数字通信原理(7)ppt课件

1、Institute of Communications EngineeringInstitute of Communications EngineeringInstitute of Communications Engineering8.1 分集技术分集技术 内容和要求内容和要求内容目的内容目的无线链路传输的根本特点无线链路传输的根本特点抑制无线衰落的根本手段抑制无线衰落的根本手段掌握分集的根本手段掌握分集的根本手段熟习发射分集的原理熟习发射分集的原理掌握分集合并接纳技术掌握分集合并接纳技术分集失效性原理分集失效性原理要求要求难点为无线信道的根本模型与分集中的难点为无线信道的根本模型与分集中的

2、信号合并技术，分集技术、合并技术要求信号合并技术，分集技术、合并技术要求重点掌握。重点掌握。1、无线信号的传输方式、无线信号的传输方式直线传输直线传输反射反射折射折射散射散射一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 2、无线信道对通讯产生的影响、无线信道对通讯产生的影响 衰落衰落码间串扰码间串扰时变信道时变信道共道干扰共道干扰3、信道衰落分类、信道衰落分类大尺度衰落大尺度衰落Large-Scale Fading小尺度衰落小尺度衰落Small-Scale Fading一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 2221()( )exp22rrrrp r一、无线信号传输的特点一、无线信号传输

3、的特点 一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 4、接纳信号电平的概率分布、接纳信号电平的概率分布 普通以为：接纳信号的幅度服从瑞利没普通以为：接纳信号的幅度服从瑞利没有直射分量或莱斯分布具有直射分量有直射分量或莱斯分布具有直射分量瑞利分布：瑞利分布：莱斯分布莱斯分布:其中：其中：K定义为直射信号功率与散射信号功率之定义为直射信号功率与散射信号功率之比。比。2( )2 expp rrr21E r 20( )21exp(1)2(1)p rrKKK rIa KK21E r 一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 5、信道参数扩展、信道参数扩展时延扩展时延扩展有多条不同时延与幅度的信号同

4、时到达有多条不同时延与幅度的信号同时到达接纳机。其中两条延时差最大量接纳机。其中两条延时差最大量 定义定义为延时扩展有些场所也采用时延的均方为延时扩展有些场所也采用时延的均方根来定义。根来定义。相关带宽：其物理含意是由于延时扩展而使相关带宽：其物理含意是由于延时扩展而使得在宽的频谱范围内信号的衰落呈现相关得在宽的频谱范围内信号的衰落呈现相关性。性。频率平坦性衰落：频率平坦性衰落：频率选择性衰落：频率选择性衰落：d1/ddBsdBBsdBB一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 cosdcvffc1/ddTfsdTTsdTT一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 1cD角度扩展越大，

5、那么相关间隔越小角度扩展越大，那么相关间隔越小一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 6、衰落对通讯性能的影响、衰落对通讯性能的影响 个典的衰落模型：对于个典的衰落模型：对于BPSK/QPSK信号经信号经瑞利衰落信道，其误码率不再与瑞利衰落信道，其误码率不再与Eb/N0呈呈指数衰减关系，而是呈倒数衰减：指数衰减关系，而是呈倒数衰减：014/ebpEN从图中可以看出，为到达从图中可以看出，为到达10-5的信道误码率，在瑞利衰落环的信道误码率，在瑞利衰落环境下所需的信噪比较高斯白噪境下所需的信噪比较高斯白噪声信道所需的信噪比高声信道所需的信噪比高

6、35dB，这将是普统统讯终端所不能容这将是普统统讯终端所不能容忍的。忍的。一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 121221211 /10/101exp( 10)10 xxxdbp rx一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 可以令：可以令：也即有：也即有： 物理含意：也反映了在简单二形状衰落形状下的衰落深物理含意：也反映了在简单二形状衰落形状下的衰落深度为，即在一形状上接纳的电平会比平均电平低的数度为，即在一形状上接纳的电平会比平均电平低的数值量。值量。信道的平均误码率为：信道的平均误码率为： 21221 221200002212 121bbebbEEpQQNNEEQQNN一、

