e s a r ee f f e c t i v em e t h o d sf o r c o m b a t i n g f a s t f a d i n g ，b u t i th a s a p p l i c a t i o n1 i m i t a t i o n s o a tt h el a s t c h a p t e r , id i s c u s st h e s el i m i t a t i o n sa n d c o m b i n et h ed o p p l e rd i v e r s i t vw i t ho f d m c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m s 。 k e yw o r d s ：s p r e a d i n gc o m m u n i c a t i o n s m u l t i p a t h d o p p l e rd i v e r s i t y t f r ( t i m ef r e q u e n c yr e p r e s e n t a t i o n ) c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ( c d m a ) w i d es e n s es t a t i o n a r yu n c o r r e l a t e ds c a t t e r i n g ( w s s u s ) o a h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o f d m ) 5 耗京邮电太学碗士研究生学位论文c d m a 系统中多径多普动静集技术的研究 第一章绪论 1 1 无线通信的发展和研究背景 现代移动通信技术的发展始于上世纪7 0 年代，经历了从模拟调制到数字调 制技术的发展，如果算上目前i t u 正在制订标准的第三代移动通信，大致经历了 三代【4 。 第一代采用频分多址( f d m a ) 模拟调制方式，工作频段4 0 0 8 0 0 m h z 。它 相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的蜂窝 网的概念。这种系统的主要缺点是频谱利用率低、信令干扰话音业务、通信容量 小、保密性差、设备复杂、成本高、不能提供非话业务，且各国设备标准不统一。 第二代蜂窝系统采用时分多址t d m a 和码分多址c d m a 的数字调制方式， 提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善。t d m a 方式 的主要缺点是：系统容量仍不理想；和f d m a 方式一样，t d m a 方式的越区切 换性能仍不完善。为了克服f d m a 和t d m a 两种多址方式的缺点，北美推出了 i s 9 5 c d m a 数字移动通信系统，i s 9 5 c d m a 系统以其频率规划简单、系统 容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量等特点显示出巨 大的发展潜力，立即在全世界范围内掀起一股研究c d m a 技术的热潮。 第三代移动通信( 简称3 g ) 是建立在i t ui m t - 2 0 0 0 建议基础上且工作在 2 g h z 频段的宽带移动通信系统( 在国际电信联盟中，称第三代网络为国际移动 通信一2 0 0 0 ( i m t - 2 0 0 0 ) ，在欧洲称其为个人移动通信系统u m t s ) ，它能提供更大的 系统容量，更高的通信质量，并能提供2 m b i t s 数据业务，以满足人们对多媒 体通信的要求并适应通信个人化的发展方向。c d m a 已被广泛接受为第三代移 动通信系统的重要技术f 5 1 【6 。 1 2 分集技术的应用和研究意义 由于在移动通信系统的环境下，在接收端除了直射波外，还有各种反射波， 绕射波和二次反射波等，它们在接收端合成后，会引起信号的剧烈变化，从而严 重影响信号的传输质量。