第五章抗衰落技术(一)

1、第5章抗衰落技术 AbisA接口接口MSBSSOMC-R操作维护中心操作维护中心BSC基站基站控制器控制器MSC移动交换中心移动交换中心BTS基站基站收发信机收发信机BTS基站基站收发信机收发信机BTS基站基站收发信机收发信机MSMSUm通过本章学习，着重解决以下问题：通过本章学习，着重解决以下问题：n分集技术n均衡技术nRake接收技术n交织编码第5章抗衰落技术克服衰落本次课教学目的：本次课教学目的：n 1、掌握分集的基本概念、基本原理及方法 n 2、理解常用的分集与合并方式原理 n3、理解交织器的抗衰落原理 n4、理解交织器的结构及其应用 n5、掌握RAKE接收机原理第5章抗衰落技术5.1

2、概述n移动信道属于时变信道，对无线电信号的影响可归纳为：n自由空间路径损耗 增大发射功率 n阴影衰落 宏分集 n多径衰落 微分集、均衡、差错控制、OFDMn典型的抗衰落技术(Typical Anti-Fading Techniques)n均衡技术(Equalization Techniques) 出发点：通过补偿信道衰落引起的畸变来减小衰落的影响，以减小码间串扰（ISI） 接收机内的均衡器可以对信道中幅度和延迟进行补偿 由于移动信道是时变的，所以要求均衡器是自适应的 n典型的抗衰落技术(Typical Anti-Fading Techniques)n分集技术 (Diversity Techni

3、ques) 出发点：有意识地分离多径信号并恰当合并以提高接收信号 的信噪比来抗衰落 常用的分集技术包括空间分集、频率分集和时间分集 CDMA系统常使用RAKE接收机来改善链路性能n信道编码技术 (Channel Coding Techniques) 出发点：通过增加信息的冗余度来纠正衰落引起的误码 常用的有分组编码、卷积编码和交织技术 nOFDM技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexity Techniques) 出发点：将高速数据通过串并变换，分割成若干低速数据传输，以增大信息码元周期来达到抵抗频率选择性衰落的目的。概述n分集接收的概念分集接收的

4、概念(The Concepts of Diversity Reception) n何为分集？n定义：指接收端对它收到的经过多个相互独立路径传输的信号进行特定的处理来减小衰落的深度与持续时间的方法。n含义：一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即把收到的多个统计独立的衰落信号进行恰当合并以降低衰落的影响。n抗衰落原理：如果一个无线路径经历深衰落，那么另一个相对独立的路径中可能仍保持着较强的信号。 n分集技术的分类n依照分集的目的 宏观分集：抗大尺度衰落 微观分集：抗小尺度衰落5.2分集技术 5.2分集技术n分集接收的概念分集接收的概念(The Conc

5、epts of Diversity Reception) n分集技术的分类n依照信号传输的形式 显分集：构成明显分集信号的传输形式，多指利用多付天线接收信号的分集。 隐分集：分集作用隐含在传输信号的方式中，而在接收端利用信号处理技术实现信号的分集，一般只需一付天线。 n依照获得独立路径信号的方法 空间分集：利用在空间相距为d的多付接收天线来实现分集。天线的间隔d 要保证接收信号的衰落特性相互独立。当工作波长为时，要求d/2。 时间分集 ：将给定的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输M次，保证时间间隔大于信道的相干时间，可以得到M条独立的分集支路。n分集接收的概念分集接收的概念(The Conce

6、pts of Diversity Reception) n分集技术的分类n依照获得独立路径信号的方法 频率分集：将要传输的信息分别以不同的载频发送出去，并保证载频的频率间隔大于信道的相干带宽，就可以使个频率分集信号在频域上的独立性。 极化分集：利用在移动环境中，两个在同一个地点，但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独立性，可得到分集信号。 角度分集：由于达到接收端的不同路径的信号可能来自于不同的方向在，所以接收端采用方向性天线，分别指向不同的信号达到角度，在每个方向上得到的多径信号是不相关的。由此得到分集信号。 多用户分集：利用不同用户的信道衰落，好的多传获得大容量！5.2分集

