不同抗多径技术的原理与比较

1、不同抗多径技术的原理和比较目录一?无线通信中的多径传播现象及其对传输性能的影响 . 21.1 无线通信中的多径传播 21.2 无线通信中的多径效应对通信系统影响 21.3 目前抗多径效应的技术及研究现状 3二、单 载 波 频 域 均 衡42.1 单载波频域均衡 ( SC-FDE 系统模型 42.2 单载波频域均衡 (SC FDE) 技术原理 52.2.1 信号模型 52.5 单载波频域均衡 matlab 仿真结果输出 9三. 单载波传输直接序列扩频 93.1 直接序列扩频 (DSSS 的概念 103.2 直接序列扩频的基本原理与理论依据 103.3 直接序列扩频系统模型 113.4 直接序列扩

2、频系统的 matlab 仿真 113.4.1 直接扩频 matlab 仿真组成框图 113.4.2 直接序列扩频系统的 matlab 仿真结果输出 . 13三、多载波传输 OFDM 技术 . 143.1 OFDM 原理 143.2 OFDM 系统模型 153.3 OFDM 的系统建模与 matlab 仿真 163.3.1 参数设置 163.3.2 仿真结果输出 17四?三种抗多径技术的仿真结果比较 204.2 单载波频域均衡与 OFDM 比较 20五. 参考文献 24不同抗多径技术的原理和比较綦晓伟 13120114 研 1302 班. 无线通信中的多径传播现象及其对传输性能的影响1.1 无线

3、通信中的多径传播多径效应（ multipath effect ） : 无线传输信道中的多径传输现象所引起的 干涉延 时效应。在实际的无线电波传播信道中（包括所有波段） ，常有许多时延 不同的传输路径。各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互 关系 也就随时间而变化，由此引起合成波场的随机变化，从而形成总的接收场的 衰落。因 此，多径效应是衰落的重要成因。多径效应对于数字通信、雷达最佳检 测等都有着十 分严重的影响。1.2 无线通信中的多径效应对通信系统影响多径效应移动体 （ 如汽车）往来于建筑群与障碍物之间，其接收信号的强度， 将由各直射波和反射波叠加合成。多径效应会引起信号衰落

4、。各条路径的电长度 会随 时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化 的。这些分 量场的随机干涉，形成总的接收场的衰落。各分量之间的相位关系对 不同的频率是不 同的。因此，它们的干涉效果也因频率而异， 这种特性称为频率 选择性。在宽带信号 传输中，频率选择性可能表现明显，形成交调。与此相应， 由于不同路径有不同时 延，同一时刻发出的信号因分别沿着不同路径而在接收点 前后散开，而窄脉冲信号则 前后重叠。多径会导致信号的衰落和相移。1、瑞利衰落就是一种冲激响应幅度服从瑞利分布的多径信道的统计学模型。如果各条路径传输时延差别不大，而传输波形的频谱较窄（数字信号传输速率较 低），

5、 则信道对信号传输频带内各频率分量强度和相位的影响基本相同。此时， 接收点的合 成信号只有强度的随机变化， 而波形失真很小。这种衰落称为一致性 衰落，或称平坦 型衰落。如果发送端发射一个余弦波 Acosw, 接收端接收到的一 致性衰落信号是一个具 有随机振幅和随机相位的调幅调相波， 从频域来看，由单 一频率变成了一个窄带频谱，这叫频率弥散。可见衰落信号实际上成为一个窄带 随机 过程，它的包络的一维统计特性服从瑞利分布，所以通常又称为瑞利衰落。2、频率选择性衰落 如果各条路径传输时延差别较大，传输波形的频谱 较宽 （或数字信号传输速率较高），则信道对传输信号中不同频率分量强度和相 位的影响 各不

6、相同。此时，接收点合成信号不仅强度不稳定而且产生波形失真，出现码间 （符 号间）数字信号在时间上有所展宽，这就可能千万前后码元的波形重叠，干扰。这种衰落称为频率选择性衰落，有时也简称选择性衰落。1.3目前抗多径效应的技术及研究现状信道均衡、正交频分复用(OFDM和Rake接收机都能用于对抗由多径产生 的干 扰。信道均衡技术是补偿或消除ISI的有效方法。最大似然序列估计(MLSE,maximunlikelihood sequenee estimation)可以完全禾U用信号的多径分量，被认为是一种最佳检测器，但是其计算复杂度以LM数量级呈指数增长，其中M为信号的调制星座点数，L为信道冲激响应(C

7、IR，ehannel impulse response )的长 度，很难应用于实际系统，因此出现了很多简化的算法以及次优均衡器，比如单载波时频域均衡、判决反馈均衡 (DFE deeisi on feedback equalization )、 自适应 均衡、盲均衡以及与编码相结合的复合式均衡器。均衡器可以消除ISI，避免了匹配滤波器(MF match filter )在多径衰落信道下的误码率一平台II效应。但是， 一般的次优均衡器均无法有效获得多径分集增益，不能积极地利用多径传输的信号能量来改善系统的性能。RAKE接收技术是一种积极利用多径效 应的技术，当多径传输信号分量的可分性较好、非直达多

8、径信号能量占的比重较大时，它可利用多径分集传输效应使系统性能得到显著改善，已广泛地应用于扩频通信系统中【1】。正交频分复用(OFDM orthogonal frequency domain multiplexing)和口单载波频域均衡(SC-FDE single carrier frequency domain equalization)【2】是在多径信道中实现高速信息传输的两种非常重要的关键技术，二者在高速数据传输条件下都可以达到良好的抗信道衰落性能，显著改善系统性能，已在许多场合中得到成功应用。特别是 OFDM技术，甚至被认为是在下一代宽带无线通信系统中一种不可替代的关键技术，还将在非常广