j g p r o a k i s 证明在衰落的情况下，系统的误码率与信噪 比只成反比关系【7 【9 】，这样，即使提高信噪比，系统性能的改善也相当有限， 必须首先对衰落进行一定的处理。分集技术用来减小衰落的影响，在不增加发射 机功率或信道带宽的情况下提高系统的可靠性。分集接收的基本思想，如果对同 一信号做两个或多个采样，这些样本的衰落是互不相关的。这意味着所有样本同 时低于一个给定电平的概率比任何一个样本低于该值的概率要小得多。分集技术 在系统中已经得到广泛的应用，主要分集技术包括：空间分集、频率分集、时间 分集、路径分集等；分集作用也可隐含在传输信号之中，在接收端利用信号处理 技术实现分集，通常只需要一副天线来接收信号，主要包括：交织编码( 指把分 集作用隐藏在传输信号之中) 6 。 分集技术有效的对抗信道衰落提高性能，所以分集技术的研究必然会成为移 i e 京部屯大学霰士研究生学位论文c d m a 系统率多径多普勒舟集技术的研究 动通信系统实现可靠传输的关键。 1 3 分集技术在国内外的研究进展状况 目前分集技术研究的一个重点是对一些新的信号与信道条件下各种分集技 术的性能进行分析。在国际上，这方面已经取得了一些研究成果：c h a r d i r c h u n g 6 针对相关衰落信道，分析了衰落支路存在着某种合理假设的相关关系时 q a m 信号的分集接收问题。q t z h a n g 7 进一步对衰落支路存在着任意相关 关系情况下信号( 主要是d p s k ，n f s k ) 的分集接收性能进行了分析。可见，国内 外很多学者都在这方面作了很多研究工作。 分集技术研究的另一个重点是对分集技术自身理论的探讨，主要是利用一些 新的数字信号处理技术，对原来的分集技术改进，寻求新的分集实现方法。在 国际上，部分学者对用新的数字信号处理技术代替原来分集支路处理方法中的信 号估计部分的方案进行了研究。m v c l a r k 1 7 1 等分析了用适合数字系统的最 小均方误差准则代替原来的最大信噪比准则进行信号估计的方法，提出了最小均 方误差合并( m m s e ) ，a b s e s a y 提出了采用最大似然估计对接收信号进行抽 样估值的方法。 我们看到，各种分集技术在目标、方法、侧重点等方面各有千秋，但综合起 来主要包含以下有两方面的内容：多径信道的描述和合并方法和规则。 对于多径信道的描述有很多种，通常考虑加性高斯白噪声信道，衰落特性服 从r a y l e i g h 分布，r i c i a n 阴影和对数正态分布。对室内环境，由于很难用数学模 型表示，一般需要建立试验信道模型。 合并的方法主要有：选择性合并( s c ) 、等增益合并( e g c ) 、最大比合并 ( m r c ) 、m m s e 合并、最大似然( m l ) 估值用于分集合并、分集结合自适应 均衡、时空编码技术，多径分集采用空间( 天线) 分集、角度分集、极化分集、 频率分集、时间分集等。通常有两种合并规则，一是合并后的信嗓比最大，二是 码元均方误差( m s e ) 最小。 目前，分集技术的研究方兴未艾，由于移动通信系统的不断发展，对传输质 量的要求不断提高，而信道的衰落始终是限制其性能的重要因素。因此，作为一 种重要的抗衰落手段，对分集技术本身的研究仍需要越来越深入。 1 4 本论文所做的主要工作及意义 从前面的分析中可以看出，分集技术的研究已经有了不少的成果，部分学者 开始采用其它一些数字通信和信号处理技术提高合并前后的信号质量，以改善分 集的整体效果的方案作了研究。1 9 9 9 年，a m s a y e e d 和a a z h a n g 两位美国学 者在文献【2 1 中提出了利用信道的d o p p l e r 效应获得独立的分集支路的新的分集 技术。在这种新的分集技术提出的前提背景下，以下几方面的内容值得去作进一 步地研究和考虑。 1 以往的分集技术没有考虑到多普勒频移可能带来的分集增益，所以在本文 中重点介绍了多普勒分集对分集增益的贡献，以及q p s k 系统采用了分集技术以 北京邮电大学硕士研窥生学位论文c d m a 系统中多径多普勒分集技术的研窥 后的性能提高 2 c d m a 宽带移动通信系统与以往的移动通信系统相比，具有码片速率高，频 谱宽等特点，研究如何既能利用多径信道特点，又能利用多普勒分集，将极大提 高c d m a 通信系统的抗衰落性能。 