移动通信系统APPT演示课件

现代移动通信网络技术（2A）,孙友伟张晓燕畅志贤编著,人民邮电出版社,1,现,大纲要领,2.1无线电波传播理论与特征2.2抗衰落技术2.3调制技术2.4语音编码技术2.5多址技术2.6蜂窝覆盖技术2.7信道配置,现,2,2.1无线电波传播理论与特征,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分2.1.2自由空间无线电波传播2.1.3移动无线信道特性2.1.4移动无线信道参数分析2.1.5电波传播损耗预测模型,现,3,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分,无线电波传播特性1、定义通常指无线电波在各种介质中传播的一些典型方式2、地球无线电波的传播介质,现,4,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分,自由空间传播的无线电波的传播方式,现,5,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分,一、地表波1、定义沿地球表面附近的空间传播的无线电波2、地表波特性障碍物影响：据无线电波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。不同波长地表波：地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物相当困难。,现,6,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分,二、天波1、定义依靠电离层的反射来传播的无线电波2、电离层电离层的形成地面上空50千米到几百千米的范围内，大气中一部分气体分子由于受到太阳光的照射而丢失电子，即发生电离，产生带正电的离子和自由电子。,现,7,2、电离层电离层的形成电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性波长短于10m的微波能穿过电离层，波长超过3000km的长波，几乎会被电离层全部吸收。对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多。电离层是不稳定的，白天受阳光照射时电离程度高，夜晚电离程度低。因此夜间它对中波和中短波的吸收减弱，这时中波和中短波也能以天波的形式传播。,现,8,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分,三、空间波（视波）1、定义沿直线传播的电磁波：微波、超短波、可见光2、特点微波沿直线传播，为了增大传播距离，发射天线和接收天线都建得很高，但也只能达到几十千米在进行远距离通信时，要设立中继站。由某地发射出去的微波，被中继站接收，进行放大，再传向下一站。直线传播方式受大气的干扰小，能量损耗少，所以收到的信号较强而且比较稳定。电视、雷达采用的都是微波。,现,9,表2通信业无线电波划分波段表,现,10,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分,各波段传播的特点长波（LF、VLF）传播距离在300km以内，主要依靠地表波。传播距离在2000km，主要靠天波传播。用长波通信时，在接收点的场强稳定，但由于表面波衰减慢，对其他收信台干扰大。长波受天电干扰的影响亦很严重。此外由于发射天线非常庞大，所以利用长波作为通信和广播的不多，仅在越洋通信、导航、气象预报等方面采用。中波（MF）中波为地表波和天波，白天主要靠地表波传播，传播距离相对夜晚近。夜晚天波参加传播，传播距离较地波远，它主要用于船舶导航通信和波长为1001000米的中波广播。短波（HF）有地表波也有天波。但由于短波的频率较中波高，地面吸收强烈，地表波衰减很快，实际通信距离只有几十公里。