抗衰落技术
4 第二章之三 抗衰落技术
为此，采用自适应的功率控制法。
自适应功率控制
原理框图
功率控制 发射机
功率检测
功率控制：使所有用户以满足基站对接收信号质量要求的
最小功率发射。通常降低离基站较近用户的发射功率，而 提高离基站较远用户的发射功率。
分集技术
分集原理
电平储备法及功率控制法存在局限性，当发生深度衰
落时，或者发生深度色散时，无法保证系统的性能。 为此，需要采用进一步的抗衰落措施。 信号的统计独立性进行合并，从而实现分集。
移动台随体积减小，可能性也减小
2. 陆地的微蜂窝化(几十米，几百米)
衰落特性改变， 基站与移动台之间无障碍，以直射波为主
瑞克技术
什么叫瑞克（Rake）技术
• 抗多径技术的回顾：
1. 时域均衡适合于信号不可分离多径的场合，在接收端解决符号间干扰 问题。 2. 分集适合于能建立多个相互独立的路径，在接收端进行最佳合并。 3. 瑞克技术既不同于均衡，也不同于分集，它由多径分离和多径合并两 部分组成。
这种合并必须在解调判决以前进行。 当发生深衰落时，这种合并会把噪声的影响引入。 不能抵消色散的影响。
2.最大增益合并
实现方法如下所示：
S1(t) 相加 S2(t) 分集后的接收信号 S1(t) S2(t)
相位
最大幅度检测
控制 最大增益合并
图 最大增益合并的原理框图
3.最小色散合并
对各支路次径的相位及幅度进行调整，使之反相抵 消 ，得
减小快衰落的分集技术；
使用在同一位置的两个或多个天线，但这些天线对从接收机 来的信号利用不同。
分集方式
频率分集：不同频率的接收信号相互独立；
时间分集：不同时间的接收信号相互独立；
第四章 抗衰落技术
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
抗多径衰落的方法
抗多径衰落的方法抗多径衰落是无线通信系统中的关键问题，多径衰落会导致信号干扰、波形失真和严重的解调错误。
因此，研究人员提出了多种抗多径衰落的方法来改善通信系统的性能。
以下是一些常见的抗多径衰落方法：1. 等化技术：等化是抗多径衰落中常用的方法之一，它通过反转信道的影响来恢复原始信号。
适应性均衡器和线性均衡器是等化技术中常用的工具。
适应性均衡器可以根据信道环境的变化自动调整等化滤波器的参数，以减小多径效应。
线性均衡器则通过均衡信道的冲激响应来消除多径干扰。
2. 多天线技术：多天线技术是一种有效的抗多径衰落方法。
它通过在发送和接收端都安装多个天线来增加系统的容量和鲁棒性。
多天线技术可以利用空间分集和空间复用来减小多径干扰，提高系统的鲁棒性和可靠性。
3. 分集技术：分集技术是一种通过接收多个独立的信道来减小多径干扰的方法。
通常，分集技术可以分为时间分集、频率分集和空间分集等多种形式。
其中，时间分集通过在不同时间接收独立的信号来减小多径干扰；频率分集通过在不同频段接收独立的信号来减小多径干扰；空间分集通过在不同天线接收独立的信号来减小多径干扰。
4. 自适应调制技术：自适应调制技术是一种可以根据信道环境的变化自动调整调制方式的方法。
通过根据信道状态信息（CSI）选择合适的调制方式，自适应调制可以提高系统的鲁棒性，减小多径干扰对系统性能的影响。
5. 空时编码技术：空时编码技术是一种将数据信号与多个天线的发送信号相乘的方法，以利用天线之间的空间分集来减小多径干扰。
空时编码技术可以提高系统的码率、可靠性和容量。
总的来说，抗多径衰落的方法包括等化技术、多天线技术、分集技术、自适应调制技术和空时编码技术等。
这些方法可以分别或结合使用，以提高无线通信系统的性能，减小多径干扰的影响。
实际应用中，研究人员和工程师们会根据具体的通信系统要求和环境特点选择合适的抗多径衰落方法，以提升通信系统的性能和可靠性。
第4章 抗衰落技术
3.角度分集
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 能来自于不同的方向， 在接收端，采用方向性 天线，分别指向不同的 信号到达方向，则每个 方向性天线接收到的多 径信号是不相关的。 相关天线阵列：d<1/2 波长 >> c
