第3章 关键技术2

在接收端采用多副间隔距离 d≥λ/2（λ为 频率分集就是将信息分别在不同的载频 宏分集（也称为“多基站”分集）以减少由于阴影效应而引 工作波长）的天线接收，以保证接收天 上发射出去，要求载频间的频率间隔要 快衰落除了具有空间和频率独立性之外， 起的大范围慢衰落为目的，它的做法是把多个基站设置在不 线输出信号的衰落特性是相互独立的。 大于信道相关带宽，以保证各频率分集 极化分集实际上是空间分集的特殊情况。 还具有时间独立性，即同一信号以大于 同的地理位置和不同方向上，同时和一个移动台进行通信， 经相应的合并电路从中选出信号幅度较 信号在频域上的独立性，在接收端就可 相干时间的时间间隔重复传输 M次，只 在发端同一地点装上垂直极化和水平极化 移动台接收到的信号是一个多径衰落信号 也可以选用其中信号最好的一个基站与移动台进行通信。 由电磁场理论可知，电磁波的 E场和H场载 大、信噪比最佳的一路，得到一个总的 以得到衰落特性不相干的信号。和空间 两副发射天线，在收端同一地点装上垂直 要各次发送的时间间隔足够大，那么各 当工作频率高于 10GHz 时，从发射机到接收 。通常这一多径衰落信号的时延差很小且 有相同的消息，而反射机理是不同的，例如 接收天线输出信号，从而降低了信道衰 分集相比，频率分集的优点是减少了天 极化和水平极化两副接收天线，就可以得 次发送信号所出现的衰落将是彼此独立 是随机的，对于窄带系统（如模拟 TACS 机的散射信号产生从不同方向来的互不相关 一个散射体反射 落的影响，改善了传输的可靠性。 E 波和 H 波的驻波图形相位 线数目，缺点是要占用更多的频谱资源， 的，即得到 M条独立的分集支路。接收 到两路衰落特性互不相关的极化分量。优 、数字 GSM系统），在同一地点，到达的 的信号。这样接收端利用方向性天线，在同 差点是结构紧凑，节省空间，缺点是由于发 90 在发端需要多部发射机。 °，即当E波为最大时，H波最小。因 机将重复收到的同一信号进行合并，以 一位置设置指向不同方向的两个或更多的有 各路信号是相关的，无法分离。只有特定 此利用场分量的这个特点也可以实现分集。 射功率要分配到两副天线上，将有 减小衰落的影响。 3dB的 向天线，向合成器提供信号，以达到克服衰 设计的扩频信号才可以进行分离，分离的 信号功率损失。 手段是相关接收。 落的目的。采用这种方案，移动台比基站的 电路更有效。
第1章 移动通信概述 扩频通信
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1、 扩频通信的理论基础
扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度 (W)远大于原 始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(DF)，其比值称为处理增益：
G W / DF
扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论中的相关公式中引伸而来 的。信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为：
C W log2 (1 S N )
式中：C为信道容量(用传输速率度量)，W 为信号频带宽度， S为信号 功率，N为白噪声功率。 香农公式表明，在给定信号功率和白噪声功率的情况下，只要采用某种 编码系统，就能以任意小的差错概率，以接近于信道容量C的传输速率来传 送信息。式(3-16)还说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W 和信噪比S／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信 噪比S／N情况下，传输可靠的信息。
第1章 移动通信概述
第3章 关键技术
语音编解码技术 调制与解调技术 扩频通信 分集接收技术 链路自适应技术 OFDM技术 软件无线电技术 智能天线 MIMO技术 联合检测 认知无线电技术（RC）
第1章 移动通信概述 扩频通信
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扩频通信的理论基础 扩频通信的基本原理
第1章 移动通信概述 扩频通信
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（4）跳时扩频通信系统
与跳频相似，跳时（TH：Time Hopping）是使发射信号在时间轴上跳 变。我们先把时间轴分成许多时隙。在一帧内哪个时隙发射信号由扩频码序 列进行控制。因此，可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时隙的 时移键控。由于采用了窄得多的时隙去发送信号，相对来说，信号的频谱也 就展宽了。
第1章 移动通信概述 扩频通信
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2 、 扩频通信的基本原理
（1）直接序列扩频通信系统 第一种码分直扩系统构成的简单框图如图3-20(a)所示。
图3-20 （a）码分直扩系统
第1章 移动通信概述 扩频通信
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第二种码分直扩系统构成的简单框图如图3-20(b)所示。
图3-20 （b）码分直扩系统
第1章 移动通信概述 扩频通信
第1章 移动通信概述 Simulink 仿真
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扩频调制前的信号频 宽大概为1KHz左右
扩频调制前频谱图
第1章 移动通信概述 Simulink 仿真
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扩频调制后的信号频宽 大概为255KHz左右
扩频调制后频谱图
第1章 移动通信概述 扩频通信