短波的天波在电离层中可被大量反射回地面，常利用天波进行远距离通信和广播。但由于电离层不稳定，通信质量不佳。短波主要用于广播及业余电台,现,11,各波段传播的特点超短波（VHF、UHF）由于超短波频率很高，而地波的衰减很大，电波穿入电离层很深乃至穿出电离层，使电波不能反射回来，所以不能利用地表波和天波的传播方式，主要利用空间直接传播，视距内通信。超短波主要用于调频广播、电视，雷达、导航传真、中继、移动通信等。微波（SHF、EHF）主要利用空间直接传播，视距内点到点通信。主要用于LAN声音和视频广播、移动通信、个人通信、卫星通信等。,现,12,2.1无线电波传播理论与特征,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分2.1.2自由空间无线电波传播2.1.3移动无线信道特性2.1.4移动无线信道参数分析2.1.5电波传播损耗预测模型,现,13,2.1.2自由空间无线电波传播,自由空间定义相对介电常数和相对导磁率都为1的均匀介质所存在的空间，它是一个理想的无限大的空间，是为简化问题研究而提出的一种科学抽象。自由空间无线电波传播仅考虑由能量扩散引起的损耗，即接收机和发射机之间是无任何阻挡的视距路径时，传播损耗推导如下。,现,14,图2.1.3自由空间无线电波传播示意,2.1.2自由空间无线电波传播,前提在图2.1.3中，设在原点O有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为Pt距辐射源d处的能流密度为(2-1-1)设接收天线有效面积为式中为工作波长，D为天线的方向性系数，对于各向同性的天线D=1，则接收机输入功率为(2-1-2)传播损耗通常定义为发射功率与接收功率的比值,现,15,2.1.2自由空间无线电波传播,自由空间传播损耗可表示为用对数形式表示，把波长换成频率，得到自由空间的传播衰减公式(2-1-3)式中，d单位为km，f单位为MHz。考虑到发射天线的增益Gt和接收天线的增益Gr，则系统传输损耗应为(2-1-4),现,16,2.1无线电波传播理论与特征,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分2.1.2自由空间无线电波传播2.1.3移动无线信道特性2.1.4移动无线信道参数分析2.1.5电波传播损耗预测模型,现,17,2.1.3移动无线信道特性,典型的移动通信环境中，电波传播的主要特点1传播环境复杂移动通信系统工作在VHF和UHF两个频段(303000MHz)，电波以直射方式在低层大气中传播。由于介质的不均匀性，会产生折射和吸收现象，而且在传输路径上遇到各种障碍物还可能产生反射、绕射和散射等。,现,18,图2.1.4移动通信环境示意,2.1.3移动无线信道特性,典型的移动通信环境中，电波传播的主要特点1传播环境复杂反射当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面等光滑界面处。绕射当接收机和发射机之间的传播路径被尖利的边缘阻挡时，电磁波就会发生绕射。由于绕射，电磁波可越过障碍物到达接收天线。即使收发天线间不存在视线路径，接收天线仍然可以接收到电磁信号。,现,19,散射当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，就会发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会引发散射。建筑物和频率一台位于建筑物外面的发射机发射的无线电波，在建筑物内接收时，会遇到复杂得环境影响。测试报告显示随着频率或建筑物高度以及群落的增加，信号的多径衰落增加，即接收信号的干扰进一步加强。地形、地物、地球的曲率半径我国地域辽阔，地形复杂、多样，其中五分之四为山区和半山区，即使在平原地区的大城市中，由于高楼林立也使电波传播变得十分复杂，必须认真对待。