CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析

1、cdma通信系统中的接入信道部分仿真与分析cdma通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析摘 要码分多址(cdma)技术以其优越的性能已发展成为第三代移动通信的核心技术。本文基于is-95规范标准，首先介绍了cdma 系统的通信原理，前向链路和反向链路的工作流程以及同步、导频等各个信道的功能，并剖析了cdma 系统接入信道的结构和特性。 随后给出了接入信道容量的概念和计算方法，并提出了优化接入信道容量的建议。移动台在接入信道上使用一种时隙化的随机接入协议(slotted aloha)进行接入，允许多个用户以竞争的方式占用信道。这种接入方式使得接入信道可以在大量的移动台中有效共享。接入信道的容量与

2、它这种独特的接入方式密切相关，本文对接入信道的容量和占用率进行了详细的探讨。最后，本文基于matlabsimulink工具箱对接入信道部分的各类干扰进行建模与仿真；详细分析各类干扰信道的特性及信号的衰落情况，并提出了改善方案，给出了抗衰落的措施。关键词：接入信道，信道容量，多径效应，matlab仿真 iv the analysis and simulation for cdma access channelabstractcode division multiple access (cdma) technology has been developed into the core techno

3、logy of the third-generation mobile communications for its superior performance. based on the is-95 codeslstandards, this paper first introduced the principle of cdma communication system, work flow of the forward link and reverse link, as well as the function of all the channels such as synchronizi

4、ng channel and so on, and a detailed analysis of structure and characteristics of access channel of the cdma system.subsequently the paper gave access to the concept of channel capacity and the calculation method, and then proposed the way of optimization of access channel capacity. the mobile stati

5、on using a time slot of the random access protocol (slotted aloha) for access, allows multiple users to occupy competitive channel. such access allows the access channels to be effectively shared in a large number of mobile stations. the capacity of access channel is closely related to its unique ac

6、cess mode. the paper is going to discuss the capacity of channel access and the occupancy rate deeply.finally, based on the matlab/simulink toolbox to access all kinds of channel interference modeling and simulation; detailed analysis of various types of channel interference and signal fading charac

7、teristics, and proposed to improve the program, given the antifading measures.key words: access channel, channel capability, multipath effect, simulink目 录cdma通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析i摘 要ithe analysis and simulation for cdma access channeliiabstractii第一章 基本原理介绍11.1 cdma通信系统的基本原理11.2 cdma通信系统的信道结构21.2.1 cd

8、ma 前向链路信道31.2.2 cdma 反向链路信道5第二章 接入信道的容量分析82.1 接入信道的特性82.2 接入信道的结构82.3 接入信道的容量分析与估算102.4 接入信道容量的优化122.4.1登记消息122.4.2 参数优化13第三章 接入信道的干扰分析与仿真153.1噪声和干扰153.1.1 加性噪声153.1.2 邻道干扰153.1.3 多径效应153.1.4 瑞利衰落173.1.5 莱斯分布183.2 噪声及干扰的仿真结果193.2.1 simulink模拟瑞利衰落203.2.2 simulink模拟莱斯衰落213.2.3 simulink模拟白高斯噪声信道223.2.4

9、 仿真结果及分析233.3 改善办法cdma通信系统的关键技术273.3.1 直接序列扩频273.3.2 多种分集技术273.3.3自动功率控制283.3.4 相关接收293.3.5 语音编码293.3.6越区软切换293.3.7 rake 接收机29总 结30参考文献31致 谢32 第一章 基本原理介绍自20世纪70年代以来，移动通信产业一直迅猛发展，目前已成为当代通信领域内发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。从第一代模拟通信系统的建立，到第二代蜂窝移动通信的全球普及，以及当前正蓬勃兴起的以宽带化、多媒体业务为标志的第三代移动通信系统，移动通信在技术水平、覆盖能力、业务范围、有效性和可靠性