4.频率分集
传输的信息以不同的载频发射出去，两 个频率成分具有相互独立的衰落特性。 条件：f2-f1 >> Bc 频率分集的优点是，与空间分集相比， 减少了天线的数目。 缺点是，要占用更多的频谱资源，在发 射端需要多部发射机。
rmr k rk
k 1
M
3．等增益合并
在最大比合并中，实时改变αi是比较困
难的，通常希望αi为常量，取αi=1就是 等增益合并。
衰 落 信 号
接收机1 相位调整
r1 r2
1 1 2 1
r 1 r2
req
接收机2 相位调整
图 4.12
二重分集等增益合并
4.开关式合并
常用分集技术
分集技术的实质对传输信号进行过取样
空间分集技术——用2个以上的天线收同一个信号
频率分集技术——用2个以上的载波频率传输
时间分集技术——在不同时间接收同一个信号 极化分集——接收垂直和水平极化信号
A
d/f /t/p
1.空间分集
空间分集的原理如图4.2所示。 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。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， 通常取：
第4章 抗衰落技术
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。
移动通信第四章抗衰落技术
▪ Turbo码：具有较强的纠错能力，但译码 复杂，时延大，适合数据业务。
▪ 奇偶校验码
K个码元
k个码元＋ L个校验码元＝N个码元
举例：设信息序列长K=3， 校验序列长L=4；输入信息比特 为{S1, S2, S3}， 校验比特为{C1, C2,C3, C4}；
校验的规则为：
Remainder
D16 D15 D2 1
= D9+D8+D7+D5+D4+D = 0·D15+0·D14+0·D13+0·D12+0·D11+0·D10+1·D9+1·D8+1·D7+0·D6+1·D5
+1·D4+0·D3+0·D2+1·D1+0
输出： 101101110000001110110010
得 到 ：C(D)
S(D) DL
Remainder
g(D)
S(D) DL
C(D) Re D21 D20 D18 D17 D16
Remainder
D16 D15 D2 1
(D7 D6 D4 D3 D)(D16 D15 D2 1) D9 D8 D7 D5 D4 D
一. 原理
4.4 均衡技术
均衡技术是指各种用来处理码间干扰的算法和实现方法。
m(t)
r(t) cp(t)
t1
t2
t3
码间串扰
如果要消除码间干扰，需要系统传输特性满足无码间串扰条 件，即奈奎斯特第一准则。
第四章 抗衰落技术
二. 无码间串扰条件
1. 频域：系统传输特性满足：
各种衰落和抗衰落技术
1、由于波长短绕射能力差,必须在无阻挡的视线内传播才能完成正常通信。
2、很小的发射功率一只有利用具有很强的方向性天线实现通信，要想实现较长距离通信，只有适当加大天线或加大功率。
3、工作波长短、克服障碍的能力差 在实际的工程勘察中，树高、无树山上的灌木都是不可忽略的影响通信质量的因数。
多径衰落
5、Flat fading(电平衰落) ：The loss is uniform across the frequency spectrum（损失一致在频谱）
Selective fading(频率选择性衰落)： The loss varies across the frequency spectrum（损失在有所不同的频率）
2、邻站干扰(Neighbouring Station Interference)
3、越站干扰
抗干扰的途径（方法）：
1、Transmitter attenuation(发射机衰减）
2、High performance antenna（高性能微波天线）