,现,20,2.1.3移动无线信道特性,典型的移动通信环境中，电波传播的主要特点2信号衰落严重移动台收到的信号是由多个反射波和直射波组成的多径信号。多径信号造成的结果是信号严重衰落，也就是说，移动通信必须克服衰落的影响。3环境被电磁噪声污染传播环境本身是一个被电磁噪声污染的环境，而且这种污染日益严重。电磁噪声污染包括由汽车点火系统、工业电磁污染以及蓬勃发展的广播、无线通信的干扰等因素造成。这些电波传播特点都会在实际中增加移动通信无线网络规划的难度。,现,21,2.1无线电波传播理论与特征,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分2.1.2自由空间无线电波传播2.1.3移动无线信道特性2.1.4移动无线信道参数分析2.1.5电波传播损耗预测模型,现,22,2.1.4移动无线信道参数分析,信号衰落的产生在任何一点接收到的信号是由大量的直射、反射、折射、散射等电波叠加构成，这些电波虽然都是从一个天线辐射出来的，但由于到达接收天线的路径不同，故其相位是随机的，从而导致合成信号的幅度急剧变化，即产生了衰落实测场强变化曲线如图2.1.5所示短期（快）衰落场强特性曲线的瞬时值呈快速变化；长期（慢）衰落场强特性曲线的中值呈慢速变化。,现,23,图2.1.5场强测试曲线,2.1.4移动无线信道参数分析,本小节主要内容1、快衰落2、时延扩展3、相关带宽4、多普勒频移5、慢衰落,现,24,2.1.4移动无线信道参数分析,1、快衰落（多径衰落）由多径传播和移动台运动引起；多径衰落瞬时值的变化，用瑞利（Rayleigh）分布密度函数描述。多径传播假设：N个多径信道彼此相互独立且没有一个信道的信号占支配地位即没有直射波信号，仅有许多反射波信号接收到的信号包络的衰落变化服从瑞利分布其概率密度函数(2-1-5)r和分别包络检波之前所接收的电压信号的幅度和均方值,现,25,2.1.4移动无线信道参数分析,1、快衰落（多径衰落）瑞利概率密度函数（图2.1.6）在移动通信中，如果存在了一个起支配作用的直达波（未受衰落影响）时，接收端接收信号的包络为莱斯（Ricean）分布。,现,26,图2.1.6瑞利概率密度函数,2.1.4移动无线信道参数分析,1、快衰落（多径衰落）莱斯分布的概率密度函数为(2-1-5)参数A指主信号幅度的峰值，I0()是0阶第一类修正贝塞尔函数。贝塞尔分布常用参数K（参数K称莱斯因子）来描述，K被定义为主信号的功率与多径分量方差之比。其表示式为，可见，当A0，K-时，且起支配作用的主信号幅度减小时，莱斯分布转变为瑞利分布。,现,27,2.1.4移动无线信道参数分析,2、时延扩展产生在多径传播条件下，接收信号会产生时延扩展。定义最大传输时延和最小传输时延的差值，即最后一个可分辨的时延信号和第一个时延信号到达时间的差值，实际上就是脉冲展宽的时间。,现,28,图2.1.7典型的对最强路径信号功率的归一化时延谱,2.1.4移动无线信道参数分析,2、时延扩展描述多径时延谱的参数P(t)为归一化时延信号的包络，近似为指数曲线。Tm最大时延扩展，定义为多径能量从初值衰落到低于最大能量-30dB处的时延，所对应的时延差值。ta为归一化时延谱曲线的数学期望（平均时延）为归一化时延谱曲线的均方值时延扩展，是对多径信道时延特性的统计描述，表征时延谱扩展的程度，值越小，时延扩展就越轻微，反之时延扩展越严重。其典型值，对于户外无线信道为ms级，对于室内无线信道为ns级，具体到1900MHz，室内平均值为7094ns,最大值为1470ns。,现,29,2.1.4移动无线信道参数分析,3、相关带宽定义在一特定频率范围内，两个频率分量有很强的幅度相关性与时延扩展区别时延扩展是由多径传播路径引起的现象相关带宽则是从均方值时延扩展得出的一个关系值它们之间的确切关系是特定多径结构的函数，但总的来说成反比关系，即。相关带宽与波形失真当发送信号的带宽小于相关带宽时，接收信号就会经历平坦衰落过程，即各频率分量的衰落是相关的，衰落波形不失真；反之则该信道特性会导致接收信号产生频率选择性衰落，这种情况下，信号通过信道传输后各频率分量的变化是不一致的，会引起波形失真。