第4章 抗衰落技术
移动通信抗衰落技术
OFDM在移动通信抗衰落中的应用摘要：针对移动通信信道的衰落，人们提出了许多解决方法。
OFDM是其中比较好的一种，文章简要论述了一下OFDM的基本原理，求出子载频正交的条件，并考察了OFDM在频域中的特点。
最后论述了OFDM在应用中的优缺点。
关键词：抗衰落OFDM原理优缺点移动通信信道是一个非常恶劣的通信环境，其中既有噪声、干扰也存在衰落，这三个方面的因素对移动通信系统的性能都会产生一定的负面影响，而其中衰落时我们最为关注的因素，因为衰落时移动信道的基本特性，信号在传输过程中会有信号的反射、折射、绕射、散射和吸收等现象，导致信号产生衰落，从而降低了信号的传输质量。
移动通信要得以实现也必须有相应的技术来克服这些因素的影响。
一般而言，提高移动通信系统性能的技术有：分集、均衡和信道编码。
分集是抗衰落的主要技术，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，如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生码间干扰，并且调制信号将会展宽。
而接收机内的均衡器可以对信道中幅度和延迟进行补偿。
若信道不理想，在已调信号频带上很那保持理想传输特性时，会造成信号的严重失真和码间串扰。
为了解决这个问题，除了采用均衡器外，途径之一就是采用多个载波，将信道分成许多子信道。
将基带马援均匀分散地对每个子信道的载波调制。
假设有10个子信道，若每个载波的调制码元速率将降低至1/10，每个子信道的带宽也随之减小为1/10。
若子信道的带宽足够小，则可以认为信道特性接近理想信道特性，码间串扰可以得到有效的克服。
随着要求传输的码元速率不断提高，传输带宽也越来越宽，今日多媒体通信的信息传输速率已经到达若干Mb/s，并且移动通信的传输信道可能是在大城市中多径衰落严重的无线信道。
为了解决这个问题，并行调制的体制再次受到重视，正交频分复用（OFDM）就是在这种形势下得到发展的。
OFDM也是一类多载波并行调制的体制。
为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠。
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
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：
4、抗衰落技术
通 信
并技术，如图4-3所示。这两种技术都
原
得到了广泛的应用
理
29
4.2.2 分集信号的合并技术
移 动 通 信 原 理
图4-3 空间分集的合并
30
4.2.2 分集信号的合并技术
• 对于具体的合并技术来说，通常有4类
移
–选择式合并（Selective Combining）
动
通
–最大比值合并（Maximum Ratio Combing）
倾斜 (+/- 45°)
23
3．角度分集（Angle Diversity）
• 由于地形地貌和建筑物等环境的不同，
移
到达接收端的不同路径的信号可能来自
动
于不同的方向
通
信
原 理
• 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
24
4．频率分集（Frequency Diversity）
动
通 • 4.2.3 分集系统的性能 信 • *4.2.4 RAKE接收机
原
理 • *4.2.5 隐分集技术
13
4.2.1 分集技术的基本概念及方法
• 分集技术（Diversity Techniques）就是研究
移
如何利用多径信号来改善系统的性能。
动
通
信 • 分集技术利用多条传输相同信息且具有近似相
• CDMA系统中的RAKE接收机如图4-7所示：
40
2．RAKE接收原理
移 动 通 信 原 理
图4-7 RAKE接收原理实现框图
1．空间分集（Space Diversity）
• 发射端采用一副发射天线，接收端采用多副天
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：
[工学]移动通信第四章抗衰落技术详细
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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。
移动通信课后题
2012-2013学年09级《移动通信》复习题及参考答案第一章 概论1、什么叫移动通信移动通信有哪些特点【答】移动通信是指通信双方至少有一方在移动中（或者临时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机或者行人）和移动体之间的通信，移动体和固定点（固定无线电台或有线用户）之间的通信。
