第4章 噪声、干扰与抗衰落技术
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移动通信(西电第四版)第四章 抗衰落技术
k 1 M
20
(1)选择式合并
选择式合并是指检测所有分集支路的信号, 以选 择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并 器的输出。
a t max a1 t , a 2 t , a 3 t ,
某指标
21
这种分集有M个接收机进行支路的解调， 输出信号送入选择逻辑。选择逻辑从M个 接收信号中选择具有最高基带信噪比 （SNR）的基带信号作为输出，在选择性 合并器中，加权系数只有一项为1，其余 为 0。 选择式合并又称开关式相加。这种方式方 法简单，实现容易。但由于未被选择的支 路信号弃之不用，因此抗衰落不如后述两 种方式。
13
(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。
12
空间分集接收抗衰落的效果
某通信系统不采用分集接收时的中断率是P1=0.01，若采
用双重空间分集，并假设两路信号具有相同的中断率，求合
成信号的中断率？ 解：两路信号同时中断时，合成信号才会中断，所以分集 合并后的中断率是
P=P1×P2=0.0001
即中断率降低了100倍，若等效成衰落储备，相当 于避免了将微波发信机的功率从1W提高到100W。
4
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。
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(1)选择式合并
选择式合并是指检测所有分集支路的信号, 以选 择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并 器的输出。
a t max a1 t , a 2 t , a 3 t ,
某指标
21
这种分集有M个接收机进行支路的解调， 输出信号送入选择逻辑。选择逻辑从M个 接收信号中选择具有最高基带信噪比 （SNR）的基带信号作为输出，在选择性 合并器中，加权系数只有一项为1，其余 为 0。 选择式合并又称开关式相加。这种方式方 法简单，实现容易。但由于未被选择的支 路信号弃之不用，因此抗衰落不如后述两 种方式。
13
(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。
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空间分集接收抗衰落的效果
某通信系统不采用分集接收时的中断率是P1=0.01，若采
用双重空间分集，并假设两路信号具有相同的中断率，求合
成信号的中断率？ 解：两路信号同时中断时，合成信号才会中断，所以分集 合并后的中断率是
P=P1×P2=0.0001
即中断率降低了100倍，若等效成衰落储备，相当 于避免了将微波发信机的功率从1W提高到100W。
4
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。
移动通信抗干扰与抗衰落技术
移动通信抗干扰与抗衰落技术在当今信息时代，移动通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
无论是日常的沟通交流、工作中的信息传递，还是娱乐休闲时的在线互动，都离不开稳定、高效的移动通信网络。
然而，在移动通信的过程中，信号会受到各种干扰和衰落的影响，导致通信质量下降，甚至出现通信中断的情况。
因此，研究移动通信中的抗干扰与抗衰落技术显得尤为重要。
干扰是指在通信过程中，无用的信号对有用信号造成的影响。
干扰的来源多种多样，比如同频干扰、邻频干扰、互调干扰等。
同频干扰是指使用相同频率的信号之间相互干扰，这在频谱资源紧张的情况下尤为常见。
邻频干扰则是相邻频率的信号之间发生的干扰。
互调干扰则是由于多个信号在非线性器件中相互作用而产生的新频率分量对通信造成的干扰。
衰落则是指信号在传输过程中，由于多径传播、阴影效应等原因，导致信号强度的随机变化。
多径传播是指信号通过多条不同的路径到达接收端，这些路径的长度和传播条件不同，导致信号到达接收端的时间和相位不同，从而引起信号的衰落。
阴影效应则是由于建筑物、山丘等障碍物的遮挡，导致信号在传播过程中被衰减。
为了应对移动通信中的干扰和衰落问题，研究人员提出了多种抗干扰和抗衰落技术。
扩频技术是一种常见的抗干扰技术。
扩频通信通过将信号的频谱扩展到很宽的频带上，使得信号的功率谱密度降低，从而降低了被干扰的概率。
常见的扩频技术有直接序列扩频和跳频扩频。
直接序列扩频是将发送的信息与一个高速的伪随机码进行异或运算，将信号的频谱扩展。
跳频扩频则是通过不断地改变发送信号的频率，使得干扰信号难以跟上频率的变化，从而达到抗干扰的目的。