,现,30,2.1.4移动无线信道参数分析,4、多普勒频移定义当物体运动时，固定点接收到的从运动体发来的载波频率将随其运动速度的不同，产生不同的频率漂移如2.1.8所示，通常把这种现象称为多普勒（Doppler）频移可表示为（2-1-7）图2.1.8多普勒频率漂移示意式中，为运动速度，为波长，为入射波与运动方向的夹角，若朝向发射源方向运动，则为正，使接收频率上升；若背向发射源方向运动，则为负，使接收频率下降。发射频率越高，移动速度越快时，多普勒效越明显。,现,31,2.1.4移动无线信道参数分析,4、多普勒频移多普勒扩展频谱展宽的测量值，它被定义为一个频率范围，在此范围内接收的多普勒频谱有非0值。相关时间与多普勒扩展相关时间是多普勒扩展在时域的表示，是信道冲击响应维持不变的时间间隔的统计平均值，即指在一段时间间隔内，两个到达信号有很强的幅度相关性。当发送信号的信号周期比相关时间短时，多普勒扩展将引起时间选择性衰落，从而导致信号失真。,现,32,2.1.4移动无线信道参数分析,5、慢衰落产生电波在传播路径上遇到地形起伏、建筑物及其他障碍物的阻挡会形成电磁场的阴影，从而产生阴影效应，当移动台通过不同障碍物的阴影时，就造成接收场强中值的变化，这种由于地形起伏导致接收场强中值随地理位置改变，而出现的缓慢变化称为长期（慢）衰落由于气象条件变化，导致大气折射系数随时间变化，也会造成同一地点的场强中值随时间而缓慢变化。分布大量统计测试表明，慢衰落近似服从对数正态分布。所谓对数正态分布是以分贝数表示的信号电平为正态分布。何时考虑在陆上移动通信中，通信距离一般在数十公里之内。由于信号中值随时间的变动远小于随位置的变动，因此通常忽略慢衰落的影响，但在定点通信中，则必须考虑它。,现,33,2.1无线电波传播理论与特征,2.1.1无线电波的传播特性和频段划分2.1.2自由空间无线电波传播2.1.3移动无线信道特性2.1.4移动无线信道参数分析2.1.5电波传播损耗预测模型,现,34,2.1.5电波传播损耗预测模型,无线蜂窝小区的服务覆盖区确定依据采用电波传播损耗预测模型计算路径的传播损耗Okumura-Hata模型Okumura在70年代依据日本东京地区城市实测资料进行统计分析得出的经验模型，并由Hata进一步整理为计算公式。至今，在已总结出的适用移动通信的电波传播模型中，它提供的数据比较齐全，而且分别以曲线和公式两种形式给出，得到了较广泛的认可和应用。以准平滑大城市市区的中值传输损耗为基础，对其他传播环境及地形条件等因素分别用修正因子进行修正,现,35,2.1.5电波传播损耗预测模型,1、地形与地物大体分类“准平滑地形”从传播路径的地形断面去观察，地形起伏量约在20米以下，且起伏变化缓慢的平坦地形。我国的华北平原就属于这类地形“不规则地形”除准平滑地形以外的地形“不规则地形”分类(1)丘陵地形并非平坦的高地，而是有规则起伏的地形，山岳重叠的地形也包括在内(2)孤立山岳传输路途中有单独的山岳，该山岳以外的地形是对接收点无影响的地形。(3)倾斜地形不论地形平坦与否，至少是在延伸5km以上范围内有起伏的地形。(4)水陆混合地形包括有海面和湖面的地形,现,36,2.1.5电波传播损耗预测模型,1、地形与地物定义地面影响传播的障碍物，也称为地面用途参数(Clutter参数)“不规则地形”分类分类密集城区城市核心区，高楼林立，有较高的建筑物穿入损耗（2025dB），话务密度最高的区域城区除热点以外的城区，建筑物穿透损耗大致在1520dB，中话务密度区郊区及农村移动台附近有不太稠密的障碍物（建筑物），建筑物穿透损耗一般不会大于10dB，中低话务密度区域。天线有效高度基站天线的海拔高度减去15km以内平均的海拔高度移动台为天线在所在地地面以上的高度。在工程设计中，手机的天线高度通常取1.5米，即距地面1.5米。