特点：1、移动通信必须利用无线电波进行信息传输；2、移动通信是在复杂的干扰环境中运行的；3、移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增；4、移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效；5、移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用。
2、单工通信与双工通信有何区别各有何优缺点【答】所谓单工通信，是指通信双方电台交替地进行收信和发信。
此工作方式设备简单，功耗小，但操作不便，通话时易产生断断续续的现象。
它一般应用于用户少的专用调度系统。
所谓双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称全双工通信。
这种方式操作方便，但电能消耗大。
模拟或数字式的蜂窝电话系统都采用双工制。
第二章 调制解调1、移动通信中对调制解调技术的要求是什么（请总结3G ，LTE 等高速数据传输对调制解调技术的要求）【答】已调信号的频谱窄和带外衰减快（即所占频带窄，或者说频谱利用率高）；易于采用相干或非相干解调；抗噪声和抗干扰的能力强；以及适宜在衰落信道中传输。
已调信号所占的带宽要窄：频谱主瓣窄；已调信号频谱副瓣的幅度要低，辐射到相邻频道的功率就小；经调制解调后的输出信噪比（S/N ）较大或误码率较低。
1、所有的技术必须在规定频带内提供高的传输效率2、要使信号深衰落引起的误差数降至最小3、应使用高效率的放大器4、在衰落条件下获得所需要的误码率2、已调信号的带宽是如何定义的FM 信号的带宽如何计算【答】已调信号的带宽是指已调信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。
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
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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。
移动通信中的衰落和抗衰落技术
移动通信中的衰落和抗衰落技术小结衰落的起因移动通信的传输媒介是发射机和接收机之间的无线信道，主要传播方式有直射、反射、绕射、散射等。
信号从发射机到接收机就会有很多不同的传播路径，信号经过每条路径的幅度和时延都不相同，多径分量之间有着不同的相移，这种现象叫做多径传播。
接收机无法辨别不同的多径分量，只是简单地把它们叠加起来，以至于彼此间相互干涉，这种干涉或相消或相长，会引起合成信号幅度的变化，这种效应--由不同的多径分量引起合成信号幅度的变化--称为小尺度衰落。
由于电磁波经过建筑传输，导致直射波的多径分量的幅度大大降低，这种效应叫做阴影效应，会导致大尺度衰落。
多径在宽带系统中的影响可采用两种不同的方式解释：1、信道传输函数随带宽而变化，也称为信道的频率选择性；2、信道的冲激响应会有延迟，即时延色散。
两种解释互为傅里叶变换。
相干带宽定义为相关系数小于一定门限的频率差，相干时间也是如此。
系统带宽大于相干带宽就会产生频率选择性衰落，小于相干带宽产生平坦衰落。
由相干时间决定的也会产生快衰落和慢衰落。
抗衰落技术◆分集技术◆RAKE接收◆纠错编码技术◆均衡技术分集分集的基本原理就是同一信息通过多个统计独立的信道到达接收机，用两个及以上的天线去接收，如果其中一路发生了衰落深陷，另外一路有可能没有，这样，就降低了中断概率，改善了接收端SNR的统计特性。
分集分为宏分集和微分集。
宏分集一般用于克服大尺度衰落，微分集用于克服小尺度衰落。
常见的微分集方法：空间分集：利用空间分离的天线。
时间分集：接收不同时刻的发送信号。
频率分集：在不同载频上传输信号。
角度分集：使用不同天线方向图的多个天线。
极化分集：多个天线接收不同方向的信号。
分集后的处理：1、选择合并。
选择并处理最佳的副本信号，其余副本全部丢弃。
2、合并分集。
合并所有的信号，再对合并的副本进行解码。
RAKE接收RAKE接收本质上也是一种多径分集接收机。
RAKE接收机所作的就是：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。
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Zhou Youling@Hainan University
4.2 Rake 接收 • 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。
接收的合成矢量
