第3讲(无线信道、问题及解决).ppt

1、2020/7/28,1,本讲内容,移动通信系统所处的信道环境 信道引起的问题及其解决方法-CDMA系统信道问题的解决,2020/7/28,2,信道特点,信道建模 路径损耗 对数正态衰落 瑞利衰落 衰落的特性 时间相干性：快衰落和慢衰落 频率相干性：频率选择性和平坦衰落 空间相干性： 大尺度衰落和小尺度衰落、移动衰落,2020/7/28,3,信道模型,2020/7/28,4,12,12,接收功率,基站,移动台,距离,平均路径损耗,对数正态大尺度衰落,瑞利小尺度衰落,大尺度衰落容限 610dB,小尺度衰落容限2030dB,2020/7/28,5,信道模型,移动无线信道可以用“路径损耗对数正态衰落多

2、径/瑞利衰落”来表征 “路径损耗”问题在网络规划时解决，基带部分仅解决“对数正态衰落、频率选择性和慢衰落”引起的问题 移动无线系统的基带信道建模成权值为独立的瑞利随机变量的FIR滤波器 最常用的信道仿真方法分为频域和时域,2020/7/28,6,链路预算,路径损耗 噪声系数噪声温度 链路余量,2020/7/28,7,信道物理机制：多普勒扩展,收发机的相对运动导致信道的时变特性（多普勒扩展） 从频域角度看，当信道衰落率大于码元速率时信道成为快衰落信道，否则成为慢衰落信道 从时间角度看，信道相关时间大于码元时间时信道为慢衰落，否则称为快衰落）,2020/7/28,8,例子：两个具有不同多普勒频移的

3、信号,2020/7/28,9,2020/7/28,10,信道物理机制：多径（1）,多径传播的时间扩散导致频率选择性衰落 在时域上引入（基带）码间干扰 在频域上造成峰和谷,2020/7/28,11,信道物理机制：多径（2）,多径传播的空间方向上的扩散引起空间选择性 该选择性可用大尺度衰落和小尺度衰落共同描述 当收发机相对位移与载波波长可比时，称为小尺度波动，用瑞利分布变量描述 当收发机相对位移大于多个载波波长时，称为大尺度波动，用对数正态分布变量描述 对于移动无线信道，空间不相干性导致时间不相干性，即小尺度衰落造成移动无线系统的时间选择性,2020/7/28,12,例子：两径信道,2020/7/

4、28,13,2020/7/28,14,衰落信道描述,2020/7/28,15,基带频域Rayleigh衰落仿真,2020/7/28,16,正弦波叠加的仿真模型,2020/7/28,17,信道引起的问题,由于信道衰落造成信号失真，系统性能可能达到不可减少的误比特率。此时，无论多大的Eb/No都无助于性能改善，唯一的方法是减少或消除失真 一旦减少了信号失真，误比特率性能就可以转到瑞利界限曲线，从而可采用分集技术和纠错码进一步改善衰落的影响，使性能尽量达到AWGN系统,2020/7/28,18,2020/7/28,19,信道问题的一般解决方法,抗失真 抗频率选择性失真 均衡、RAKE+信道估计（扩频

5、信号导频信号）、OFDM 快衰落 非相干或差分相干方式的稳健调制、纠错编码降低对Eb/N0的要求、多相滤波均衡 抗SNR损耗（单个可分辨径慢衰落、AWGN） 交织和纠错编码 分集 抗衰落 利用加性独立（不相关）的信号来提高信号信噪比 实现代价较低,2020/7/28,20,CDMA系统中信道问题的解决,为对抗频率选择性和慢衰落 为对抗频率选择性和慢衰落，在信道估计基础上，用RAKE接收机进行分集接收 为对抗慢衰落，用快速功控缓解信号功率问题 采用交织、差错编码、ARQ增加信号冗余度和（时间分集）,2020/7/28,21,CDMA系统中信号干扰特点,上行链路的不同用户信号的到达时间不同，靠扩频

6、码的部分相关隔离不同用户的信号；下行链路的同基站用户采用正交的OVSF码隔离；不同基站用户采用扰码隔离（码分多址CDMA） 扩频信号在可分辨的时刻到达接收机，如WCDMA是78m、CDMA2000是244m ，使RAKE接收机成为可能 CDMA系统中的主要干扰为多址干扰 多径信号造成各码道不正交（上下行都存在） 邻小区下行发射信号对当前小区下行信号的干扰 与前端热噪声相比，其他用户信号很强 用户与基站距离不同导致的路径衰耗不同，加上多址干扰的存在，共同引起远近效应,2020/7/28,22,CDMA系统中解决信号问题的主要技术,RAKE接收机 Chip均衡器干扰抵消器 远近效应（上行）、小区边

7、缘强干扰（下行）要求精确功控 软切换和更软切换 20%40%的连接发生在小区的连接区、5%15%的连接发生在扇区间 对于下行来讲，有效利用多基站发射信号 （对邻小区）远近效应要求,2020/7/28,23,CDMA系统中Rake接收技术（1）,Bello在1963年针对衰落现象提出的宽平稳不相关散射概念（WSSUS）,2020/7/28,24,CDMA系统中Rake接收技术（2）,利用宽带信号的高分辨率分离多径信号 通过导频信道估计信道系数 将每个径上的相关接收机输出进行相位/幅度（最大比）合并，并送给解码器 多径引起的多址干扰，由扩频比抑制 比均衡接收计算量小（1G左右） 在切换区接收多个基

8、站信号进行分集合并 相邻基站采用相同载频 不同PN码偏移区分不同基站信号 可进行不同基站的信道估计 从而实现软切换（不间断通信）,2020/7/28,25,CDMA系统中的软切换和更软切换技术,特点 移动台和基站同时通过多条空中接口信道通信 二者异同点 移动台侧类似 软切换时上行信号在RNC进行选择性合并，且有两个功控环路 更软切换时，上行信号送入基站的同一基带RAKE接收机进行合并，仅有一个功控环路,2020/7/28,26,2020/7/28,27,CDMA系统中的功率控制技术,开环功率控制技术 利用下行信号功率，预测路径损耗，计算发送功率 FDD方式时，上下行频段不同，误差大 闭环功率控

9、制 对上行信号的接收信干比进行实时计算，产生功率控制比特发到移动台控制其发射功率 需要占用信道资源，存在反应时间问题 对不同类型的信道所需信干比不同（导致采用外环功控） 外环功率控制 补偿环境变化和速度变化引起的慢衰落 根据实测误帧率实时改变功控门限,2020/7/28,28,CDMA的特点总结,处理增益（以增加带宽为代价）使小区间的频率复用因子为1（一个频率用于每个小区/扇区） 多个用户的多址干扰被平均，按干扰规划比按尺度（时间、频率）规划有更大的容量 PN序列的相关特点导致了远近效应等副作用，从而需要精确功控和软切换技术 多径分辨能力，可采用RAKE接收机，扩频/解扩要求相干检测,2020/7/28,29,“宽带”的三种含义,射频工程中，描述的是信息带宽与载波频率的相对大小：如果其比值与1相比小很多，称为宽带系统 模拟调频中，描述的是调制方式的一种属性：如果调制带宽大于调制信号的带宽，称为宽带调频 数字无线通信系统中，系统带宽与信道传递函数相比，如果传递函数在系统带宽范围内有明显变化（频率选择性信道），称该系统是