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（3）跳频扩频通信系统
跳频(FH)通信是指用一定码序列进行选择的多频率频移键控，也是一种 扩频技术，即通信使用的载波频率受一组快速变化的伪随机码控制而随机的 跳变。这种载波变化的规律，通常叫做“跳频图案”。跳频实际上是一种复 杂的频移键控，是一种用伪随机码进行多频频移键控的通信方式。
第1章 移动通信概述 扩频通信
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Pe f ( E ) n0
扩频通信可行性的另一理论基础，是柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率 的公式：
式中：Pe为差错概率，E为信号能量，n。为噪声功率谱密度，f为某一函数。
ST SW Pe f ( W ) f ( ) N N B
结论：信噪比和带宽是可以互换的，它同样指示了用增加带宽的 方法可以换取信噪比上的降低。
空间分集在发端采用一副天线发射，而 2 、几种常用的显分集技术
微分集是以抗快衰落为目的，同一天线场地使用两个或多个天线的分集方式 。理论和实践都表明，在空间、频率、极化、场分量、角度及时间等方面分离 的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性，因此可采用空间分集、时间分集、 频率分集、极化分集、角度分集和多径分集等多种分集技术。
channels: analysis
第1章 移动通信概述
选择式合并（selection Combing) 基本思想：
对所有i个分集支路信号的能量进行扫描检测,然后选择信噪比最 高的一个支路信号作为合并输出。该合并方式的实现方法简单, 但浪费了其余的支路信号资源,大大降低了合并增益。
系统模型：
第1章 移动通信概述
分集接收
RF输出 869～894MHz
第1章 移动通信概述
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相关器1 IF带通 IF放大 和带通 第二振荡器 A/D 转换器 相关器2 相关器3 搜寻相关器 器 合 并
第一振荡器
话音输出
声码器
维特比译码
反交织
控制微处理器
图3-27 移动台接收机方框图
分集接收
第1章 移动通信概述
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交织编码的目的是把一个较长的连续突发差错 离散成随机的非连续差错，再用纠正随机差错 的编码（FEC）技术消除随机差错。交织深度 越大，则离散度越大，抗突发差错能力也就越 强，但处理时间也越长，从而造成数据传输时 延增大。也就是说，交织编码是以时间为代价 的。因此，交织编码属于时间隐分集。 跳频有慢跳频（SFH）和快跳频（FFH）两种。 慢跳频的跳频速率低于信息比特率，即连续几个 信息比特跳频一次。GSM系统中，传输频率在一 个完整的突发脉冲传输期间保持不变，属于慢跳 频。快跳频的跳频速率高于或等于信息比特率， 即每个信息比特跳频一次以上。
DDS原理
第1章 移动通信概述
工作过程为: 1, 将存于数表中的数字波形,经数模转换器D/A,形成模拟量波形. 2, 两种方法可以改变输出信号的频率: (1),改变查表寻址的时钟CLOCK的频率, 可以改变输出波形的频率. (2), 改变寻址的步长来改变输出信号的频率.DDS即采用此法. 步长即为对数字波形查表的相位增量.由累加器对相位增量进行累加, 累加器的值作为查表地址. 3, D/A输出的阶梯形波形,经低通(带通)滤波,成为质量符合需要的模拟波形.
3 、几种常用的隐分集技术
第1章 移动通信概述 4、分集合并技术
最大比值合并（Maximal Ratio Combing) 基本思想：
接收机对所有分集支路进行不间断连续检测,并估计各支路信 号的幅度、相位和时延,然后根据“强者愈强弱者愈弱”的原则 做出相应的加权补偿,使合并输出的信噪比最大化。
系统模型：
参数分析：
第1章 移动通信概述
切换合并（switching Combing) 基本思想：
根据系统的性能要求和信道环境条件,预先设定一个最低的可接 收信号切换门限,接收机首先随机选择一个支路信号作为输出,然 后根据支路信号与门限值的大小来确定是否切换到其它支路信号。 切换合并结构比选择合并简单,但性能较差。
第1章 移动通信概述 扩频通信
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扩频通信的主要特点
抗干扰能力强； 保密性好； 可以实现码分多址； 抗衰落、抗多径干扰； 能精确地定时和测距，等等。
分集接收
第1章 移动通信概述
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分集技术的分类 几种常用的显分集技术 几种常用的隐分集技术 分集合并技术
分集接收
第1章 移动通信概述
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分集接收技术是一项主要的抗衰落技术，它可以大大 提高多径衰落信道下的传输可靠性，其本质就是采用两种或 两种以上的不同方法接收同一信号以克服衰落，其作用是在 不增加发射机功率或信道带宽的情况下充分利用传输中的多 径信号能量，以提高系统的接收性能。它的基本思路是：将 接收到的多径信号分离成不相关的（独立的）多路信号，即 选取了一个信号的两个或多个独立的采样，这些样本的衰落 是互不相关的，这意味着所有样本同时低于一个给定电平的 概率比任何一个样本低于该值的概率要小得多；然后将这些 信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最 大。对数字系统而言，使接收端的误码率最小，对模拟系统 而言，提高接收端的信噪比。 目前，分集技术已经有了非常广泛的应用，如IS-95 中用RAKE进行二重空间接收，而第三代移动通信中不论 WCDMA还是CDMA2000则都采用发端分集技术。