3、Polarization（ 极化方式）
一、各种衰落与抗衰落技术
K型衰落：
1、这是一种由多经传输引起的干涉型衰落，它是由于直射波与地面反射波（或在一定条件下的绕射波）到达接收点由于相位不同相互干涉造成的衰落。 其干涉的程度与行程差有关，而在对流层中行程差是随K值的变化的所以称为K型衰落。 这种衰落在线路经过水面、湖泊、或平滑地面时更为严重，所以在选择路由时要尽量避免，不可能回避时一定要采用高低天线技术使反射点靠近一端减少反射波的影响，或采用高低天线加空间分集技术或抗反射波天线等来克服多经反射的影响。
微波设计目标：
4、抗衰落技术
图4-3 空间分集的合并
25
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5章 抗衰落技术
性能上有一定的差异。
分集接收性能可以用信噪比改善因子、分集增益、中断 率(Outage Rate)和误码率等指标描述。 之前已经针对信噪比改善因子给出了比较，下面通过图 5-3给出各种合并方式的分集增益特性曲线。
4. 合并方式的性能比较
12 最大值合并
合并增益（dB）
9 等增益合并 6 选择合并 3
提高程度由分集方式、支路个数、合并方式、支路相关
性等因素共同决定。
分集技术的代价：
占用了更多的资源； 移动通信网因为资源问题，用的最多的是多天线分集。
5.2.3 空间分集
空间分集是利用相距足够远的不同天线产生的电场相互独 立 这 一 特 性 而 构 成 的 分 集 技 术 ， 也 称 为 天 线 分 集 (Antenna Diversity) 。接收天线之间的距离 d 只要足够大，就可以认为各 天线输出信号间衰落特性是相互独立的。
偿。均衡可分为两类：线性均衡和非线性均衡。均衡器的结
构可采用横向或格型等结构。由于无线衰落信道是随机的、 时变的，故需要研究均衡器自适应地跟踪信道的时变特性。
自适应均衡也可分成三类：基于训练序列的均衡、盲均衡
(Blind Equalization，BE)与半盲均衡。
信道编码与正交频分复用技术
信道编码技术的出发点是通过增加信息的冗余度来纠正衰 落引起的误码。常用的信道编码技术有分组编码、卷积编码 和交织技术。另外，利用编码调制技术，不需增加带宽就可 获得巨大的编码增益。 正交频分复用技术(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing Techniques)的出发点是将高速数据通过串并变换，
《移动通信》
第5章 抗衰落技术
[工学]移动通信第四章抗衰落技术详细
![[工学]移动通信第四章抗衰落技术详细](https://img.taocdn.com/s3/m/549e5f104b73f242326c5f1e.png)
技术： －－如何获得独立多径信号 －－如何合并获得独立多径信号
本质： －－对同一信号在不同空间/频率/极化/时间的过 取样
6
4.1 分集接收
分集的两重含义 一是分散传输，是接收端能获得多个统计独立的、携 带同一信息的衰落信号；二是集中处理，接收机将收 到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的 影响。
（2,1,4）卷积编码。 卷积码在CDMA/IS-95系统也得到广泛应用。 例如 在前向和反向信道，系统都使用了约束长 度K=9的编码器。
利用天线阵的波束赋性产生多 个独立的波束并自适应的调整 波束方向来跟踪每一个用户
形成方向图在不同的方向上给 予不同的增益,可以提高接收 信号的信噪比,从而提高系统 的容量
可以将频率相近但空间可分离 的信号分离开
15
分集技术
4.1 分集接收
智能天线
提高SINR改善通信质量 增加系统容量提高用户数量 提高频谱利用率 扩大通信覆盖区域 降低基站发射功率 自动跟踪用户信号位置定位 减小用户发射功率提高电池寿命
最大信噪比准则等。
21
4.1 分集接收