7、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 结论结论无线衰落环境下，需求一种新的手段来无线衰落环境下，需求一种新的手段来战胜抑制多径对通讯性能的影响。战胜抑制多径对通讯性能的影响。多径是通讯的天敌！多径是通讯的天敌！衰落是通讯中的有害要素，采用有效方衰落是通讯中的有害要素，采用有效方法削除无线衰落对通讯的影响。目前的法削除无线衰落对通讯的影响。目前的认识认识一、无线信号传输的特点一、无线信号传输的特点 1、原始思想、原始思想 信道容限：信道容限：因此接纳端决议了整个无线链路的质量。因此接纳端决议了整个无线链路的质量。无线信道通讯质量极差的缘由：衰落其

8、中主无线信道通讯质量极差的缘由：衰落其中主要的缘由是接纳信号的电平的降低，从而要的缘由是接纳信号的电平的降低，从而呵斥实践传输信号容量超出当时信道的允呵斥实践传输信号容量超出当时信道的允许容量。许容量。 因此分集的主要义务是：因此分集的主要义务是： 采用多个独立的分支信号来保证总接纳信采用多个独立的分支信号来保证总接纳信号的信噪比在规定门限以上。号的信噪比在规定门限以上。2log1CBSINR二、抑制无线衰落的主要技术二、抑制无线衰落的主要技术2、可采用的技术、可采用的技术分集技术：多个独立的无线接纳机它们独分集技术：多个独立的无线接纳机它们独立接纳经衰落的无线信号，它们同时阅立接纳经衰落的无

9、线信号，它们同时阅历衰落的或能性随着独立接纳机的数量而历衰落的或能性随着独立接纳机的数量而降低。降低。Rake接纳机：改善一条已衰落无线链路的性接纳机：改善一条已衰落无线链路的性能，使其性能趋向高斯加噪信道性能。能，使其性能趋向高斯加噪信道性能。 其它方法其它方法 ：？有等进一步研讨。能够还需：？有等进一步研讨。能够还需对衰落进展进一步的研讨与认识。对衰落进展进一步的研讨与认识。 二、抑制无线衰落的主要技术二、抑制无线衰落的主要技术1、分集技术的必要条件、分集技术的必要条件 独立性原那么：在接纳端必需可以收到承载独立性原那么：在接纳端必需可以收到承载同一信息并且在统计上相互独立的假设干同一信息

10、并且在统计上相互独立的假设干不同的样值信号，这假设干个不同样值信不同的样值信号，这假设干个不同样值信号的获得可以经过不同的方式，如空间、号的获得可以经过不同的方式，如空间、频率、时间等。频率、时间等。2、分集接纳技术主要组成、分集接纳技术主要组成如何把接纳的多径信号分别出来使其互不相如何把接纳的多径信号分别出来使其互不相关；关；将分别出来的多径信号恰当合并，以获得最将分别出来的多径信号恰当合并，以获得最大信噪比。大信噪比。 三、分集接纳技术概述三、分集接纳技术概述三、分集接纳技术概述三、分集接纳技术概述1、空间分集、空间分集 定义：空间分集也称为天线分集，空间分集定义：空间分集也称为天线分集，

11、空间分集在发射端采用一副天线发射，而在接纳端在发射端采用一副天线发射，而在接纳端采用多副天线接纳。采用多副天线接纳。条件：为了保证各个天线接纳信号的相互独条件：为了保证各个天线接纳信号的相互独立性，需求使各个天线之间的间隔间隔等立性，需求使各个天线之间的间隔间隔等于或大于半波长。于或大于半波长。特点：需采用多个接纳天线，系统本钱较高。特点：需采用多个接纳天线，系统本钱较高。四、分集技术四、分集技术11ssLSN RGkSN Rk 四、分集技术四、分集技术2、频率分集、频率分集 定义：用两个以上不同的频率传输同一信息，定义：用两个以上不同的频率传输同一信息，实现频率分集。实现频率分集。条件：频率

12、间隔大于相关带宽。条件：频率间隔大于相关带宽。举例：举例：GSM系统中利用跳频来到达频率分集；系统中利用跳频来到达频率分集；特点：特点：可以减少接纳天线及相应设备的数量。可以减少接纳天线及相应设备的数量。占用更多的频带资源。占用更多的频带资源。四、分集技术四、分集技术3、时间分集、时间分集 定义：时间分集就是将要传输的信息分别在定义：时间分集就是将要传输的信息分别在不同的时隙发射出去。不同的时隙发射出去。条件：要求重发信号的时隙间隔要大于信道条件：要求重发信号的时隙间隔要大于信道相关时间，以保证重发信号在时域上的独相关时间，以保证重发信号在时域上的独立性。立性。举例：如短波和挪动通讯系统中，用