均衡技术是一种用于对抗多径衰落的技术。
由于多径传播导致信号在不同的路径上产生不同的延迟和衰减，接收端接收到的信号会出现码间干扰。
均衡技术通过对接收信号进行补偿和校正，消除码间干扰，提高信号的质量。
常见的均衡技术有线性均衡和非线性均衡。
线性均衡算法简单，但性能相对较差。
非线性均衡性能较好，但计算复杂度较高。
第四章 抗衰落技术
3
素有关。在移动通信中，通常取： 市区 d=0.5λ 郊区：d=0.8λ 满足上式的条件下， 两信号的衰落相关性已很弱了； d 越大， 相关性就越弱。 例如，在 900MHz 的频段工作时，两副天线的间隔约为 0.27m。 天线的间隔， 可以垂直间隔也可以水平间隔， 但垂直间隔分集性能较差。 在空间分集中，天线 N 越大，分集效果越好，但是分集与不分集差异很 大，属于质变；而分集增益正比于分集天线数，一般当 N 大于 3 时，增 益改善不再明显，且随着 N 增大而逐步减少，属于量变。然而 N 的增 大意味着设备复杂度的增大，所以在工程上要在性能与复杂度之间做一 折中，一般取 N＝2～4 即可。 2．极化分集 （1）概念 利用天线水平与垂直极化方向上的正交性能来实现分集功能的， 即利用极化 的正交性来实现衰落的不相关性。 电磁波的极化方向可分为水平极化和垂直极化，这两种极化波是正交的，利 用这一点，在发送端分别装上两副距离很近但极化方向不同的天线分别发送信 号，就可得到两路衰落特性不相关的信号，在接收端同样用两副距离很近但极化 方向不同的天线来接收这两路不相关的衰落信号，就可获得分集的效果。 极化分集可看成是空间分集的一种特殊情况，它也要用两副天线（二重分集 情况） ，但它仅仅利用了不同极化的电磁波所具有的不相关衰落特性，因而缩短 了天线之间的距离，在工程上常常将两副天线集成于一副天线内实现。从外观看 上去只是一副天线。 （2）优点：结构紧凑，节约空间； （3）缺点：在移动时变信道中，极化正交性很难保证，且发送端的功率要 分配给两个不同的极化天线，因此发射功率要损失 3dB。 3．角度分集 （1）概念 由于地形地貌和建筑物等环境的不同， 到达接收端的不同路径的信号可能来
最大比合并
照总信噪比最大化的 原则 将 M 重分集支路按 等权值相加
素有关。在移动通信中，通常取： 市区 d=0.5λ 郊区：d=0.8λ 满足上式的条件下， 两信号的衰落相关性已很弱了； d 越大， 相关性就越弱。 例如，在 900MHz 的频段工作时，两副天线的间隔约为 0.27m。 天线的间隔， 可以垂直间隔也可以水平间隔， 但垂直间隔分集性能较差。 在空间分集中，天线 N 越大，分集效果越好，但是分集与不分集差异很 大，属于质变；而分集增益正比于分集天线数，一般当 N 大于 3 时，增 益改善不再明显，且随着 N 增大而逐步减少，属于量变。然而 N 的增 大意味着设备复杂度的增大，所以在工程上要在性能与复杂度之间做一 折中，一般取 N＝2～4 即可。 2．极化分集 （1）概念 利用天线水平与垂直极化方向上的正交性能来实现分集功能的， 即利用极化 的正交性来实现衰落的不相关性。 电磁波的极化方向可分为水平极化和垂直极化，这两种极化波是正交的，利 用这一点，在发送端分别装上两副距离很近但极化方向不同的天线分别发送信 号，就可得到两路衰落特性不相关的信号，在接收端同样用两副距离很近但极化 方向不同的天线来接收这两路不相关的衰落信号，就可获得分集的效果。 极化分集可看成是空间分集的一种特殊情况，它也要用两副天线（二重分集 情况） ，但它仅仅利用了不同极化的电磁波所具有的不相关衰落特性，因而缩短 了天线之间的距离，在工程上常常将两副天线集成于一副天线内实现。从外观看 上去只是一副天线。 （2）优点：结构紧凑，节约空间； （3）缺点：在移动时变信道中，极化正交性很难保证，且发送端的功率要 分配给两个不同的极化天线，因此发射功率要损失 3dB。 3．角度分集 （1）概念 由于地形地貌和建筑物等环境的不同， 到达接收端的不同路径的信号可能来
最大比合并
照总信噪比最大化的 原则 将 M 重分集支路按 等权值相加
噪声、干扰与抗衰落技术
同频道干扰保护比（P）上加上同频道干扰余量（ZP），即：P+ZP（dB）。
话音等级 P（dB）
ZP（dB） σL=6dB σL=12dB 22．8 22．8
P+ZP（dB） σL=6dB 22．5 26．5 σL=12dB 30．8 34．8
三级话音 质量 四级话音 质量
8 12
14．5 14．5
表3-1 干扰概率为10%时的射频防护比
(a) 3级语音质量 (b)4级语音质量 图3.3 移动台接收机性能的恶化量 在确定接收机门限电平时，不应仅仅考虑静态条件，还应 附加衰落条件引入的恶化量。
第3章噪声、干扰与抗衰落技术
3.2 邻道干扰与同频道干扰 设备之间的相互干扰：包括邻道干扰、同频道干扰、互调 干扰 1、邻道干扰 邻道干扰是指在同一小区或相邻小区中，相邻或相近频 率的信道之间的干扰。 理论上，调频信号的频谱是很宽的，包含有无穷多对边 频分量，当某些边频分量落入相邻频率的信道中时，就形 成邻道干扰。
