[工学]移动通信西电第四版第四章抗衰落技术.ppt

第4章 抗衰落技术 4.1 分集接收 4.2 RAKE接收 4.3 纠错编码技术 4.4 均衡技术 复习概述 衰落是影响通信质量的主要因素。由于多径衰落和多普勒频移的影响，移动无线信道极其易变，表现为快衰落（衰落速率？衰落深度？衰落储备）。这些影响对于任何调制技术来说都会产生很强的负面效应。 移动通信系统需要利用信号处理技术来改进恶劣的无线电传播环境中的链路性能。 对路径传输损耗，主要靠增大发射功率，以提高接收信号的场强来解决(不能解决深度衰落,特别是上行链路，因为受限制于移动台的发射功率)。 对慢衰落所造成的接收信号功率的波动，通常借助“宏分集”来解决。 无线传输所面临的最大问题是信道的时变多径衰落，克服多径衰落主要用“微分集”来解决，这也是人们通常所说的分集技术。 抗多径衰落还常用均衡技术和差错控制编码技术。均衡可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰(ISI)。信道编码是通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链路的性能的。 4.1 分集接收 4.1.1 分集接收原理 1. 什么是分集接收 所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立(携带同一信息)的信号进行特定的处理（Combining），以降低信号电平起伏的办法。 分集：接收多路不相关的信号并合并。 目标：对抗多径信道造成的衰落和延时串扰。 分集技术主要包含两方面 如何获得独立的多路信号——分散传输 如何合并独立的多路信号——集中处理 分集接收是抗衰落的有效措施之一。 分集技术可以分为宏观分集和微观分集 宏观分集 ——抗阴影衰落 微观分集 ——抗多径衰落 合并技术 ——获得M个相互独立的多径信号分量，然后对它们进行处理以获得信噪比的改善。 2、分集方式 宏分集：主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。这是一种减小慢衰落影响的分集技术，其作法是把多个基站设置在不同的地理位置上和不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信，不会出现严重的慢衰落，使通话质量受到影响。 宏观分集 微分集：是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信系统中都经常使用。可以分为下列六种。 (1)空间分集 空间分集，也被称为天线分集、空间位置分集，是无线通信中使用最多的分集形式。 空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。 空间分集技术 ———用两个以上的天线收同一个信号。 对空间分集而言，分集的支路数M越大，分集效果越好。但当M较大时(如M＞3)，分集的复杂性增加，分集增益的增加随着M的增大而变得缓慢。 (2)频率分集 由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号，以实现频率分集（多路FSK）。 缺点：不仅需要占用更多的频谱资源，而且需要有和频率分集中采用的频道数相等的若干个接收机。 (3)极化分集 由于两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性（垂直极化和水平极化），因而发送端和接收端可以用两个位置很近但为不同极化的天线分别发送和接收信号，以获得分集效果。（分集支路只有两路） 优点是结构比较紧凑，节省空间，缺点是由于发射功率分配到两副天线上，信号功率将有3 dB的损失。 (4)场分量分集 场分量分集。由电磁场理论可知，电磁波的E场和H场载有相同的消息，而反射机理是不同的。因此，通过接收不同的场分量，也可以获得分集的效果。 场分量分集主要用于较低的工作频段（低于100M），工作频率较高时，一般采用空间分集结构。 (5)角度分集 角度分集的作法是使电波通过几个不同路径，并以不同角度到达接收端，而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线能分离出不同方向来的信号分量；由于这些分量具有互相独立的衰落特性，因而可以实现角度分集并获得抗衰落的效果。 角度分集在较高频率时容易实现。 (6)时间分集 快衰落除了具有空间和频率独立性之外，还具有时间独立性，即同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行合并，就能减小衰落的影响。时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号。此外，时间分集也有利于克服移动信道中由多普勒效应引起的信号衰落现象。为了使重复传输的数字信号具有独立的特性，必须保证数字信号的重发时间间隔满足以下关系) (例：P135) 当移动台处于静止时，时间分集基本无作用，因为固定点对固定点的通信在不同时刻，信道认为是恒定的。 现有的主要分集技术 Rake接收机