,现,37,2.1.5电波传播损耗预测模型,2、适用范围Okumura-Hata模型适用于宏蜂窝的预测表2.2Okumura-Hata模型适用范围,现,38,2.1.5电波传播损耗预测模型,3、曲线法通过查曲线的方法得到系统电波的中值传输损耗步骤（1）计算准平滑大城市市区的中值传输损耗（2-1-8）LM为给定传输条件下准平滑大城市区的中值传输损耗（dB）；L0为自由空间的传输损耗；Am（f,d）为市区中值传输损耗；hb（hb,d）为基站天线高度相对hb=200m时的增益因子，它是距离d的函数；hm（hm,f）为移动台天线高度相对hm=3m时的增益因子，它是频率f的函数。,现,39,2.1.5电波传播损耗预测模型,3、曲线法步骤（1）计算准平滑大城市市区的中值传输损耗基站天线有效高度hb=200m、移动台天线有效高度hm=3m时，准平滑大城市市区中值传输损耗Am（f,d）与距离d和频率f的关系如图2.1.9所示f=900MHz、d=10km，由图可以查得Am(900，10)=30dB增益因子hb(hb,d)和hm(hm,f)也可由相应的曲线图获得,现,40,图2.1.9准平滑大城市市区的基本损耗中值,2.1.5电波传播损耗预测模型,3、曲线法步骤（2）计算不同环境及不规则地形上的中值传输损耗（2-1-9）kmr代表郊区和农村地区修正因子，kh代表丘陵地形修正因子，ksp代表斜坡地修正因子，ks代表水陆混合地形修正因子。开阔地、孤立山岳、道路走向以及道路宽度的修正，正增益、负增益，在进行路径损耗计算时，视具体情况计入上式。,现,41,2.1.5电波传播损耗预测模型,4、公式法提出原因：查曲线图的方法进行传播预测不太方便Hata根据Okumura所提供的传播曲线，归纳出一个更加实用的经验公式（准平滑大城市区）（2-1-10）A(hm)代表移动台天线修正系数中小城市在大城市，当f200MHz时在大城市，当f400MHz时hm以1.5m为基准，大城市是指建筑物平均高度大于15m的城市。对于其他传播环境，仍然要按前述加修正因子的方法进行修正,现,42,2.2抗衰落技术,2.2.1分集技术2.2.2均衡技术2.2.3信道编码技术,现,43,2.2.1分集技术,1、概念2、分类3、显分集技术4、显分集的合并技术5、隐分集技术,现,44,2.2.1分集技术,1、概念分集技术的基本思想将接收到的多径信号分离成不相关的（独立的）多路信号，然后将这些多路分离信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最大，从而提高接收端的信噪功率比，对数字信号而言，使误码率最小。分集技术包括2个方面如何把接收的多径信号分离出来，使其互不相关。将分离出的多径信号怎样合并起来，获得最大的信噪比的收益。,现,45,2.2.1分集技术,2、分类为了在接收端得到几乎相互独立的不同路径，可以从空域、频域和时域的不同角度、用不同的方法来加以实现分集技术的多种分类(1)依分集的目的分类宏观分集，抗长期（慢）衰落为目的。微观分集，抗短期（快）衰落为目的。(2)依信号传输的方式分类显分集，构成明显分集信号的传输方式，多指利用多付天线接收信号的分集，它包括空间分集、极化分集、时间分集、频率分集和角度分集等。隐分集，分集作用隐含在传输信号之中的方式，在接收端利用信号处理技术实现分集。,现,46,2.2.1分集技术,3、显分集技术（1）空间分集利用在空间相隔一定距离的多付天线接收信号来实现分集。空间的间距越大，多径传播的差异也越大，接收场强的相关性就越小在接收端利用天线在不同位置或不同方向上接收到的信号相关性极小的特点，在若干支路上接收载有同一信息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，以实现抗衰落的功能基本做法在基站的接收端使用两付相隔一定距离的天线对上行信号进行接收，这两付天线分别称为接收天线和分集接收天线，其中接收天线可以与发射天线分别设置，也可以与发射天线合二为一，即收、发共用一付天线空间分集收发天线的基本结构如图2.2.1所示,现,47,2.2.1分集技术,发射和接收共用一付天线Tx/RxA，RxB为分集接收天线。