3 多普勒分集技术它的实现有一些应用局限性，所以讨论它应用在o f d m 系统 中来克服这样的局限性是很有必要的。同时，研究这种分集技术和其他的分集技 术结合所带来的性能增益，将提高这种技术应用的广泛性。因此本文做了如下一 些工作： 1 在阅读和理解了大量有关分集的研究文献的基础上，对目前比较常用的 几种分集实现方法和分集支路处理方法进行了系统地总结、归纳和比较，从中提 取出具有规律性的结论，作为分集技术其它方面研究的重要参考。 2 研究了多普勒分集技术在q p s k 和o f d m 通信系统中的应用，在分析发 送分集的基础上，对其实现形式进行了研究，并对接收分集和发送分集这两种不 同的分集的结合进行了研究，为提高系统设计的灵活性提供了重要的理论依据。 3 理论分析了多径多普勒分集技术，讨论的时变信道模型，发送和接收机 模型，最后通过仿真给出了c d m a 系统下多径多普勒技术带来的性能增益。 在现有的抗衰落手段中，多径多普勒分集技术是抗时变信道衰落的有效工 具。它的实现相对较为简单，而得到的系统性能改善却较为令人满意，因此可以 预言将获得广泛的应用。作为第三代移动通信系统的主流，c d m a 通信系统中 分集技术的研究更具有重要的实际应用价值。另一方面，对c d m a 移动通信系 统中多径多普勒分集技术的研究也具有相当重要的理论价值。从移动通信本身来 说，分集技术是整个移动通信系统无线传输技术中不可或缺的部分。其它技术， 如调制、编码等应用到移动通信系统中时，都会遇到信道衰落引起的性能恶化。 如果与分集相结合，则可以扩大它们原有的一些研究成果的应用范围 1 】。 1 5 本论文的其他章节的内容结构 本文主要对c d m a 移动通信系统中多径多普勒分集技术的一些相关方面进 行研究。第二章将首先介绍衰落信道的一般理论，给出一些典型的衰落信道模型 和衰落信道幅度分布。由于分集技术主要是为了对抗移动信道的衰落，因此这里 的结果主要用于下面分集技术的研究中。本文在第三章针对分集技术的应用和原 理进行了研究和讨论，主要介绍了几个常用的分集技术。在理想环境下的多径多 酱勒分集技术也是当今的研究热点，所以第四章则重点研究了没有考虑多径分集 增益情况下多普勒分集技术，并给出了性能曲线，通过仿真研究，在与发送分集 结合中，系统性能有较大提高。如今的宽带通信系统已经成为主流，这样的系统 更容易受到多径衰落的影响，在第五章，首先介绍了研究时变信道采用的模型， 发送信号模型，最后研究了多径多普勒分集技术。通过上面的研究，可以知道多 径多普勒分集技术虽然极大提高了系统性能，但是它在实际系统中的应用是有一 定限制的，所以第六章重点研究了它的应用局限性，然后提出了它与其它系统结 合的方案。即采用了于o f d m 系统中的多径多普勒分集技术，通过仿真研究， 最后给出了性能曲线。 北京秘电夫学硕士磺究生学位论文c d m a 系统中多径多普勒骨架技术的研究 2 1 概述 第二章研究背景一衰落信道的一般理论 在移动通信( 特别是陆上移动通信) 中，由于移动台的不断运动，导致接收 信号强度和相位随时间、地点的不同而不断变化，场强衰落有时可达几十分贝， 例如在城市环境中，一辆高速行驶的车辆上的移动台，其接收信号在一秒钟之内 的显著衰落可达数十次。这种衰落严重破坏信号的传输质量，影响通信的可靠性。 如何在恶劣的传播条件下保持可以接受的传输质量呢? 必须采取各种技术措施 来抵消电波衰落造成的不利影响，目前采用的技术有：分集、扩频跳频、均衡、 交织和纠错编码等。另外，信号的传输方式，如调制方式，对信道中的衰落也有 一定的适应能力，许多抗衰落的实用技术已经成功地应用于各种移动通信系统。 这些抗衰落的技术并不是凭空想象的，必须基于对无线信道的研究。无线信 道的研究成果往往用两种方式给出：一是对移动环境中电波传输特性给出某种统 计描述，电波衰落特性的统计规律为研究移动信道抗衰落技术提供了基本依据： 二是建立电波传播模型，包括图表、近似计算公式等，也可通过计算机建立模型。 应用电波传播模型可对无线电波在传播中的损耗进行预测，直接为系统工程服务 【5 】。 这一章将讨论具有时变多径特性的衰落信道的一般理论。首先给出衰落信道 的一般描述，介绍几个常用的函数。