10、等方面都取得了举世瞩目的进展，其中码分多址(cdma)技术以其各方面的优势已发展成为第三代移动通信的核心技术。可以说，移动通信已深刻地影响了人们的生活和工作方式，为社会进步、经济发展做出了贡献。cdma是在扩频通信技术基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术，由于cdma具有频谱利用率高、容量大、抗干扰能力强、保密性好、掉话率低等诸多优点，在第二代移动通信系统的研究发展过程中，很多国家都在原有的体制下，积极研发cdma系统的使用技术。它综合采用了频率分集、时间分集、空间分集、功率控制、话音激活、软切换、保密等许多新技术，大大地提高了系统的容量和性能，它还可以很方便地进行从模拟到数字的转换，

11、是第三代移动通信系统的首选多址方式。1.1 cdma通信系统的基本原理cdma的基本通信原理如下图1-1所示。具有一定信号带宽的信息数据在发送之前，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原始数据信号带宽被扩展，再经载波调制后发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，对接收到的信号进行相关处理，将原始信息数据从宽带信号中还原出来（即解扩），从而实现信息通信。图1-1 cdma通信原理图扩频通信按扩频方式主要分为以下三种：（1）直接序列扩频（ds-ss）：采用高码率的直接序列，相互正交的伪随机码（pn码）在发送端对信号进行扩频，在接收端通过与发送端完全相同的码序列进行解扩，从而还原出原始

12、信息。cdma通信采用ds-ss扩频。ds-ss抗干扰原理图如图1-2所示。（2）跳频扩频（fh-ss）：用一定码序列进行选择的多频率频移键控。（3）跳时扩频（th-ss）：一种用码序列进行选择的多时隙时移键控。图1-2 ds-ss抗干扰原理图1.2 cdma通信系统的信道结构cdma系统的服务区域被划分为一个个六边形的蜂窝小区，每个小区包含一个基站，在移动台与基站之间存在由前向和反向cdma信道组成的链路。前向信道指从基站到移动台的下行传输链路，反向信道指从移动台到基站的上行传输链路。信道结构如下图1-3所示。图1-3 cdma蜂窝系统的信道示意图1.2.1 cdma 前向链路信道cdma前

13、向链路以64阶walsh码划分成64个逻辑信道，典型配置为1个导频信道、一个同步信道、7个寻呼信道和55个前向业务信道。前向cdma信道结构如图1-4所示。图 1-4正向cdma信道的电路框图由此可以看出，cdma系统前向链路是由pn长码（码长为码片）、walsh码（码长为64码片，共有64个不同的正交码）和pn短码（码片）组成的三阶系统，分别完成数据扰码（数据编码、数据卷码功能）、信道识别（码分多址，即通过walsh码正交相关处理，实现基站多路发射信号之间的理想分离）、基站识别（基站多址）功能。可以把前向链路信号归纳为由分配的无线频带、一对具有确定相位偏置的正交pn码的四相调制信号、正交wa

14、lsh 函数二相调制信号、卷积编码、扰码信息综合组成的系统。l 导频信道（1）基站在此信道发送导频信号供移动台识别基站并引导移动台入网；（2）导频信道不传送任何信息，它在cdma前向信道上不停发射导频信号，被在基站覆盖区内的所有移动台用来进行同步和切换。移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行过境切换；（3）使用零walsh函数（64个0），导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号，只由正交的pn码对构成，每个基站就由这一对经过时间偏置的pn序列来作为识别前向连路的标志，移动台可迅速而精确地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号的解调；（4）采用walsh

15、码和pn短码。l 同步信道 （1）基站在此信道发送同步信息（还包括提供移动台选用的寻呼信道数据率）提供移动台建立与系统的定时和同步，一旦同步完成，通常不再使用同步信道， 但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步；（2）同步信道传送的是一个经过编码、交织、扩频和调制的扩频信号，被本小区移动台用来捕获初始时间同步，未对同步信道数据进行扰码；（3）当通信业务量很多, 所有业务信道均被占用而不敷应用时，此同步信道也可临时改作业务信道使用； （4）采用walsh 码和pn短码。l 寻呼信道 （1）基站在此信道向移动台发送有关寻呼、指令以及业务信道指配信息；（2）寻呼信道传送的是一个经过编码、交织、扩