分集天线间的距离D理想情况下，D为/2，具体而定=h/D两个接收信号的相关系数出现较高的概率与成正比h为基站天线高度，D为天线水平分集距离分集天线间的距离D：D=h/参数在900MHz时取10，在1800MHz时取20,现,48,图2.2.1空间分集收发天线的基本结构,2.2.1分集技术,3、显分集技术（1）空间分集工程设计中多数基站h=2550米，D3.5米4.5米。好处空间分集除可获得抗衰落的分集增益外，还可获得3.5dB左右的设备增益。分集的支路数M越大，分集的效果越好当M较大时（如M3），分集的复杂性增加，分集增益的增加随着M的增大而变得缓慢。,现,49,2.2.1分集技术,3、显分集技术（2）极化分集定义利用垂直/水平极化的正交性来进行两路分集的。适用原因在移动环境中，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互不相关衰落特性，利用这一特性，在发端同一地位置分别装上垂直极化和水平极化天线，就可得到两路衰落特性不相关的信号。分集增益的获取极化分集是用同一频率携带两种不同极化方式的信号工业实用现在普遍使用的双极化天线就是极化分集天线，它是把两付采用45正交极化阵子合成一付天线。它的最大优点是节省安装空间，尤其适用于城市高话务密度区的基站，需要安装GSM900、GSM1800或更多付天线的场合。极化分集的增益低于空间分集，一般为1-1.5dB左右。,现,50,2.2.1分集技术,3、显分集技术（3）时间分集定义将信源比特分散到不同的时间段中发射出去。这样做可以是在出现深衰落或突发干扰时，来自信源比特流中的码位不会被同时干扰。对于一个随机衰落的信号，当取样间隔时间足够大时，两个样点间的衰落是互不相关的，利用这一特性可构成时间分集。将待发送的信号每隔一定时间间隔（大于时间相关区域T）重复发送，在接收端就可以得到N条独立的分集支路。时间分集与空间分集相比，其优点是减少了接收天线数目，缺点是要占用更多的时隙资源，从而降低了传输效率。,现,51,2.2.1分集技术,3、显分集技术（4）频率分集定义将待发送的信息分别调制在不同的载波上发送至信道。要求不同的载波之间的间隔足够大。载波间隔f要大于相关带宽F,即fF=1/2，其中为接收信号时延扩展。与空间分集相比优点减少了接收天线与相应设备的数目，缺点要占用更多的频谱资源，并且在发送端可能需要采用多部发射机。,现,52,2.2.1分集技术,3、显分集技术（5）角度分集角度分集可用原因由于地形、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，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。定义在同一位置利用指向不同方向的两个或更多的有向天线实现分集的措施。,现,53,2.2.1分集技术,4、显分集的合并技术（1）信号合并准则假设前提设分集重数为L，合并的信号为r(t)=k1r1(t)+k2r2(t)+knrn(t)，其中ki为加权系数，i=1、2、3、n。选择不同的加权系数ki就形成了不同的合并方法，信号合并准则主要有三种：最大信噪比准则最早用于模拟信号合并，也可用于数字信号合并。在频率选择性衰落信道中，最大信噪比准则并不一定最佳。眼图最大张开度准则数字信号合并的准则。眼图张开最大，表征码间干扰最小。最适用于频率选择性衰落信道误字率最小准则数字信号合并的最佳准则。,现,54,2.2.1分集技术,4、显分集的合并技术（2）最大信噪比准则下的信号合并方法选择性合并方法在多支路接收信号中，选取信噪比最高的支路的信号作为输出信号以两路信号为例设r1和r2是接收的两路相互独立的衰落信号，经过选择逻辑，输出信号的电平通过率和平均衰落时间都比r1和r2大为减少，从而显示了分集具有抗衰落的作用。