在此基础上，分析广义平稳信道，不相关散 射信道及广义平稳不相关散射信道的性质，并且在广义平稳不相关散射的情况 下，对信道的频率选择性，时间选择性进行讨论，最后给出了几种常用的衰落信 道幅度分布，为后面有关分集技术的性能分析作准备。 2 2 无线信道传播特性和衰落 无线移动信道是一种时变信道，当无线信号通过时，会受到很多方面的损害 根据其对传输信号的作用，可以归纳为三类，下面分别予以介绍。 接收信号的功率用公式表示为 j p ( d ) = ldi - ”s ( d ) r ( d ) ( 2 1 ) 式中l d l 表示移动台与基站的距离。表明接收信号功率是距离的函数，矢量孑 表示了距离的方向性。当移动台运动时，距离又是时间的函数，因此式( 2 - 1 ) 可以表示成功率关于时间的函数。对于接收信号而言，知道其功率与知道其场强 和幅度是等效的。 式( 2 - 1 ) 是信道对信号作用的一般表达式。式中的每一项代表一种衰落损 耗。自由空间传播损耗与弥散，用】厅r 表示，其中n = b 、4 。阴影衰落，用s ( 8 ) 表 示。这是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波遮蔽所引起的 北京邮电大学硬士研究生学位论文c d m a 系统中多径多普鞠分集技术豹研究 衰落。多径衰落，用8 ( d ) 表示。这是由于移动环境的多径传输二引起 的衰落，多径传输是移动信道中最具特色的部分。 上述三种效应表现在三种不同的距离范围内， 在几十个波长范围内，接收信号场强的瞬时值呈现快速变化的特征。这就是 多径衰落，其衰落特性符合r a y l e i g h 分布，这种衰落由于衰落速度较快，由可 称为快衰落或短期衰落( s h o r t t e r m f a d i n g ) 。在几十波长范围内对信号求平均， 可得到短期中值。 在几百波长的范围内，信号的短期中值也出现缓慢变化的特征，这就是阴影 衰落，其衰落特性符合对数正态分布。这种衰落的速率较慢，又称为慢衰落。在 较长的范围内对短期中值求平均可以得到长期中值。长期中值随基站的距离而 变，其衰减特性一般服从d ”率。它体现的是以公里计的较大范围内的接收信号 的变化特性。从无线系统工程的角度看，传播损耗和阴影衰落主要影响到无线区 的覆盖，通过合理的设计，其不利影响总是可以消除的，而多径衰落严重影响信 号的传输质量，并且是不可避免的，只能通过抗衰落技术来减少其影响。 陆地移动信道的主要特征是多径传播，因此研究无线多径传播的基本特征是 非常必要的，只有在了解多径衰落的基础上，才能提出解决办法。 在移动传播环境中，到达移动台天线的信号不是从单一路径来的，而是从许 多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而来自各 个路径的反射波的到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端 叠加，会因同相叠加而增强，因反向叠加而减弱，从而引起接收信号的幅度急剧 变化，即产生了衰落。这种衰落是由于多径引起的，称为多径衰落。在实际环境 中，尤其是城市地区，由于存在各种建筑物，接收信号中含有大量反射波。环境 虽然复杂但并不是毫无规律可循，一般在离基站较远、反射物较多的地区，符 合以下假设： 发射机与接收机之间没有直射波通路；有大量反射波存在，到达接收天线的 方 可角是随机的，相位也是随机的，在0 2 z 之间均匀分布；各个反射波的幅度 和相位都是统计独立的。在这种情况下，接收信号包络的衰落服从r a y l e i g h 分 布，医而多径衰落通常又称为r a y l e i g h 衰落。 在距离基站较近的区域中，通常有较强的直射波，这样就存在占支配地位的 信号。理论上可以证明，当存在占支配地位的分量时，大量随机变量之和服从 e i cj a n 分布。在微蜂窝环境中进行电波传播测试，并做统计分析，所得结果也 表明，在有直射波存在的条件下，接收信号幅度服从r i c i a n 分布。 有一点需要说明，移动信道的多径效应引起的多径衰落具有空间分布特征。 在三维空间中，由于大量反射波相互干涉，形成不同衰落深度的空间梯度分布。 有的区域衰落深一些，有的区域衰落浅一些。可吼做这样的比喻，在电波覆盖的 空间，分布着许多深浅不同的溺，移动台的接收天线一旦进入洞内，接收信号就 会发生不同深度的衰落。