9、泛的场合发挥重要作用。当然，实际上是否真的不可替代，还是值得研究的，至少它还是存在某些不足，需要根据具体应用条件进行改进的。多输入多输出(MIMO multi-input multi-output )技术能有效利用多径 衰落效应大幅 度提高频带效率。MIMO系统基于多个发射天线和多个接收天线进行传输，再结合OFDM技术和空时编码或空频编码技术，有可能获得空间分集、时间分集、空分复用和频分复用等效益，与传统的单天线系统相比信道容量成倍增加，可使宽带无线系统的频带效率提高到40bps/Hz，甚至80bps/Hz。【3】宽带无线通信可实现通信网络的“无缝”连接？然而在宽带无线通信系统中？由多径传输引

10、起的频率选择性衰落会严重影响通信的可靠性。在2003年4月提出的IEEE 802 . 16a标准中，规定了正交频分复用(OFDM系统和单载波频域 均 衡(SC FDE)系统两种克服多径衰落的传输模式。基于 FFMFF 实现的正交频分 复 用(0FDM)技术是一种特殊的多载波调制方式，它可以有效地克服载波干扰和码间于扰。但是OFDM术对定时误差、载频同步比较敏感，而且峰均比 (PAPRPeak to Average Power Ratio)较大。而基于 OFDMS统信号处理方式的单载波频域均 衡(SC FDE)系统方案有效得结合了 OFDM和单载波传输的优点。与 OFDM系统相 比.克服 了峰均

11、比和对相位曝声的敏感性；与单载波系统相比，对抗多径的能力 得到了增强？而均衡器复杂度则大大降低了。1、单载波频域均衡2.1单载波频域均衡(SC-FDE系统模型图2.1(a)给出了 SC-FDE系统的结构图。其中相当于将 OFDM R统中发送 端 IFFT处理模块移至接收端。数据调制数据分块:Hk加循环前缓多径信道d(n) x(n)刃(n)Y(n)y(n)去循环数据分 r(n)榔(n)数据解调* IFFT均衡 < -FFT 4 - 前缀图2-1 (a)单载波频域均衡(SC-FDE系统框图在发射端，信源产生的比特流d(n)经过调制得到符号序列x(n)后，首先经 过分块 操作成长度为N的数据块

12、xo( n) n(X2 (n),xm( n)，其中Xk( n) x(N n k),0 k N 1(1)将每个快的最后Ng个符号拷贝到块首作为循环前缀，得到长度为Nb N Ng的数据块，构成发射符号序列 S(n)，通过多径衰落信道h(n)和噪声方差2的AWGN信道 v(n)到达接收端在接收端，接收到的信号r(n)分成长度为Nb的数据块ro(n),几(n),., rN An)，其中rjn) r(N bn k),0 k N b 1。然后对每个酷爱进行删除循环前缀的操作，得到y(n)。使用N点FFT将信号变换到频域中，得到频域序列Y(n)。在频域经过均衡处理后的序列X(n)，再通过N点IFFT操作变换

13、回时域序列？(n)，在时 域进行 判决，得到重建的数据符号d?( n)2.2单载波频域均衡（SC FDE）技术原理2.2.1信号模型 设第i个数据矢量为：X(i) xo( n) ,xi( n),X2( n),.,XN i(n) x(iN),x(iN 1),., x(iN N 1) T(2)添加CP后，得到Nb 1维矢量s(i) TcpX(i) x(iN N N g),x(iN N 1),x(iN),.,x i(iNN 1)T(3)上式中Nb N维矩阵Tcpt表示添加循环前缀操作，其中T OnnIn。'N0Ng N表示Ng N维零矩阵，lNg表示Ng Ng维单位阵。多径衰落信道冲激响应用

14、长度为L的矢量h h(O),h(1),.,h(L 1) T表示，其作用为线性卷积，如下式所描述L1r(n) h( n) s( n) v( n) h(l)s( n l) v( n)(4)10令r(i) r(iN b),r(iNb1), ,“& N 1)T表示第i个接收数据块矢量，v v(0), v(1),.,v(N b-1)T 表示噪声矢量，则经过信道后有r(i)二 H oS( i)+H !S( i-1)+v其中：h(0)0LLL0Mh(0)LLLMh(L 1)MOOLMH0是Nb Nb维的下三角矩阵00h(L 1)OOOMbbMMOOO00L0h(L 1)Lh(0)00Lh(L 1)L

15、h(0)0h(0)LLLMMH1MOOL讯1）是Nb Nb维的上三角矩阵。H1S（i-1）表MMOOOMMMOOO00LLLL0示由前一个数据块多径延迟的效果叠加到当前块而产生的块间干扰（IBI ）令N 1维矢量y（i）表示删除CP后的第i格数据块，即(5)y(i) Rcpr(i) RepHTcpX( i) RcpHJcpX( i 1) V上式中N N b维矩阵Rcp 0N N In表示删除CP操作，V=R epV o当Ng L时，有RcpHi 0,也就是消除了 IBI，这样上式可以改写为y(i) Hx(i)V其5 丿、 中defH RcpH 0TCP是N N为循环矩阵，具有如下的形式:h(0)0LLLh(1)Mh(00LLMh(L 1)II)MOOLh(L 1)H0h(L1) OOOMMMOOO00L0h(L 1)Lh(0)可知,当发射端米用分块传输和添加CP的操作时，