,现,55,图2.2.2选择性合并原理图,2.2.1分集技术,4、显分集的合并技术（2）最大信噪比准则下的信号合并方法选择性合并方法切换合并的方法：需设置门限电平VT，选择逻辑：当r1VT时，发生切换，接收r2；当r2VT时，发生切换，接收r1。若切换后仍低于门限值时策略1是不断地切换，策略2是停留在该位置。,现,56,2.2.1分集技术,4、显分集的合并技术（3）最大比合并原理如图2.2.3所示。每一路有一个加权（放大器增益）加权的权重依各支路信噪比来分配信噪比大的支路权重大信噪比小的支路权重小其结果使输出具有平方律的特性，故最大比合并也称平方律合并。,现,57,图2.2.3最大比合并原理图,2.2.1分集技术,4、显分集的合并技术（3）最大比合并设每支路的噪声功率为2，则可以证明：当可变增益加权系数时，本方式中取得最优的加权系数分集合并后的信噪比达到最大值。其中Ai表示第i个分集支路信号幅度,且i=1、2、l。合并后的输出为：（2-2-1）可见信噪比越大，对合并后信号贡献越大。,现,58,2.2.1分集技术,4、显分集的合并技术（4）等增益合并定义当最大比合并法中的加权系数Ai=1时，就是等增益合并。结果输出具有线性关系，故也称线性合并。性能等增益合并性能仅次于最大比合并，当l较大时，其性能比最大比合并差1.05dB。,现,59,2.2.1分集技术,5、隐分集技术与显分集区别：显分集：采用多套设备，在不同频率、不同极化方向接收合并而成隐分集：只用一付天线接收机信号来实现分集的技术主要技术：交织编码技术（时间隐分集）跳频技术（频率隐分集）直接序列扩频技术,现,60,2.2.1分集技术,5、隐分集技术交织编码技术（时间隐分集）与显分集区别：持续较长的深衰落会影响到相继一串的比特，比特差错经常是成串发生图2.2.4交织码的实现框图作用改造信道，将信道中的突发的成串差错变为随机的独立差错原理将一条消息的相继比特以非相继的方式发送，使突发差错信道变为离散信道。实现通过存储器完成：信道输入端，按列写入，按行读出；在信道的输出端，按行写入，按列读出。,现,61,2.2.1分集技术,5、隐分集技术交织编码技术（时间隐分集）的实现：假设：分组长度L=MN,现,62,图2.2.5交织的实现过程,2.2.1分集技术,5、隐分集技术分组周期性交织性质：任何长度LM的突发差错，经交织后成为至少被N1位隔开后的一些单个独立差错。任何长度LM的突发差错，经去交织后，可将长突发差错变换成长度为L1=L/M的短突发差错。完成交织与去交织变换在不计信道时延条件下，将产生2MN个符号的时延，其中发、收端各占一半。在很特殊的情况下，周期为M的k个单个随机独立差错序列，经交织去交织后会产生长度为l的突发差错。,现,63,2.2.1分集技术,5、隐分集技术交织编码技术（时间隐分集）优点：有效克服深衰落，广泛应用于移动通信缺点：2MN个符号的时延，这对实时业务比如话音通信将带来不利的影响，同时增大了实现的设备的复杂性移动通信环境下了，为了能抵抗深衰落，需要深度交织编码目前GSM系统、CDMA系统都采用交织编码技术。,现,64,2.2.1分集技术,5、隐分集技术跳频技术（频率隐分集）跳频抗衰落抗频率选择性衰落。原理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。,现,65,2.2抗衰落技术,2.2.1分集技术2.2.2均衡技术2.2.3信道编码技术,现,66,2.2.2均衡技术,1、自适应均衡技术时间色散：多重反射，基站发送“1”、“0”序列，若反射信号比直达信息晚的时间差t接近一个比特的时间，导致符号“1”对符号“0”的干扰自适应均衡技术(1)频域均衡使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件；分别校正幅频特性和群时延特性；用于序列均衡(2)时域均衡使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件；时变信号大多采用时域均衡,现,67,图2.2.6多重反射引起的码间干扰,2.2.2均衡技术,1、自适应均衡技术时域均衡的基本原理理想信道的脉冲响应，非理想(失真)信道的脉冲响应：，总脉冲响应:若在各个奈奎斯特取样时刻(即k=1，2，)对实际信道脉冲响应x(t)取样，因其样值不为零而形成码间干扰。