移动台的发射功率为 10W，即 10dBW，带宽外的边带功率约为 10 50 40dbW ， 计入传输损耗，落入其他移动台接收机的邻道干扰为 40 100 140dBW
所对应的相对幅值为： J 5 (1.7) 3.4 * 10 3 ，相对应的载波功率约为 -50dB。 -3≈-50dB 20lg3.4*10
第3章噪声、干扰与抗衰落技术
第3章 噪声、干扰与抗衰落技术
3.1 噪声 3.2 邻道干扰与同频道干扰
3.3 互调干扰
3.4 分集接收 3.5 RAKE接收
3.6 纠错编码技术
3.7均衡技术
第3章噪声、干扰与抗衰落技术
3.1 噪声
3.1.1 噪声的分类与特性 移动信道中的噪声的分类：
第4章 抗衰落技术
4
勤学 务实 开拓 创新
分集接收
2、分类 按“分”划分：按接收信号样值结构与统计特性，可分 为空间分集、时间分集、频率分集。 按“集”划分：按合并方式，可分为选择式合并、等增 益合并、最大比值合并。 按“合并位置”划分：射频合并、中频合并、基带合并。 另外还有:接收端分集、发送端分集、收发联合分集 (MIMO)-多输入输出系统。 一般来说，采用多套设备来实现分集为传统的显分集， 采用一套设备而利用信号统计与处理技术来实现的称隐分集。
合成矢量
2
13
1
2
3
Rake 接收
勤学 务实 开拓 创新
Rake接收技术
多径分离的能力主要取决于带宽，在城区多径时延 大约为5μ s，相关带宽为200kHz，即要求载波间隔为 200kHz。 GSM的载波间隔为200kHz，无法实现多径分离，不 能用Rake接收，而IS-95载波间隔为1.25MHz，理论上有 6重隐分集的可能。 但由于多径时延扩展是随机的，实际上有利用价值 的不超过3-4径，所以在C网中，基站接收机N=4，移动 台N=3。 Rake接收理论上属于频率分集，但从现象上看，是 利用多径时延进行的分集，有人认为称为多径分集更为 恰当。
{an} T T T
f 1
T
f0
T
f L1
f L1 1
f L2 1
f L2
{nn} {rn}
21
图 4.36 信道模型
{yn}
勤学 务实 开拓 创新
均衡技术
②判决反馈均衡器 由两个滤波器组成，前馈滤波器的作用和线性均衡器 的作用一样，反馈滤波器是将已检测符号的判别输出作为 它的输入，作用是从已检测的符号来估计当前检测符号的 码间干扰，然后将它与前馈输出相减，从而减少了当前输 出符号间的串扰。
勤学 务实 开拓 创新
分集接收
2、分类 按“分”划分：按接收信号样值结构与统计特性，可分 为空间分集、时间分集、频率分集。 按“集”划分：按合并方式，可分为选择式合并、等增 益合并、最大比值合并。 按“合并位置”划分：射频合并、中频合并、基带合并。 另外还有:接收端分集、发送端分集、收发联合分集 (MIMO)-多输入输出系统。 一般来说，采用多套设备来实现分集为传统的显分集， 采用一套设备而利用信号统计与处理技术来实现的称隐分集。
合成矢量
2
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Rake 接收
勤学 务实 开拓 创新
Rake接收技术
多径分离的能力主要取决于带宽，在城区多径时延 大约为5μ s，相关带宽为200kHz，即要求载波间隔为 200kHz。 GSM的载波间隔为200kHz，无法实现多径分离，不 能用Rake接收，而IS-95载波间隔为1.25MHz，理论上有 6重隐分集的可能。 但由于多径时延扩展是随机的，实际上有利用价值 的不超过3-4径，所以在C网中，基站接收机N=4，移动 台N=3。 Rake接收理论上属于频率分集，但从现象上看，是 利用多径时延进行的分集，有人认为称为多径分集更为 恰当。
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f L1 1
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{nn} {rn}
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图 4.36 信道模型
{yn}
勤学 务实 开拓 创新
均衡技术
②判决反馈均衡器 由两个滤波器组成，前馈滤波器的作用和线性均衡器 的作用一样，反馈滤波器是将已检测符号的判别输出作为 它的输入，作用是从已检测的符号来估计当前检测符号的 码间干扰，然后将它与前馈输出相减，从而减少了当前输 出符号间的串扰。
4、抗衰落技术
图4-3 空间分集的合并
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4.2.2 分集信号的合并技术
移 动 通 信 原 理