从分集信号中以什么方式作为输出？
M
S(t) msm (t) m1
选择式合并：选择最好的支路作为输出， 其它支路丢弃。
等增益合并：调整各个支路的相位，使之 同相，然后进行等增益相加。
最大比合并：调整各个支路的相位，使之 同相，然后按照各个支路的信噪比数值进 行加权相加。
如果S=0,则R是一个码字；若S 0,则传输一定有错。
由于 S RHT (C e)HT CHT eHT eHT
可见伴随式仅与错误图样有关，与发送的具体码字 无关；(n , k)线性码对接收码字的译码步骤如下： ① 计算伴随式 ST=HRT ; ② 根据伴随式捡出错误图样e； ③ 计算发送码字的估值 Cˆ R e
抗衰落技术
抗衰落技术在微波通信中，收信机的接收电平会发生变化，有时会降低到接收门限电平以下而导效通信中断。
这是由于电被在传播中，发生了各种各样的衰落的缘故。
衰落是影响微波进信传输质量的一个重要因素。
衰落的大小与气候条件、站距的长短有关。
衰落的持续时间长短不一，有的衰落持续的时间程想，只有儿沙忡，这种让我你为快是然:有的就燕持体的时间没长，可快儿分钱甚至几小时，这就是慢衰落。
因多经传播而造成的衰落被称为频率选择性衰落。
衰落的出现将使收信机的接收电平起伏变化，显然慢衰落和下衰落对微波通信将产生较大影响，尤其是下衰落中的接收电平任于收信机门限电平的深衰落，将导致通信信号的中断。
微被传播中的软落现象给中维传输带来了不利影响，所以人们在研究电波传播统计规律的基础上提出了各种对付电波装品的技术指施，即抗衰落技术。
(一)空间分集空间分集分为空间分集发信和空间分集接收两种系统，通常使用空间分集接收方式即在接收晚安装几副高度不同的天线，利用电磁波到达各接收天线的不同行程来减少或消除衰落的影响。
这种方法通常应用在微波干线上。
(二)频率分集利用两个成两个以上具有一定频率间隔的微频率问时发送和接收同一信息，然后进行合成或选择，以减轻衰落影响，这种工作方式叫做频率分集。
备用波道工作就属于频本分集方式。
(三)自适应均衡技术高性能的敷学微波信道往往把空间分集和自适应均衡技术配合使用，以最大限度地减少通信中断时间。
自适应均衡技术有频城自适应和时城自适应之分。
(1自适均衡器。
这种均街器是一个诺振频率/和网路值可变的中预请报电路。
用该中频谐振电路产生的与多径衰落造成的幅频特性相反的特性，去抵消带内振福偏差，使带内失真减至最小。
当电波衰落的结果使干涉波与直射波的时延差非常大时，可能造成接收机的输人频诺中有两个凹陷点，这时再用这种只有一个诺振电路的频城自适应均衡器就无法补偿其幅频特性了，而必须采用能适应时间变化的时城自适应均衡器。
(2衡器。
时自适应衡器的方案很多，常使用加在基带电路中的横向滤波器式均衡器。
移动通信第5章 抗衰落技术
分集有两重含义：一是分散传输， 使接收端能获得多个统计独立的、携带 同一信息的衰落信号；二是集中处理， 即接收机把收到的多个统计独立的衰落 信号进行合并（包括选择与组合）以降 低衰落的影响。
5.1.1 独立衰落路径的实现
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6种。
5.2 纠错编码
为了降低比特或者数据帧的错误概 率，在传送数字信号时往往要根据不同 情况进行各种编码。 在信息码元序列中加入监督码元就 称为差错控制编码，也称为纠错编码。 通过纠错编码，信道中的比特差错 可以通过接收端的译码器进行检测或者 纠正。
无线通信系统采用纠错编码的目标主 要是为了降低误码率或误帧率，而衡量不 同纠错编码对这些错误概率降低程度的指 标是编码增益。 为了说明信道编码的作用，图5-6给出 了两条描述通信系统误比特率与 Eb / N0 的 关系曲线，其中一条代表了一种典型的未 编码的情况而另一条为采用某种编码后的 情况，两者采用相同的调制方法和同样的 信道。
0