利用信道均衡器引入的脉冲响应使得总脉冲响应y(t)能接近h(t)，则可消除非理想信道引起的码间干扰。,现,68,图2.2.7理想信道和实际信道脉冲相应的差异,2.2.2均衡技术,1、自适应均衡技术时域均衡系统主体是横向滤波器；延迟线每节延迟时间为：t=1/2fN；通过调节加权系数Ck即可消除以n为中心的前后2N个符号对第n个符号的干扰；抽头越多，均衡控制的范围越大，均衡的效果就越好目标：要达到最佳抽头增益系数，是直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益，因而能适应信道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的工作状态，有更好的失真补偿性能,现,69,图2.2.8线性横向均衡器基本框图,2.2.2均衡技术,1、自适应均衡技术时域均衡系统自适应均衡器特点：快速初始收敛特性好的跟踪信道时变特性低的运算量训练过程：基站发射一个己知定长的训练序列，终端接收机的均衡器调整自己的Ci以使输出逐渐逼近训练序列值，以保证用户数据地正确。由于用户是在运动中，多径反射随机出现，因此，训练必须定期进行。典型的训练序列是一个二进制伪随机信号或是一串预先指定的数据位，而紧跟在训练序列后被传送的是用户数据。在设计训练序列时，要求做到即使在最差的信道条件下，均衡器也能通过这个训练序列获得正确的滤波系数。这样就可以在收到训练序列后，使得均衡器的滤波系数已经接近最佳值C*。而在接收数据时，均衡器的自适应算法就可以跟踪不断变化的信道，自适应均衡器将不断改变其滤波特性。,现,70,2.2.2均衡技术,1、自适应均衡技术时域均衡系统自适应均衡器从调整参数至形成收敛，整个过程是均衡器算法、结构和通信变化率的函数。为了能有效的消除码间干扰，均衡器需要周期性的做重复训练。在数字通信系统中用户数据是被分为若干段并被放在相应的时间段中传送的，每当收到新的时间段，均衡器将用同样的训练序列进行修正。,现,71,图2.2.9训练序列的时隙结构,2.2.2均衡技术,1、自适应均衡技术时域均衡系统自适应均衡器的缺点由于训练序列的使用占用了数据传输的时间，降低了信息的传输效率。信道的经常性衰落，严重的非线性及时变特性、多径传播等影响，使接收机无法跟上，从而出现通信中断。在某此特殊的应用场合，接收机无法得到训练信号，如信息截获和侦察系统。展望：由于移动通信信道环境的不断变化，要求自适应非线性均衡器参数的更新速率要高于信道参数的变化。希望研究一种新的均衡器，能够在没有训练序列时，仅利用接收序列本身的先验信息就能够止确地恢复出发送序列的盲均衡技术成为近年来研究的热点课题。,现,72,2.2.2均衡技术,2、盲均衡(BlindEqualization)原理能够不借助训练序列，仅利用接收序列本身的先验信息，便可以均衡信道特性，使均衡器的输出序列尽量接近发送序列的一种新兴自适应均衡技术。好处在数据通信系统中不必发送训练序列，可以提高信道效率，同时占均衡技术还可以获得更好的均衡性能。主要分类基于Bussgang性质的盲均衡算法(或称为代价函数法)基于高阶谱理论的盲均衡算法基于神经网络理论的盲均衡算法和基于信号检测理论的盲均衡算法等,现,73,2.2.2均衡技术,2、盲均衡(BlindEqualization)盲均衡的原理框图h(n)为离散时间传输信道（包括发射滤波器、传输媒介和接收滤波器等）的冲激响应，其依据所用调制方式的不同，可以是实值，也可以是复值；w(n)为均衡器的冲激响应；x(n)为系统的发送序列；y(n)为经过信道传输