• 对于具体的合并技术来说，通常有4类： 选择式合并（Selective Combining）、最 大比合并（Maximum Ratio Combing）、 等增益合并（Equal Gain Combining）和 开关式合并（Switching Combining）。
移 动 通 信 原 理
18
2．极化分集（Polarization Diversity）
• 在移动环境下，两个在同一地点极化方 向相互正交的天线发出的信号呈现出不 相关衰落特性。 • 极化分集实际上是空间分集的特殊情况， 其分集支路只有两路。
移 动 通 信 原 理
19
3．角度分集（Angle Diversity）
23
4.2.2 分集信号的合并技术
移 动 通 信 原 理
• 根据在接收端使用合并技术的位置不同， 可以分为检测前（Predetection）合并技 术和检测后（Postdetection）合并技术， 如图4-3所示。这两种技术都得到了广泛 的应用
24
4.2.2 分集信号的合并技术
移 动 通 信 原 理
• （1）直接序列扩频抗多径的原理是：当 发送的直接序列扩频信号的码片（chip） 宽度Tc小于或等于最小多径时延差时， 接收端利用直扩信号的自相关特性进行 相关解扩后，将有用信号检测出来，从 而具有抗多径的能力。
50
3．直接序列扩频技术
移 动 通 信 原 理
Hale Waihona Puke • （2）直接序列扩频抗干扰 • 直接序列扩频抗蜂窝系统内部和外部干 扰的原理，也是利用直扩信号的自相关 特性，经相关接收和窄带通滤波后，将 有用信号检测出来，而那些窄带干扰和 多址干扰都处理为背景噪声。其抗干扰 的能力可用直接序列扩频处理增益来表 征。
第4章 噪声、干扰与抗衰落技术
语音质 量等级
3级 4级
P/dB
8 12
ZP/dB
P+ZP/dB
L 6dB
14.5 14.5
L 12 dB
22.8 22.8 22.5 26.5 30.8 34.8
3、 同频道复用距离 在小区制系统中，保证信干比S/I大于射频防护比的主要办 法是保证同频小区之间的距离大于同频道复用距离。由于信号 的电平与干扰强度不仅与距离有关，而且与设备、地形地貌等 许多因素有关。为了简化分析，我们假设系统内所有设备参数 相同，地形地貌不发生变化。
2、 同频道干扰与射频防护比 在小区制通信系统中，为了提高系统的频率利用率，在一 定的间隔距离以外，需要重复使用相同的频率，这种技术被称 为频道复用。频道复用技术可以大大提高频率利用率，但时会 带来同频道干扰。 信号功率是随距离的增加呈指数倍衰减的，因此，具有相 同频道的小区相距越远，同频道干扰越小，但同时会使频率的 利用率降低。在满足通信质量的条件下，允许使用相同频道的 小区间的最小距离被称为同频道复用的最小安全距离，简称同 频道复用距离。为了保证通信质量，接收端的S/I必须大于表3.1 所示的射频防护比。 表3.1 干扰概率为10%的射频保护比指标
1. 选择式合并的性能
选择式合并器的输出信噪比， 即当前选用的那个支路送 入合并器的信噪比。 设第k个支路的信号功率为r2k/2， 噪声功
率为Nk, 可得第k支路的信噪比为
rk2 rk 2Nk
(4 - 8)
通常， 一支路的信噪比必须达到某一门限值γt， 才能保证接 收机输出的话音质量(或者误码率)达到要求。 如果此信噪比 因为衰落而低于这一门限， 则认为这个支路的信号必须舍弃 不用。
4.2 分集接收
抗干扰措施----分集技术、纠错编码技术、自动功率控制技术
3级 4级
P/dB
8 12
ZP/dB
P+ZP/dB
L 6dB
14.5 14.5
L 12 dB
22.8 22.8 22.5 26.5 30.8 34.8
3、 同频道复用距离 在小区制系统中，保证信干比S/I大于射频防护比的主要办 法是保证同频小区之间的距离大于同频道复用距离。由于信号 的电平与干扰强度不仅与距离有关，而且与设备、地形地貌等 许多因素有关。为了简化分析，我们假设系统内所有设备参数 相同，地形地貌不发生变化。
2、 同频道干扰与射频防护比 在小区制通信系统中，为了提高系统的频率利用率，在一 定的间隔距离以外，需要重复使用相同的频率，这种技术被称 为频道复用。频道复用技术可以大大提高频率利用率，但时会 带来同频道干扰。 信号功率是随距离的增加呈指数倍衰减的，因此，具有相 同频道的小区相距越远，同频道干扰越小，但同时会使频率的 利用率降低。在满足通信质量的条件下，允许使用相同频道的 小区间的最小距离被称为同频道复用的最小安全距离，简称同 频道复用距离。为了保证通信质量，接收端的S/I必须大于表3.1 所示的射频防护比。 表3.1 干扰概率为10%的射频保护比指标
1. 选择式合并的性能
选择式合并器的输出信噪比， 即当前选用的那个支路送 入合并器的信噪比。 设第k个支路的信号功率为r2k/2， 噪声功
率为Nk, 可得第k支路的信噪比为
rk2 rk 2Nk
(4 - 8)