由图5-5可见，在相同分集重数（即M 相同）情况下，最大比值合并方式对信噪 比的改善最多，等增益合并方式次之，选 择式合并最差。 在分集重数M较小时，等增益合并的 平均信噪比改善与最大比值合并接近，而 等增益合并的运算复杂度要比最大比合并 低得多，因此实际系统中一般都采用等增 益合并。
图5-5 3种合并方式的D(M)与M关系曲线
各个支路同相相加，因此合并输出 M 的包络是 r ai ri 。 i 1 假设每个支路的噪声功率谱密度都 是 N 0 / 2 ，则合并输出的总噪声功率谱密 M 2 N / 2 a N 0 / 2 ，这样，可得MRC合 度是 tot i 1 并输出的信噪比为 M 2 ai ri 2 r 1
移动通信——抗衰落技术
目录抗衰落技术 (2)一、概述 (2)1）引起衰落的原因 (2)2）抗衰落技术的种类 (2)二、分集接收技术 (2)1）基本思想 (3)2）适用范围 (3)3）如何实现自身的功能 (3)（1）时间分集 (3)（2）空间分集 (4)（3）频率分集 (5)4）各分集技术之间的优缺点 (5)三、合并技术 (5)1）基本思想： (5)2）适用范围： (6)3）如何实现自身的功能： (6)四、均衡技术 (6)1）基本思想 (6)2）适用范围 (7)3）如何实现自身的功能 (7)五、信道编码技术 (7)1）信道编码技术产生的原因与作用 (7)2）信道编码技术的基本思想及优缺点 (8)3）适用范围 (8)4）信道编码技术及功能的实现 (8)（1）分组码 (9)（2）卷积码 (9)（3）Turbo码 (10)（4）交织 (10)（5）伪随机序列扰码 (11)六、扩频技术 (11)1）基本思想 (12)2）适用范围 (12)3）如何实现自身的功能 (12)（1）直接序列扩频与解扩的原理 (12)（2）跳频扩频通信系统 (12)抗衰落技术一、概述衰落对传输信号的质量和传输可靠度都有很大的影响，严重的衰落甚至会使传播中断，随着移动通信技术的发展，传输的数据速率越来越高，人们对信号正确有效地接收的要求也越来越重要，在移动通信中，移动信道的多径传播、时延扩展以及伴随接收机移动过程产生的多普勒频移会使接收信号产生严重衰落；阴影效应会使接收的信号过弱而造成通信中断；信道存在的噪声和干扰也会使接收信号失真而造成误码；为了改善和提高接收信号的质量，在移动通信中就必须使用到抗衰落技术。
1）引起衰落的原因的也是最重要的衰落成因。
多条射线的产生，可能是由于地面、大气不均匀层或天线附近的地形地物的反射，也可能是由于电离层多次反射、电离层中的寻常波和非常波或天波和地波的同时出现。
多径干涉形成的衰落通常称为多径衰落或干涉型衰落。
非正常衰减发生时，接收信号电平低于正常值，从而形成衰落。
第四章抗衰落技术
Mobile Communication Theory
11
1. 选择合并
F(x)－ x的关系如图4.8所示。
Mobile Communication Theory
Mobile Communication Theory
8
4.2.1 常用的分集合并技术
在下面的讨论中假设：
① 每支路的噪声与信号无关，为零均值、功率恒定的加性 噪声。 ② 信号幅度的变化是由于信号的衰落，其衰落的速率比信 号的最低调制频率低许多。 ③ 各支路信号相互独立，服从瑞利分布，具有相同的平均 功率。
Mobile Communication Theory
4
4.1.1 宏 观 分 集
Mobile Communication Theory
5
4.1.1 宏 观 分 集
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。
f t 1 t f1 t 2 t f 2 t M t f M t k t f k t
M
k t 其中，f k t 为第k支路的信号， 为第k支路信号的加权因子。
k 1
信噪比的改善和加权因子有关，对加权因子的选择方式不 同，形成 3种基本的合并方式：选择合并、最大比值合并 和等增益合并。
Mobile Communication Theory
