现代无线通信信号处理技术.docVIP

现代无线通信信号处理技术 近20年来，随着现代无线通信技术的发展, 人们希望通过无线方式高速率、、、、 (无限带宽理想信道) (有限带宽恒参信道) 上式中，α是信道的衰减因子；h（t）是信道的冲激响应。有线信道是封闭信道。 无线信道可建模为线性时变滤波器信道（Linear Time-Variant Filter Channel），信号通过无线信道后的接收信号为 对多径信道 无线信道的主要特点是:开放信道，极易受干扰和噪声的影响；无线信道接收点地理环境复杂，多样；无线通信用户可能慢速步行，亦可能高速运动。 2.移动无线信道 移动通信中，移动点接收到的无线电波功率为 上式中，d-n是无线电波的路径损失指数；s（d）是由于无线电波传播路径上受到障碍物阻塞而引起的慢衰落；R（d）是由于多径、多普勒效应和接收天线的空间选择性引起的快衰落。路径损失指数描述大尺度区间（数百米）接收功率随距离d的变化特性。慢衰落描述中等尺度（数百个波长）范围内接收中值电平的慢变化特性。快衰落描述小尺寸区间（数个波长）范围内接收功率瞬时值的快变化特性。表4.1给出了不同环境下的路径损失指数n。表4.2给出了1.8GHz蜂窝式移动通信中典型的时延扩展、角度扩展和多普勒扩展。 表4.1不同环境下的路径损失指数 环境 自由空间 城区（蜂窝式） 城市阴影区（蜂窝式） 楼房（直射） 楼层（被阻塞） 工厂（被阻塞） 路径损失指数n 2 2.7～3.5 3～5 1.6～1.8 4～6 2～3 表4.2典型环境下的扩展值 地理环境 时延扩展（L） 角度扩展（φ） 多普勒频率扩展（B） 室内 0.1μs 360° 5Hz 农村 0.5μs 1° 190 Hz 都市 5μs 20° 120 Hz 丘陵 20μs 30° 190 Hz 小区 0.2μs 120° 10 Hz 理论分析表明：时延扩展的均值Δτ与相干带宽BC的关系为BC=1/2πΔτ。多普勒扩展FS与相关时间的关系为FS≈1/TC，若同时考虑时延扩展和多普勒扩展，信道特性可建模为 上式中，S（τ；v）被称为散射函数（Scattering Function）。 若对某一市区，查得以上三类扩展分别为FS=120Hz，Δτ=5μs，φ=20°，则BC=1/Δτ=200KHz，TC=1/FS=83μs，RC=λ/4=360°λ/2π（20°）=3λ。可见，为了克服以上三类扩展，可分别采用不同的技术手段。克服空间选择性衰落可采用空间分集手段，但是分集接收机间的距离应大于3λ；克服频率选择性衰落可采用Rake接收方式，但是在设计Rake接收时，其频率相关区间一定要大于200KHz，才有多径分集效果；克服时间选择性衰落可采用信道交织技术，但交织区间一定要大于83μs。 3.现代无线通信信号处理技术 现代通信中，针对不同的信道特性，提出了不同的信号处理技术。 （1）信道宽带无限，信道仅受噪声的影响，这时可采用相关接收机或匹配滤波器技术； （2） 若在信道带宽B内，=常数，=常数，则称信道为理想信道。反之，称为非理想信道。对h（f）一定的信道，可通过信号设计来消除符号间干扰ISI（Intersymbol Interference）。例如，可采用无符号干扰的带限信号设计准则（Nyquist）和具有受控ISI的带限信号设计准则（部分响应技术）； （3）若信道存在失真和噪声，且h（f）未知，则ISI是导致误码率Pe增加的主要原因。解决方案是设计一种能补偿或减少接收信号中ISI的电路（均衡器）。例如，MLSE接收（Maximum Likelihood Sequence Estimation）、线性均匀器、判决反馈均衡器。若信道特性是时变的，信道响应随时间变化，则要求均衡器能够自动调节抽头系数（自适应均衡器）。 （4）在蜂窝移动通信系统中，多址干扰（或多用户干扰或同信道干扰）是导致误码率Pe增加的主要原因，解决办法是多用户检测器（多用户检测理论）。 （5）如果希望能够根据信号和干扰环境自动调节天线阵的空间辐射特性，这对减少多用户干扰和解调期望的信号是有利的，这种技术就是智能天线。 （6）无线通信中同时存在码间干扰ISI和同信道干扰，均衡技术可以补偿码间干扰，但不能抑制同信道干扰，多用户检测可以抑制同信道干扰，但不能补偿码间干扰，空时二维处理可同时抑制这两种干扰。 （7）空时编码（Space-Time Coding）使用多个发射天线和接收天线，在不同无线发射信号间引入时域和空域相关，接收端进行分集接收，可获得更高的编码增益，提高无线通信系统的容量。 （8）超宽无线电技术发射具有宽带频谱的超低功率无载波脉冲，脉冲宽度为10ns～1ns。采用脉冲位置调制方式，具有抗多径、抗干扰、辐射功率极低、通信容量大