通常， 一支路的信噪比必须达到某一门限值γt， 才能保证接 收机输出的话音质量(或者误码率)达到要求。 如果此信噪比 因为衰落而低于这一门限， 则认为这个支路的信号必须舍弃 不用。
4.2 分集接收
抗干扰措施----分集技术、纠错编码技术、自动功率控制技术
移动通信第4章抗衰落技术
Bc 1 2
如市区
3 s
Bc 53KHz
优点: 与空间分集相比，减少天线数目 缺点:占用更多的频谱资源，在发射端需要多部发射 机
18
分集接收技术--时间分集
用两个以上的时段传输同一组信息；如果各个时段之间的间隔 大于信道的相干时间，则每个时段所对应的信道衰落是相互独 立的；对这些不同时段的接收信号进行某种方式的合并，就可 以起到抗衰落的作用 要求重发时间间隔满足:
场分量分集 角度分集 极化分集
8
分集接收技术---宏分集
把多个基站设置在不同的地理位置上和在不同方向上， 同时和小区内的一个移动台进行通信（可以选用其中信 号最好的一个基站进行通信）。
分集接收技术
按信号的传输方式可以分为:
显分集
构成明显分集信号的传输方式，多指利用多副天 线接收信号的分集。 分集作用含在传输信号中的方式，在接收端利用 信号处理技术实现分集，它包括交织编码技术， 跳频技术、直接序列扩频等。 隐分集一般用在数字移动通信中。
31
信道编码技术—概述
在移动信道上,误码有两种类型:
随机性误码:
单个码元错误,并且随机发生,主要由噪声引起;
突发性误码:
连续数个码元发生错误,主要由于衰落或阴影造成
因此,信道编码应有克服这两类误码的能力. 信道编码主要是为了纠错,也叫前向纠错 (FEC: Forward error correcting)
衰落有什么影响？
衰落影响之一：接收电平降低，无法保证正常通信。 衰落影响之二：接收波形畸变，产生严重的误码。 衰落影响之三：传播延时变化，破坏与时延有关的同步。 衰落影响之四：在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影 响某些跟踪过程。
如市区
3 s
Bc 53KHz
优点: 与空间分集相比，减少天线数目 缺点:占用更多的频谱资源，在发射端需要多部发射 机
18
分集接收技术--时间分集
用两个以上的时段传输同一组信息；如果各个时段之间的间隔 大于信道的相干时间，则每个时段所对应的信道衰落是相互独 立的；对这些不同时段的接收信号进行某种方式的合并，就可 以起到抗衰落的作用 要求重发时间间隔满足:
场分量分集 角度分集 极化分集
8
分集接收技术---宏分集
把多个基站设置在不同的地理位置上和在不同方向上， 同时和小区内的一个移动台进行通信（可以选用其中信 号最好的一个基站进行通信）。
分集接收技术
按信号的传输方式可以分为:
显分集
构成明显分集信号的传输方式，多指利用多副天 线接收信号的分集。 分集作用含在传输信号中的方式，在接收端利用 信号处理技术实现分集，它包括交织编码技术， 跳频技术、直接序列扩频等。 隐分集一般用在数字移动通信中。
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信道编码技术—概述
在移动信道上,误码有两种类型:
随机性误码:
单个码元错误,并且随机发生,主要由噪声引起;
突发性误码:
连续数个码元发生错误,主要由于衰落或阴影造成
因此,信道编码应有克服这两类误码的能力. 信道编码主要是为了纠错,也叫前向纠错 (FEC: Forward error correcting)
衰落有什么影响？
衰落影响之一：接收电平降低，无法保证正常通信。 衰落影响之二：接收波形畸变，产生严重的误码。 衰落影响之三：传播延时变化，破坏与时延有关的同步。 衰落影响之四：在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影 响某些跟踪过程。
移动通信第四章(抗衰落技术详细)
译码器根据编码规则和信道特性，对所接收到的 码字进行判决，这一过程就是译码。设发送的码 字为C,接收到的码字R=C+e,其中e为错误图样，它 指示码字中错误码元的位置。当没有错误时，e为 全零矢量。
26
分组码的基本描述
4.3 纠错编码技术
S RHT
定义接收码字R的伴随式（或校验子）为
如果S=0,则R是一个码字；若S 0,则传输一定有错。 由于
16
4.1
分集接收
时间分集
对信号振幅进行顺序取样，在时间上间隔 足够远的两个样点是互不相关的。 将信号相隔一定的时间间隔重复传输M次， 只要时间间隔大于相干时间，就可以得到M 条独立的分集支路。 当移动台处于静止状态时，时间分集基本 是没有用处的。
17
4.1
时间分集
分集接收
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。
7
4.1
分集接收
设基站A接收到的信号中值为mA, 基站B接收到的信号中值 为mB,它们都服从对数正态分布。若mA> mB,则确定用基 站A与移动台通信；若mA< mB,则确定用基站B与移动台通 信。 如图中，移动台在B路段运动时，可以和基站B通信；而在 A路段则和基站A通信。 基站数视需要而定