10
1. 选择合并
由于M个分集支路的衰落是互不相关的，所有支路 的ξk（k=1，2，…,M）同时小于某个给定值x的概 率为
《抗衰落技术总汇》课件
欢迎阅读《抗衰落技术总汇》PPT课件，本课件将带您深入了解衰落技术及其 对通信系统的影响，以及各种抗衰落技术的应用与发展趋势。
什么是衰落？
衰落是指信号在传输过程中因信号的幅值、相位、频率等参数变化而引起的信号强度的衰减或变化的现 象。
衰落对通信的影响
1 信号质量下降
衰落会导致信号的强度 变弱，从而影响通信质 量，增加误码率和丢包 率。
2 传输速率下降
衰落增加了信道的噪声 和干扰，降低了通信系 统的传输速率。
3 信号延迟增加
衰落还会导致信号经过 多次反射或绕射而产生 多路径传播，增加信号 的传播延迟。
抗衰落技术
信道编码技术
通过添加冗余码来 增强信号的抗干扰 能力，如卷积码和 纠正码。
5
频率选择和频率再使用
选择合适的频率带宽和频率再使用方案，减小频率选择性衰落。
应用举例
移动通信
抗衰落技术广泛应用于移动通 信，提高信号的稳定性和通信 质量。
无线数据通信
无线数据通信需要抗衰落技术 来保证数据传输的可靠性和速 率。
卫星通信
卫星通信面临多路径传播和频 率选择性衰落，抗衰落技术能 提高通信效果。
衰落环境下通信系统的优化
1
功率控制
通过动态调整传输功率，实现信号质量的优化。
2
编码技术的选择
根据衰落环境的特点选择合适的编码技术，提高信号的抗干扰能力和纠错能力。
3
天线配置和天线策略
合理配置天线，选用适当的天线策略，提高信号的接收和发送性能。
4
调度算法的优化
通过优化调度算法，合理分配资源，提高系统的容量和性能。
发展趋势
5 G网络
5G技术将进一步提高抗衰落 能力，在更复杂的衰落环境 下实现更可靠的通信。
3-1第三章无线通信基本技术(抗衰落技术)
两个极化方向相互正交的天线发出的信号可以具 有独立的衰落特性 极化分集是空间分集的另一变化形式。 所采用的方法是发送端和接收端可以用两个位置 很近但不同极化的天线分别发送和接收信号，以 此获得分集效果。
极化分集
根据电磁波的基本传播机制，水平和垂直极化的多 径分量传播特性是不同的。
由于反射过程与极化方式有关，即使发射天线只发 射单一极化的信号，信道传播特性的影响也会导致 去极化，从而接收机可以接收到两种极化方式不同 的信号。 使用双极化的天线接收两个极化方式的信号，分别 进行信号处理后再合并，即可实现
多径传播和相对运动同时存在，无线链路具有时变的 多径传播特性，这种特性严重影响通信系统的性能和 通信的效果。
导致接收信号严重失真和深度衰落，误码率大大增加。 需要应用信号处理技术改善无线链路性能。 均衡、分集、信道编码三种技术，可以用来改进接收 信号质量和链路性能
均衡技术一般用横向滤波技术实现，用以补
宏分集用位于不同地点的多个接收机和发射机进
行处理，也称为“多基站”分集。 宏分集用于消除阴影衰落。
微分集是只用一个接收机实现，
微分集用于抗多径衰落。
9
宏分集
2 分集技术
分集技术对信号的处理包含两个过程：
首先是分散传输，使接收端能获得多个统计
独立携带同一信息的衰落信号；
然后对它们进行集中处理使信噪比得到改善，
CDMA接收机通过合并多径信号来改善接收信号的信噪 比。 通过多个相关检测器获取多径信号中的各路信号，并把 它们合并在一起。
当多径时延差超过一个码片周期时，多径信号可以看成 是不相关的。
Rake接收机原理图
Z1
无线通信技术基础_08抗衰落技术
第8.3节、分集技术
3、极化分集 电磁波是一种极化波，在无线信道中，水平极化和垂直极化的路径是非相 关的。经过多次随机反射后，不同极化方向的信号就变成互不相关或者相 关性很差。当某个极化方向接收不到满足要求的信号时，与其正交的极化 方向很可能可以接收到很好的信号。 双极化天线就是把垂直极化和水平极化（也可能是+45°和-45°极化）两 副接收天线集成到一个物理实体中，通过极化分集接收来达到与空间分集 接收相同的效果，所以极化分集实际上可以看作空间分集的一种特殊情况， 只不过其分集支路只使用了两个极化相互正交的分集支路。由于两个极化 的天线安装在一个整体的天线结构中，从外观上看，双极化天线可以被作 成一个整体。