13、交错来举例：如短波和挪动通讯系统中，用交错来改动原来的码元顺序供发端发射，以到达改动原来的码元顺序供发端发射，以到达时间分集。时间分集。特点：特点：减少了接纳天线及相应设备的数目；减少了接纳天线及相应设备的数目；占用时隙资源，增大了开销，降低了传输效占用时隙资源，增大了开销，降低了传输效率。率。四、分集技术四、分集技术4、极化分集、极化分集 定义：利用在同一地点极化方向相互正交的定义：利用在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号，呈现出互不相关的衰落。天线发出的信号，呈现出互不相关的衰落。在接纳端装上垂直极化和程度极化两副接在接纳端装上垂直极化和程度极化两副接纳天线进展接纳。纳天线进展接纳。

14、条件：传输介质对电磁波信号不产生严重的条件：传输介质对电磁波信号不产生严重的去极化性效应。去极化性效应。特点：特点：由于发射功率要分配到两副天线上，因此有由于发射功率要分配到两副天线上，因此有3dB的信号功率损失。的信号功率损失。四、分集技术四、分集技术1、分集合并技术思索的要素、分集合并技术思索的要素 经过不同方式的选择与合并技术来获得经过不同方式的选择与合并技术来获得尽能够大的分量增益和抗衰落性能。尽能够大的分量增益和抗衰落性能。简化硬件的实现复杂度，特别是对射频简化硬件的实现复杂度，特别是对射频电路单元的要求。电路单元的要求。五、信号合并技术五、信号合并技术2 2、选择性合并、选择性合并

15、方法：在多支路接纳信号中方法：在多支路接纳信号中,选取信噪比最选取信噪比最高的支路信号作为输出信号。高的支路信号作为输出信号。性能：合并处置增益性能：合并处置增益 Tx Rx Rx Rx 选 择 逻 辑 1 2 L T xR xR xR x求和L2112L五、信号合并技术五、信号合并技术1iiLSNRa SNRi 3、最大比合并、最大比合并方法：在接纳端由方法：在接纳端由N个统计不相关的分集支个统计不相关的分集支路经过相位校正，按适当的可变增益加权路经过相位校正，按适当的可变增益加权再相加后送入检测器进展相关检测。再相加后送入检测器进展相关检测。加权根据：权重依各支路信噪比来分配，信加权根据：

16、权重依各支路信噪比来分配，信噪比大的支路权艰苦，信噪比小的支路权噪比大的支路权艰苦，信噪比小的支路权重小。重小。五、信号合并技术五、信号合并技术(a)最 大 比 值 合 并 (b)等 增 益 合 并 (c)选 择 式 合 并五、信号合并技术五、信号合并技术4、等增益合并、等增益合并方法：在最大比值合并方案中，取方法：在最大比值合并方案中，取 ai=1i=1，2，L。即为等增益合并。即为等增益合并。性能：等增益合并性能仅次于最大比值合并，性能：等增益合并性能仅次于最大比值合并，当当L较大时，其性能比最大比值合并相关较大时，其性能比最大比值合并相关不多，约不多，约1dB左右。左右。五、信号合并技术

17、五、信号合并技术5、几种合并方法的性能比较、几种合并方法的性能比较结论：最大比值合并和等增益合并使平均信结论：最大比值合并和等增益合并使平均信噪比获得较大的改善。噪比获得较大的改善。NoImage五、信号合并技术五、信号合并技术分集失效主要是由于以下两方面的缘由分集失效主要是由于以下两方面的缘由当采用分集的支路具有相关性时，使得当采用分集的支路具有相关性时，使得分集支路同时出现深度衰落。分集支路同时出现深度衰落。另一方面，假设接纳的支路信号功率出另一方面，假设接纳的支路信号功率出现严重的不平衡，使得支路在信号合并中现严重的不平衡，使得支路在信号合并中不再起作用，从而导至分集失效。不再起作用，从而导至分集失效。六、分集的失效性原理六、分集的失效性原理总结总结本节课主要讲解了以下内容本节课主要讲解了以下内容无线链路传输的根