GH O
C aG
24
分组码的基本描述
H称作校验矩阵，它也满足
CHT O
4.3 纠错编码技术
任意两个码字之间汉明距离的最小值称作码的最 小距离，表为dmin。dmin是衡量码的抗干扰能力 （检、纠错能力）的重要参数，dmin越大，码的 抗干扰能力就越强。理论分析表明：
移动通信第四章抗衰落技术应用
移动通信第四章抗衰落技术应用在移动通信领域，信号在传输过程中往往会受到多种因素的影响而导致衰落，这对通信质量和可靠性构成了严重挑战。
第四章所探讨的抗衰落技术，正是为了解决这一关键问题应运而生的。
抗衰落技术的重要性不言而喻。
当我们在使用手机进行通话、上网或者观看视频时，都希望能够获得稳定、清晰和流畅的通信体验。
然而，由于移动环境的复杂性，例如建筑物的遮挡、多径传播、多普勒频移等，信号强度会出现快速而剧烈的变化，从而导致衰落现象的发生。
这可能表现为通话中断、数据传输错误、视频卡顿等问题，严重影响用户的使用感受。
分集技术是一种常见且有效的抗衰落方法。
它的基本原理是通过在不同的空间、时间、频率或极化方向上接收多个副本的信号，并对这些信号进行适当的合并处理，以降低衰落的影响。
空间分集通过在不同的地理位置设置天线来实现；时间分集则利用信号在不同时间的发送和接收来获取多个独立的衰落样本；频率分集借助在不同频率上传输相同的信息；极化分集依靠不同极化方向的天线来接收信号。
通过这些分集方式，即使其中一个或几个分集支路受到严重衰落，其他支路仍可能保持较好的信号质量，从而提高了整体接收信号的可靠性。
均衡技术也是对抗衰落的重要手段之一。
在多径传播的环境中，不同路径的信号到达接收端的时间不同，会导致符号间干扰（ISI）。
均衡技术的目的就是通过对接收信号进行补偿和校正，消除或减轻 ISI 的影响。
自适应均衡器能够根据信道的变化实时调整均衡参数，以适应不同的传输条件。
它可以有效地提高通信系统在衰落信道下的性能，减少误码率，提高数据传输的准确性。
纠错编码技术在抗衰落中也发挥着关键作用。
通过在发送端对信息进行编码，引入一定的冗余度，使得接收端能够在存在噪声和衰落的情况下检测和纠正错误。
常见的纠错编码方式有卷积码、Turbo 码等。
这些编码技术可以大大提高通信系统的容错能力，即使部分信号受到衰落而出现错误，也能够通过纠错机制恢复原始信息，保证通信的可靠性。
第4章抗干扰和衰落技术
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典型的智能天线系统示意图
接收/下行转换
A/D
y0 ( t ) y1 (t )ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
控制部分 w0 w1
接收/下行转换
A/D
∑
r (t )
产生误差 信号 自适应 算法
解调
d (t )
接收/下行转换
A/D
y M 1 (t )
wM 1
天线阵列
波束成型网络
LOGO 智能天线技术也是3G中的一项非常重要的技术。智能天 线包括两个重要组成部分：一是对来自移动台发射的多径 电波方向进行入射角(DOA)估计，并进行空间滤波，抑制 其他移动台的干扰；二是对基站发送信号进行波束形成， 使基站发送信号能够沿着移动台电波的到达方向发送回移 动台，从而降低发射功率，减少对其他移动台的干扰。 DOA是指无线电波到达天线阵列的方向。 在每个天线阵元后端，有一个加权系数，所有的加权系数 合在一起构成的向量即为阵列加权向量。阵列加权向量是 与信号到达方向有关的一个向量，天线阵列各阵元的信号 通过加权，可以调整天线的接收方向图，因此可以认为阵 列加权向量是移动台位置的函数。
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时间分集
时间分集利用一个随机衰落信号，当取样点的时 间间隔足够大时，两个样点间的衰落是统计上互 不相关的特点，即时间上衰落统计特性上的差异 来实现抗时间选择性衰落的功能。 时间分集与空间分集相比较，优点是减少了接收 天线及相应设备的数目，缺点是占用时隙资源增 大了开销，降低了传输效率。
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内环和外环
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RAKE接收
RAKE接收不同于传统的空间、频率与时间分集 技术，它是一种典型的利用信号统计与信号处理 技术将分集的作用隐含在被传输的信号之中，因 此又称它为隐分集或带内分集。 作用：通过多个相关检测器接收多径信号中的各 路信号，并把它们合并在一起。由于在多径信号 中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以 通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。 理论基础：当传播时延超过一个码片周期时，多 径信号实际上可被看作是互不相关的。