第1径 第3径 Rake接收后合成矢量 第1径 第2径 第2径 第3径
多径信号的矢量合成图
代数和
利用扩频信号设计将各条路径信号加以分离， 再利用Rake接收将被分离的各条路径信号相位 校准、幅度加权，并将矢量和变成代数和。
Zhou Youling@Hainan University
通过RAKE接收，将各路径分离开，相位校准，加以 利用，变矢量相加为代数相加，有效地利用了多径分量。 根据CDMA系统中可分离的径的概念，当两信号的多 径时延相差大于一个扩频码片宽度时，可以认为这两个信 号是不相关的，或者说是路径可分离的。反应在频域上， 即信号的传输带宽大于信号的相干带宽时，认为这两个信 号是不相关的，或者说是路径可分离的。由于CDMA系统 是宽带传输的，所有信道共享频率资源，所以CDMA系统 可以使用RAKE接收技术，而其他两种多址技术TDMA、 FDMA则无法使用。
接收信号包络
Zhou Youling@Hainan University
a
C=a+b
b t
a, b统计独立,
同时发生深度 衰落的概率很 小
接收端分别接收多个衰落特性统计独立、携带同一信息的信号， 再合并为一路信号，可减小衰落的影响。
2. 分集方式 (1). 空间分集
Zhou Youling@Hainan University
Zhou Youling@Hainan University
③ 等增益合并
RX1
r1 rE r2
捡测器
RX2
• 特点：a. 性能与②接近 b. 电路简单 • 采用较多
多径信号的分离与合并
• 多径的分离与合并 –原因无线传输信道是一个多径信道
Zhou Youling@Hainan University
分集的目的 宏分集(抗长期衰落) 微分集(抗短期衰落) 显分集
Zhou Youling@Hainan University
信号传输方式 分集技术
交织和编码技术 隐分集 调制技术 直接序列扩频技术
空间位置分集(多天线，宏分集) 空间角度分集(智能天线) 获得多路 时间分集(T＞TC) 信号的方式 频率分集(调频或DSSS) 极化分集(T＞TC)
Zhou Youling@Hainan University
Rake接收机
a) 作用 充分利用到达接收机的多径射频信号的各条径的能量。 b)理论值 IS-95中扩频信号的带宽1.25MHZ, 测得在900MHZ频段的多径时延，可提供Rake 接收机分离的多径 1.25MHz 实际上只达到利用4条的效果（4重分集） c) IS-95中的Rake接收 IS-95中 在基站中的Rake接收——非相干解调 在手机中的Rake接收——相干解调 ● 工作过程 搜索多径，进行相位补偿后，合并相加 ● IS-95基站中的Rake接收框图解Βιβλιοθήκη 织cos ω 0t低通
si (t )
T 1 T 0
∫
sin ω 0t
sQ (t )
BQM解调器
IS-95中采用BQM
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4.3 纠错编码技术 • 信道编码即依据一定的监督规律在待发 送的信息码元中人为地加入必要的监督 码元，在接收端利用这些监督码元与信 息码元之间的监督规律，发现和纠正差 错，以提高信息码元传输的可靠性。
现有的主要分集技术
• Rake接收---时间分集 • 智能天线---空间角度分集 • 多天线阵---空间位置分集 • ARQ重传---时间分集 • 跳扩频---频率分集+时间(隐分集) • 直接序列扩频---频率分集(隐分集)
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分集接收原理及方式 1. 分集接收原理
引言
• 衰落是影响移动通信质量的主要因素，克服衰落影响的 方法： (1) 衰落储备 衰落储备是通信系统没加入任何抗衰落技术措施时， 为保证通信的可靠性(可通率T)，信号电平PR 应增大的 幅度，一般为10~20dB，即10~100倍。 若衰落储备全由提高PT 提供，按传播损耗中值求出 PT =10W，加上衰落储备后 PT =100~1000W，太大！这 不是个好办法。所以实际通信系统一般都加入下述的抗 衰落技术措施。 (2) 分集接收 （3）纠错编码 (4) 自适应均衡 等
②. 最大比值合并
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r1 r2
a1 a2
RX1
rR
捡测器
RX2
将输入信号(包络为ri)以某种方式加权(ai)，再相加合并。 图中采用，ai=ri/Ni , ri为信号包络，Ni为噪声， ai为信噪比。 则 ，
特点：a. 按信噪比加权各路信号后再合并，合并后信噪比大， 衰落小。 b. 控制复杂