在城市移动环境中，当接收信号恶劣时，也许移动台稍 微移动一点位置，接收信号立刻变好了，这是由于接收天线稍做移动即离开了深 度衰落区域的缘故。 还有一类是限定空间的无线传输环境，是指电波传播的非自由空间。例如高 靶京邮电大学硬研究生学位论文c d m a 系统中多径多普勒骨集接术的研究 楼大厦的室内、地下商业街、地铁和隧道等。在这些场所，空间 的大小和形状、墙体的厚度和材料、同时使用的用户密度等等，诸多因素影响着 信号的传输，很难建立统一的信道模型，必须通过测试来确定。有时还会采取一 些特殊的方式，以实现信号的覆盖。例如，在隧道中，可以用天线辐射方式或同 轴电缆泄露电波的l c x 方式。不同的方式效果不同，天线辐射方式在没有汽车行 驶时，测得的信号还比较好，但有行驶的汽车等障碍物时，整个隧道内的电波会 产生很深的衰落。如果隧道侧面敷设l c x 辐射电波时，延隧道方向接收的信号会 非常平稳。 从上面的介绍我们可以看出，无线信道是复杂多变的，但多径衰落是其最主 要的特征，对于具有时变多径特性的衰落信道，它的时变脉冲晌应为 旦 ，7 r t j f j = 。( r ) e x p j 0 。( f ) 】6 t t 。( f ) ( 2 2 ) n 表示信道中多径的数目，是一个随机变量。d 。( t ) 是第d 个多径的衰落幅 度参数，随时间变化。e x p j 0 。( t ) ，t 。( t ) 分别表示第1 1 个多径的衰落相位参 数和时延参数，它们都具有时变性。 2 3 信道衰落模型的研究 2 3 1f 。义平稳信道w s s o w i d e - s e n s es t a t i o n a r y ) 对于广义平稳信道，令q 一= a t 、h ( z ；t ) 的自相关函数r 。( t ，t ；r l ，) 满足 r h ( t ，t ；r l ，) = r ( ， ，t ；q ， ) f 2 3 1 可以看出，广义平稳信道时变脉冲响应的自相关函数r 。( t ，r ；t 1 ，) 只与时间 差出有关。对出作f o u r i e r 变换： 只( t ，f ；丫) = f r h ( t ，t ；a t ) e x p ( 一j 2 7 t 7 a t ) d a t ( 2 - 4 ) 异( t ，t ；7 ) 可看作h ( x ；r 1 ) 与 ( f ；) 互功率谱密度，特别地，当f = 1 时 # ( t ，；t ) 就表示& ( e q ) 的功率谱密度。令t ( 厂；f ) 为时变的信道传输函数，其自相 关函数r ，( ，v ；毛，1 1 ) = t ( 厂；号) t ( v ；1 1 ) ， 且碍( 厂，v ；号，”) = f 体( v ；号，n ) e x p j 2 7 c ( 办一t ) d t d t ， ，如果引入前面的广义平稳条件，可得 4 苎毫竺! 查竺! 圭鐾究生5 竺论宴 c d m a 系统中多径霉普勒静集技术斡研览 一：= ： ( 2 - 4 ) r r ( f ，v ；出) = 肛( t ，t ；a t ) e x p j 2 冗( 一v t ) d t d t 所以弓( ，v 岛1 1 ) 也满足广义平稳。r r ( ，v ；r ) 对& 作f o u r i 嚣变换 p 2 ( f ，v ；1 ，) = f r r ( 厂，v ；出) e x p ( ，2 吖a t ) d a f ( 2 5 ) 可以求得，日( v ) 的自相关函数r 。( ，v 沌e ) 为 ( 厂，v ；巾，e ) = b ( 厂，v ；0 ) 6 ( 0 一巾) ； ( 2 6 ) 2 3 2 不相关散射信道u s ( u n c o r r e l a t e ds e n i l e r j n g ) 对于不相关散射信道，自相关函数毛( t ，t ；q ，) 满足： r ( 下，f ；q ，) = r ( t ；毛，1 ) 8 ( t 下) ( 2 - 7 ) 可以看出，这时，对于延时为t 的路径和延时为，的路径它们之间互不相关。 当 ( t ；f ) 为高斯过程时，这种不相关性就等效于独立性。令十一0 ：q ，经过推导 可以求得： 月对( 厂，v ；咖，e ) = 尺0 ( q ；( 5 ，0 ) ( 2 - 8 ) 扶( 2 5 ) 、( 2 - 6 ) 、( 2 - - v ) 、( 2 - 1 8 ) 可见。