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2. 分集方式 在移动通信系统中可能用到两类分集方式： 一类称为 “宏分集”； 另一类称为“微分集”。
“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(如蜂窝小区的对角上)和在不 同方向上， 同时和小区内的一个移动台进行通信(可以选用其 中信号最好的一个基站进行通信)。
3、 无三阶互调的频道组
在三阶互调干扰的定义中，只有由非线性产生的新频率落在 接收频道中时才能成为干扰。在移动系统中，为了避免三阶互 调干扰，可以通过合理选择频道组中的频道，使产生的新频率 不可能落入任何工作频道。 我们经常用频道序号差值来判断有无三阶互调干扰。如果 频道组中的所有频道差值中出现相同数据，说明有三阶互调干 扰。反之，则没有三阶互调干扰，我们将其称为无三阶互调干 扰频道组。 例3.3某信道组中有12个信道，试确定无三阶互调干扰的 频道组。 解：经计算机筛选，选择序号为{1，2，5，10，12}时，频道差 值如下所示，没有相同值，是无三阶互调干扰组。
第4章 噪声、干扰与抗衰落技术
4.1 噪声与干扰 4.2 分集接收
4.3 RAKE接收
4.4 纠错编码技术 4.5 均衡技术 思考题.1 噪声的分类 移动信道中的噪声可以被分为内部噪声和外部噪声。外部 噪声又可以被分为自然噪声和人为噪声。 1. 内部噪声 内部噪声是系统设备本身产生的噪声，包括电阻类导电体 中电子的热运动引起的热噪声，以及半导体中由于载流子的起 伏变化引起的散弹噪声。这些噪声一般都是无法避免且波形不 能准确预测的，一般将内部噪声作为随机噪声加以处理。 2. 外部噪声 在移动信道中，外部噪声的影响较大。外部噪声也被称为环境 噪声，可分为自然噪声和人为噪声。 大气噪声、太阳噪声和银河噪声是自然噪声。 人为噪声是由电气装置中电流或电压发生急剧变化而形成的 电磁辐射，这种辐射噪声除了可以直接进入移动信道外，还可 以通过电力线传播，并通过电力线和接收机天线的耦合进入接 收机。
“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。 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。 据此， 微分集又可分为下列六种。
(1) 空间分集。 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。为此， 空间分集的接收机至少需要两副相 隔距离为d的天线， 间隔距离d与工作波长、 地物及天线高度 有关， 在移动信道中， 市区 d=0.5λ (4 - 1) 郊区 d=0.8λ (4 - 2) 用于基站、移动台。 (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， 以实现频率分集。 根据相关带宽的定义， 即
1. 选择式合并的性能
选择式合并器的输出信噪比， 即当前选用的那个支路送 入合并器的信噪比。 设第k个支路的信号功率为r2k/2， 噪声功
率为Nk, 可得第k支路的信噪比为
rk2 rk 2Nk
(4 - 8)
通常， 一支路的信噪比必须达到某一门限值γt， 才能保证接 收机输出的话音质量(或者误码率)达到要求。 如果此信噪比 因为衰落而低于这一门限， 则认为这个支路的信号必须舍弃 不用。
在城市中，由于大量车辆和工业电气设备的存在，辐射噪 声对移动通信的危害较大。在1000MHz以下时，人为噪声，特 别是城市人为噪声的影响较大。
4.1.2 邻道干扰与同频道干扰
在系统组网的过程中，设备之间会产生相互干扰，这些干 扰包括邻道干扰、同频道干扰、互调干扰、远近效应。 1、邻道干扰 邻道干扰是指在同一小区或相邻小区中，相邻或相近频率的 信道之间的干扰。理论上，调频信号的频谱是很宽的，包含有 无穷多对边频分量，当某些边频分量落入相邻频率的信道中时， 就形成邻道干扰。 为了减小邻道干扰，应当限制发射信号的带宽和增加相邻信 道间的保护间隔。为了限制带宽，在发射机的调制器中采用了 瞬时频偏控制电路(IDC)，主要是通过限幅器防止过大的信号进 入调制器而产生过大的频偏。
频道 序号 1 2 5 10 12
1
2 1
5 4 3
10 9 7 5
12 11 10 7 2
但是，从上述计算中可知，在占用的12个频道中，至多 可以选择5 个信道组成无三阶互调干扰组，频道的利用率仅 5/12。另外，在上述选择的频道组中，存在邻道干扰，如果要 求即无三阶互调干扰又无邻道干扰，则频道的利用率会进一步 降低。因此，在需要频道多的大型系统中，往往从设备上考虑 抑制互调干扰。
语音质 量等级