16、频和调制的信号，用来传送系统开销信息和移动台特定消息，对寻呼信道数据进行了扰码；（3）移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道（也可以由基站指定）来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。 （4）采用pn长码、walsh码和pn短码。l 业务信道 （1）基站在此信道向移动台传送前向通信数据及信令，共有四种传输速率（9 600、4 800、2 400、1 200 b/s），业务速率可以逐帧（20ms）改变，以动态地适应通信者的话音特征，减少cdma通信系统的多址干扰；（2）业务信道用来传送用户信息和信令信息。在每个业务信道中，包含有向移动台传

17、送的业务数据、功率控制的信息（功率控制子信道）和过区切换指令等，功率控制子信道用于向移动台发送功率控制的信息，对业务信道数据进行了扰码；（3）采用pn长码、walsh 码和pn短码。1.2.2 cdma 反向链路信道反向cdma链路由接入信道和业务信道组成，其结构与前向链路信道相似。如下图1-5所示。反向链路的码分物理信道由周期为的pn长码构成，用长码的不同相位偏置来区分不同的用户，实现多址接入。cdma反向链路与前向链路的根本区别是，前向链路采用彼此正交的walsh码进行信道化，而反向链路使用pn长码进行信道化。每个cdma信道能有高达62个业务信道，每个寻呼信道能支持高达32个接入信道。p

18、n长码直接用来扩频，用它来区别不同的移动台。由于这个长pn码每一个可能的相位偏差都对应于一个有效地址，因而可以提供一个非常大的地址空间，并且具有较高的保密性。图 1-5 反向cdma信道的电路框图l 业务信道移动台在通信过程中用反向业务信道向基站传输话音、数据和信令信息，因而它的许多特征和正向业务信道一样。业务信道被不同的用户占用时，不同的用户由不同的用户长码定义，反向业务信道也以可变数据速率 9600、4800、2400、1200b/s传送信息，帧长也是20ms，数据速率也可逐帧选择。l 接入信道 （1）是移动台用来启动与基站的通信及对寻呼信道的消息作出响应，它是一种分时隙的随机接入信道，允

19、许多个用户同时抢占同一接入信道；（2）登记消息。移动台发送消息通知基站它所处的位置、状态、标识符和其他登记系统所需要的参数；（3）一个接入信道由特定的公用长码标识，与寻呼信道配合使用，以传送相应指令、应答和其它有关的信息，每个寻呼信道可以与高达32个接入信道配合；（4）鉴权查询响应消息：包含验证移动台身份的必要信息；（5）功率测量报告消息向基站发送fer统计量；（6）切换完成消息：移动台对切换指示消息的响应。综上可得到cdma蜂窝系统各信道所传输的码序列和其应用位置和目的，见表1-1。表1-1 cdma通信系统中各信道的比较码序列长度应用位置应用目的码速率m序列（最大周期线性移位寄存器）反向接

20、入信道直接序列扩频1.2288m反向业务信道标识移动台前向寻呼信道用于数据扰码19.2k前向业务信道m序列（最大非线性移位寄存器）所有反向信道正交扩频利于调制1.2288m所有正向信道正交扩频利于调制，标识基站walsh函数64所有反向信道正交调制307.2k所有正向信道正交扩频，标识各前向信道1.2288m33第二章 接入信道的容量分析2.1 接入信道的特性cdma反向信道利用具有不同相位偏置的长pn序列码作为连接地址，许多用户共享cdma信道。每个接入信道对应正向信道中的一个寻呼信道，但每个寻呼信道可以对应多个接入信道，至多有32个接入信道。移动台通过接入信道向基站进行登记，发起呼叫，响应

21、基站发来的呼叫，注册以及短信息服务等。在移动台没有转入业务信道之前，移动台通过接入信道向基站传送控制信令。接入信道的工作速率固定为4800bit/s，信号帧长为20ms，仅当系统时间是20ms整数倍时，信号帧才开始。移动台在接入信道上使用一种时隙化的随机接入协议（slotted aloha）进行接入，允许多个用户以竞争的方式占用信道。这种接入方式使得接入信道可以在大量的移动台中有效共享。接入信道的容量与它这种独特的接入方式密切相关，如何在工程上使用简单易行的方法估算和分析接入信道的容量和占用率是运行维护中常需面临的问题。移动台从发送一则信息到接收到（或接收失败）该消息的确认消息的整个过程称为接