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常用差错控制方法
• 检错重发（ARQ Automatic Repeat Request）
检错码
发
收
应答信号
• 前向纠错（FEC Forward Error Correction）
发
纠错码
收
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–目标分离+合并多径信号矢量和→标量和 增强信号、 减小干扰、减轻衰落 –分离方法：特征码、扩频/解扩 合并：RAKE接收技术 • 关键技术 –特征码的设计和信号带宽的设计。要求直扩序列信 号的自相关性能和互相关性能要好，Bs>>Bc –合并方法和准则，有：第一路径方法、最强路径法、 等增益合并法、最大比合并法、自适应合并法等等
d
载频波长 λ
RX1 RX2
TX 二重空间分集
市区：d≥0.5λ 郊区：d≥0.8λ
多个天线接收，用在基站中。 900MHZ ,波长约35cm
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(2). 极化分集
垂直极化波 RX1 RX2 水平极化波
TX
极化分集
• 优点：天线可装在同一地点。
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• 将信息码分组，为每组信码附加若干监督 码的编码，称为分组码。在分组码中，监 督码元仅监督本码组的中的信息码元。 • 分组码用（n，k）表示，n—码组长度， k — 信息位数，n – k = r 监督位数。 • 1的数目称为码组的重量，两个码组对应 位上数字不同的位数称为码组距离（汉明 距离）。各码组间距离的最小值为最小码 距 d0
一种隐分集方式
200kHz
≈ 6(条）
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时钟 单元
数据总线
CPU控 制单元
地址 单元
解调器1，2，…， 4，相应于4条径， 采用BQM平衡四 相解调器方案，其 输出已为基带信号， 在基带完成多径合 并。
地址总线
1 2 3 4 5 6
一个小区（三个扇区六个天线）
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分集技术
• 分集概念：多路不相关的衰落路径传送相同的信号并合 并 • 目标：对抗多径信道造成的衰落和延时串扰 • 技术---两方面 – 如何获得独立多路信号 – 如何合并独立多路信号 • 本质：对同一信号在不同时间/空间/频率的过采样。
分集技术分类
p (τ )
伪随机码的相关函数
p (τ )
1
2
3
1 4
τ
2
3
4
τ
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CDMA中的调制器
CDMA的调制器包含二次调制：扩频调制和射频调制。 a) BQM（平衡四相调制） 在直扩（IS-95）系统中应用。 ● BQM调制器
m(t)
基带信号
2 S1 (t ) 2
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第4章 抗衰落技术
4.1 4.2 4.3 4.1 分集接收 RAKE接收 纠错编码技术 均衡技术
1
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4.1 分集接收
引言 分集接收原理及方式
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合并器
检测器
② 检测后合并
检测器
检测器
合 并 器
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(2). 合并方式 ① 选择合并
(S/N)1 RX1 检测器
RX2
检测器 (S/N)2
►特点：a.
简单
b. 有一路信号能量未利用，性能较差
τ ≈ 5µs, ∆f = 200 KHZ (载波频差)
（5） 时间分集 ：利用随机衰落信号，当取样点的时间间隔足够大 时，两样点的衰落是统计上互不相关的特点，对同一信号在不同的 时间区间多次重发。时间分集对静止移动用户几乎无用。
1 ∆t ≥ ∆T ≈ B
3. 合并方式 (1). 合并位置 ①. 检测（解调）前合并
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(3). 角度分集
RX1 RX2
TX
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（4） 频率分集 将发射信号调制到多个载波频率上传送，要求载波频差
∆f ≥ 1
τ