1 G1 2 G2 n Gn
移相
同相求和
自适应控制
检测器
第8.3节、分集技术
等增益合并分集：在某些应用中，按照最大比率合并分集的要求产生可变 的权重很不方便，可以采用等增益合并分集。这种方法同样也是把各支路 的信号进行同相后再叠加，但是每个支路信号的权重相同。这样，接收机 仍然可以利用同时收到的各支路信号，从大量无法解调出来的信号中合成 出一个可以解调的信号的概率仍然很大，其性能只是比最大比率合并分集 要差一些，但比选择分集要好很多。
第8.3节、分集技术
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
第8.3节、分集技术
4、频率分集 频率分集是在发射端将一个信号利用两个间隔较大的不同发射频率同时发 射，在接收端同时接收这两个射频信号后进行合成，由于工作频率不同， 电磁波之间的相关性很小，出现衰落的概率也不同。 频率分集用于改善频率选择性衰落特别有效，但付出的代价是要相应地增 加发射机和接收机设备，还要增加占用信道带宽，降低了频谱利用率。但 是对于一些特定的业务需求，这个代价是可以接受的。 这种分集技术的工作原理是基于衰落信道的相干带宽，一般情况下，在信 道相干带宽之外的频率上不会出现同样的衰落，不相关信道产生同样衰落 在理论上的概率是各自产生的衰落概率的乘积。 在蜂窝移动通信系统中经常采用跳频技术，用户数据被分为一定大小的组 并在不同的载波上发射出去，这可以看做是一种频率隐分集技术。
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。
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主要内容
信道衰落分类
衰落对信号传输的影响
衰落对信号传输的影响抗衰落技术
均衡技术分集技术
信道编码与交织技术功率控制
自动重传均衡技术
均衡器基本原理均衡器基本原理
均衡器基本原理均衡器基本原理
均衡器基本原理均衡器基本原理
均衡器基本原理线性均衡器
线性横向均衡器
线性横向均衡器线性横向均衡器
线性格型均衡器线性格型均衡器
非线性均衡器非线性均衡器
非线性均衡器
非线性均衡器
最大似然序列估计均衡器非线性均衡器
非线性均衡器自适应均衡算法
自适应均衡算法自适应均衡算法
自适应均衡算法自适应均衡算法
自适应均衡算法思考题
分集技术
分集技术基本概念
分集技术基本概念
分集技术基本概念分集的好处
分集技术基本概念宏分集
分集技术基本概念
频率分集频率分集
时间分集
时间分集
时间分集的局限性
空间分集空间分集
空间分集
发射分集(Transmit Diversity)
发射分集是在发射端使用多根天线，信号经
发射机处理后通过多根天线辐射出去
接收分集(Receive Diversity)
接收分集是在接收端使用多根天线接收发射
信号的独立副本，合理合并发射信号的副本
以降低多径衰落的影响，提高系统性能
空间分集
空间分集
多用户合作分集
Cooperative relays
多用户合作分集多用户合作分集
多用户合作分集极化分集
极化分集合并技术
选择合并选择合并
选择合并选择合并
最大比合并最大比合并
等增益合并思考题：
抗衰落技术
信道编码与交织技术
信道编码的基本原理信道编码的基本原理
信道编码的基本原理
信道编码是达到香农信息论信道容量的重要手段
常用的信道编码技术
交织技术原理交织技术原理
交织技术原理常用的交织技术
分组交织器分组交织器
卷积交织器交织技术
功率控制技术
功率控制基本原理
功率控制基本原理功率控制公式推导
功率控制公式推导功率控制的实现
ARQ FEC(
FEC( ARQ
ARQ 几种
几种几种
混合混合。