7、技术 5.2分集技术(Diversity Techniques)n分集的合并技术分集的合并技术 (Combining Techniques of Diversity ) n信号合并准则 择大去小 最大信噪比合并 眼图最大张开度准则 误码率最小准则 n基本概念n原理：把一个较长的突发错误离散成随机错误，再利用纠正随机错误的信道编码技术消除随机差错。 n特点：交织可以在不附加任何开销的情况下，使数字通信系统获得时间分集。不足是增加了传输时延。n为何要用交织？ 信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效，难以抗突发持续较长的深衰落和突发干扰。而使用交织可使数据经无线信道后发生的差错串长度

8、变短，进而更易纠错。n交织技术交织技术 (Interleaving Techniques ) n交织技术交织技术 (Interleaving Techniques ) n交织器的实现n原理：一个（I，J）的块交织器可以看成是一个I行J列的存储矩阵。数据a11 a12 a13 a14 a1J a21 a22 a23 a24 a2J a31 a32 a33 a34 a3J aI1 aI2 aI3 aI4 aIJ按行写入，按列读出，如下图所示。连续的数据处理要有两个矩阵，其中一个用于数据写入，另一个用于数据读出。解交织也要有两个矩阵，用于反交织处理。读出写入a11 a12 a13 a14 a1Ja2

9、1 a22 a23 a24 a2Ja31 a32 a33 a34 a3JaI1 aI2 aI3 aI4 aIJa11 a21 a31 a41 aJ1a12 a22 a32 a42 aJ2a13 a23 a33 a43 aJ3a1I a2I a3I a4I aJI交织技术交织技术n交织技术交织技术 (Interleaving Techniques ) n交织器性能的主要参数 n最小间隔F ：指突发连续错误分布的最小距离，它一般由突发长度确定。n延时D ：表示交织和解交织时所带来的额外处理时间 n存储单元数N：表示交织过程所需的存放数据的单元数目 n交织技术交织技术 (Interleaving T

10、echniques ) n在GSM中的应用 GSM的一帧含456bit（20ms），交织在40ms共912bit（两帧）间进行，每段 57bit。当前帧的456bit 分别与第n-1帧的后半帧的228bit和第 n+1帧的前半帧228bit交织，即当前帧的1、2、3、4段与n-1帧的5、6、7、8段组成时隙1、2、3、4；当前帧的5、6、7、8段与n+1帧的1、2、3、4段组成时隙5、6、7、8 。这样就实现了将符号交织后分散到8个TDMA时帧帧中的时隙来传输的目的。 260 bits260 bits456(A)bits01 2 3 4 5 6 7456(C)bits0 1 2 3 4 5 6

11、 7B0A4B1A5B2A6B3A7C0B4C1B5C2B6C3B7456(B)bits0 1 2 3 4 5 6 7260 bits话音编码信道编码一次交织RAKE接收机 (RAKE Receiver)nRAKERAKE接收机原理接收机原理 (The Principle of RAKE Receiver) n 基本原理：对每个路径使用一个相关接收机，各相关接收基本原理：对每个路径使用一个相关接收机，各相关接收机与被接收信号的一个延迟形式相关，然后对每个相关器的机与被接收信号的一个延迟形式相关，然后对每个相关器的输出进行进行加权，并把加权后的输出相加合成一个输出，输出进行进行加权，并把加权后的

12、输出相加合成一个输出，以提供优于单路相关器的信号检测，然后在此基础上进行解以提供优于单路相关器的信号检测，然后在此基础上进行解调和判决。调和判决。 n典型结构典型结构nP126 P126 图图5-105-10n形状类似于农用工具耙子而得名，形状类似于农用工具耙子而得名，RAKERAKE。 RAKE接收机(RAKE Receiver)nRAKERAKE接收机原理接收机原理 (The Principle of RAKE Receiver) n并行相关并行相关RAKERAKE接收机接收机 并行相关并行相关RAKE接收机的原理如下图所示，图中的搜索器的作接收机的原理如下图所示，图中的搜索器的作用是搜索所有多径，估计出多径的相位、到达时刻和强度参数，并用是搜索所有多径，估计出多径的相位、到达时刻和强度参数，并从中选出三路最强的多径信号供相关器作相关处理，然后再合并。从中选出三路最强的多径信号供相关器作相关处理，然后再合并。 合并相 关 器1相 关 器2相 关 器3搜 索 器输 出r(t) 对于IS-95CDMA系统，基站中的RAKE接收机有4个并行相关器和2个搜索相关器组成，基站接收机无法得到多径信号的相位信息，一般采用非相关最大比值合并准则；而移动台中的RAKE