广义乎稳信道与不楣关散射信道互相对偶。 当置一( t ， t 1 ： ( r 1 ，所以这时信道的时延扩展大于码元间隔，造成码间干扰， 影响接收信号质量。 另一方面，下一章将提到，分集实现方法的核心就是要形成独立的分集支路。 由于频率选择性信道中不同频率分量受信道影响是独立的，可以利用此现象形成 分集。多径分集以及相应的r a k e 处理技术就是基于这一原理。 2 4 3 广义平稳不相关散射信道的时间选择性 与频率选择性时类似，令q = 0 ，且。( 0 ；十) = r h ( 十) ，月r ( 0 ；a t ) = r ，( a o ，且 r h ( 十) = f r r ( 咿e x p ( 一j 2 氕4 ) a t ) d a t 。r r ( ，) 的的变量是时间，它提供了信道时 间相干的量度标准又r ，( r ) 是r 。( + ) 的f o u r i e r 反变换，定义信道多普勒扩展 的倒数为信道的相干时间： ( a t ) ，z1 b d( 2 - 1 2 ) ( 出) 是信道的相干时间。由信号码元间隔和信道的相干时间的关系，又可把 衰落信道分为两大类。设信号的码元间隔为，当码元间隔大于信道的相干时间， 即t ( a t ) ，在信号的同一码元间隔内存在间隔大于( f ) 的不同时间分量，它们 受到信道的影响独立，会引起接收信号的失真，称为时间选择性信道。反之，当 发送信号的码元间隔小于信道的相干时间时，称为非时间选择性信道， 信道的时间选择性主要是由信道多普勒效应带来的多普勒扩展引起。当多 普勒效应不存在，即b 。= 0 时，从理论上看，由式( 2 1 2 ) ，信道的相干时间 ( a r ) 。趋于无穷，总满足t ( 出) 。，也就不存在时间选择性的问题。另一方面 ! ! 毫氅皂查竺露士磺究生学位论文 c d m a 系统中謇径多普勒仕察技术搀研：慈 一：一：= ： 妻型复频警毪擐擘的多径分集类似，也可以利用信道的时间选择性形成独立的分 集支路下一章将会讨论。 2 5 几种常见衰落信道的幅度分布 、一般理论分析中，对于大多数的信道，通常都假设其为慢衰落。这时，衰落 信道的幅度参数、相位参数及时延参数至少在所研究的时间范围内保持不变， 几种常用的衰落信道的幅度分布( 2 一】) 给出了时变脉冲响应的通用表示，涉及三个 参量。对于。( ，) ，t 。( r ) 一般理论分析中都假设它们分别在【o ，2 丌 和 o ，j 上 均匀分布t 这时信道的衰落最严重。下面主要讨论幅度参数的分布 r a y l e i g h 分布是最常用的种衰落幅度分布，主要用于没有直射分量存在的 信道，这时接收信号主要由各种反射波、折射波和散射波组成。它的分布密 吱幽数为 p ( j ) = 乓e 了0 x j 一一一一+ 图3 1 空间分集示意图 3 2 1 空间分集 空间分集，也称天线分集，是无线通信中应用非常广泛的分集方式，其原理 如图3 一l 所示。发射端采用一副发射天性，接收端采用多副接收天线。接收端天 线之间的间隔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。在理想情况下，接收天线的间隔d = 2 就可以保证各支路接收的信号是不 相关的，但在实际系统中，接收天线之间的间隔要的根据地形、地物等具体情况 而定。 空间分集也可以是多个天线发射，比如在每个基站都使用多个天线。由于多 径的影响，在移动台很难得到直线到达的信号，通过基站天线的空间分集，可以 减少支路间的相关性。基站天线之间的距离一般在几十个波长。当然也可以在移 北京邮电大学硬士硪究生学位论文c d m a 系镜中多径多普勒分集技术的研究 动台使用多个天线以达到空间分集的目的，当然，随着天线数量的增 加，移动台的体积也得增加。对于空间分集而言，分集的支路数越大，分集效 果越好，但当l 3 时，分集的复杂性增加，分集增益的增加随着的增大而变得 缓慢。 3 2 2 极化分集 对于非手持式移动台，也许能够忍受因使用空间分集天线而体态臃肿，而对 于手机而言，就无法忍受了。因此提出了极化分集的概念。 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 不相关的衰落特性。利用这一点，在发端同一地点分别装上垂直极化天线和水平