3级 4级
P/dB
8 12
ZP/dB
P+ZP/dB
L 6dB
14.5 14.5
L 12 dB
22.8 22.8 22.5 26.5 30.8 34.8
3、 同频道复用距离 在小区制系统中，保证信干比S/I大于射频防护比的主要办 法是保证同频小区之间的距离大于同频道复用距离。由于信号 的电平与干扰强度不仅与距离有关，而且与设备、地形地貌等 许多因素有关。为了简化分析，我们假设系统内所有设备参数 相同，地形地貌不发生变化。
(3) 等增益合并。 等增益合并无需对信号加权，
各支路的信号是等增益相加的。等增益合并方式实现 比较简单， 其性能接近于最大比值合并。 等增益合并器输出的信号包络为
M
rE
rk
k 1
(4 - 7)
4.2.2 分集合并性能的分析与比较 在模拟通信系统中， 信噪比决定了话音质量； 在数字通信系 统中， 信噪比(或载噪比)决定了误码率。 分集合并的性能系 指合并前、 后信噪比的改善程度。
4.2 分集接收
抗干扰措施----分集技术、纠错编码技术、自动功率控制技术
4.2.1 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， 以降低信号 电平起伏的办法。 CDMA----路径分集接收技术（RAKE）
TDMA----自适应均衡技术
这种方式方法简单， 实现容易。 但由于未被选择的支路信 号弃之不用， 因此抗衰落不如后述两种方式。
(2) 最大比值合并。 最大比值合并是一种最佳合并 方式。最大比值合并器输出的信号包络为
2 r k r a r R k k k 1 k 1N k M M
(4 - 6)
rk表示每一支路信号包络rk(t)； Nk噪声功率
M
(4 - 9)
平均信噪比为 2 / N0 ， 则
/ t 0M P ( ) ( 1 e ) MS t
(4 - 15)
由此可得M重选择式分集的可通率为
/ t 0M T P ( ) 1 ( 1 e ) (4 - 16) M S t
2、 同频道干扰与射频防护比 在小区制通信系统中，为了提高系统的频率利用率，在一 定的间隔距离以外，需要重复使用相同的频率，这种技术被称 为频道复用。频道复用技术可以大大提高频率利用率，但时会 带来同频道干扰。 信号功率是随距离的增加呈指数倍衰减的，因此，具有相 同频道的小区相距越远，同频道干扰越小，但同时会使频率的 利用率降低。在满足通信质量的条件下，允许使用相同频道的 小区间的最小距离被称为同频道复用的最小安全距离，简称同 频道复用距离。为了保证通信质量，接收端的S/I必须大于表3.1 所示的射频防护比。 表3.1 干扰概率为10%的射频保护比指标
(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
(4 - 22)
可求得累积概率分布为
R M ( R / 0 )k 1 pM ( R ) 1 exp (k 1)! 0 k 1
(4 - 23)
在同样条件下， 与选择式合并分集系统相比， 最大比值合并分集系统具有
以dB计算的信干比为：
D D r D I S / I L L 40 lg( ) 40 lg( ) 40 lg( 1 ) I S D r r S
由上式可知，在理想情况下，信干比S/I仅与D/r有关，D/r 被称为同频道复用保护距离系数。由对蜂窝系统的分析可知， 同频道复用保护距离与小区的大小无关，而在所有小区形状、 D 面积相同的假设前提下，与区群的大小N有关， 3 N。在蜂窝 r 系统中，减小区群的大小N可以提高频率的复用率，但为了保证 通信质量，必须选择合适的N值，保证信干比大于射频保护比。 在静态情况下，若取射频保护比为8dB，可计算出D/r为2.6， 要求N大于3。若考虑信号场强的变动，射频防护比取25dB时， D/r为5.2，要求N大于9 。 4.1.3 互调干扰 互调干扰是由传输信道中的非线性电路产生的，在移动系 统中，我们重点考虑的是三阶互调干扰。互调干扰分为发射机 互调干扰与接收机互调干扰两类。为减小互调干扰，可以依靠 设备优良的互调抑制指标，也可以采用有效减小互调干扰的频 道分配方法。
1、 发射机的互调干扰 发射机的互调干扰一般出现在基站，是由于基站使用不同 频率的发射机产生的干扰，如图3.7所示。由于发射机的末级 功率放大器通常工作在非线性状态，所以，互调干扰主要存在 于末级功率放大器中。 2、 接收机的互调干扰 当多个信号进入接收机前端，在器件的非线性作用下，会 产生接收机的互调干扰。接收机的抗互调能力是用互调抗拒比 表示，是输入的干扰信号与有用信号电平的比值。在我国公用 移动通信系统中要求接收机的三阶互调抗拒比指标为70dB。 对于一般的移动通信系统，接收机互调干扰主要考虑三阶 互调干扰，特别是两信号的三阶互调干扰。为了减小互调干扰， 首先应当在接收机前端加入滤波器，以增强选择性，减少进入 高放的强干扰。其次应当提高接收机前端电路的线性，减小互 调干扰发生的可能性。