22、入尝试（access attempt）。接入尝试的每次发送称为接入试探（access probe），同一个接入尝试的每个接入试探发送相同的消息，每个接入试探包括一个接入信道报头（preamble）和一个接入信道信息体（message capsule）。2.2 接入信道的结构一个接入信道时隙由一个含多帧的接入报头和多帧的消息封装组成。报头含有（一个报头中所含接入信道帧的编号，即接入信道报头长度）个帧，每帧由96个0bit组成，其作用是帮助基站捕获接入信道。接入信道报头在时隙开始处发送；紧随报头的是含（一个消息容器中所含接入信道帧的最大编号，即最大接入信道封装长度）个帧的消息封装，消息封装中的每帧

23、长度同样是96bit，接入信道时隙是接入信道帧的整数倍，在接入信道帧的分界处开始和结束。因此，每一个接入信道时隙的持续时间是个帧，如下图2-1所示。pam_sz和是从寻呼信道发送的接入参数消息中获得的。接入信道报头实际是一个确定的全0序列，基站可以容易地获取此消息，提高了接入试探的接入速度。图 2-1 接入信道时隙的构成与同一寻呼信道相对应的所有接入信道具有相同的时隙长度和时隙开始时间。不同的基站可以有不同的时隙长度。接入信道的时隙结构使得每时隙最多只可能有一个消息成功发送，如果多个移动台试图在同一个时隙接入就会发生碰撞，碰撞发生时消息就无法发送。实际上接入信道传送的开始时间是随机的，这样一来

24、就能减少多个移动台同时接入系统而产生碰撞。（2）接入信道的消息结构接入信道报文包括一个8bit用来表示报文长度的报头，最少2bit最多842bit的报文正文和长度为30bit的crc代码。在报文之后添加填充比特使得报文长度达到帧的边界。报文长度包括报头，正文和crc，但不包括填充比特。每一个接入信道帧包含报头比特（全0）和消息比特，包含消息比特的帧有88个消息比特和8个编码器尾比特（设置为全0），如图2-2所示。图2-2 接入信道消息的结构（3）接入信道的消息类型移动台在接入信道传送两类信息：请求信息和响应信息，接入信道传送的消息主要包括如下：登记消息。移动台发送消息通知基站它所处的位置，状态

25、，标识符和其它登记系统所需的参数。使得一个呼叫无论什么时间发送给移动台，基站都能寻呼到该移动台。始呼消息。该消息允许移动台发起呼叫，基站收到此消息后，会判断始呼过程是否有效，是否存在可分配的空闲信道，然后通过寻呼信道发送release order（释放指令）, feature notification message（特征通知信息）, channel assignment message（信道分配信息）3种消息之一。指令消息。典型的指令消息包括基站查询，ssd更新确认，ssd更新登记，移动台确认，局部控制响应和移动台拒收。寻呼响应消息。移动台利用该消息在接收一个呼叫的过程中对寻呼发出响应。基站

26、收到该消息后，要向移动台发送release order, channel assignment message两种消息之一。sms。短信服务的始呼消息和寻呼响应消息。2.3 接入信道的容量分析与估算接入信道的容量与每小时接入信道时隙数成比例，的计算公式：。可见， 每小时接入信道时隙数与和的值成反比。表2-1是等于3的情况下，不同对应的每小时接入信道时隙数量。表2-1 与接入信道时隙数23456最大接入信道消息比特数402490578666754接入信道时隙数/小时2000018000163641500013846。取样时间的设置长度不同会得出精确度不同的结果，若取样时间精确到一个接入信道时隙，

27、占用率实际就等同于接入消息的到达速率。在射频系统的性能统计中，这个时长通常被设定为1020个接入信道时隙的长度。在工程估算中，我们可粗略的取时长为一个忙时。假设某扇区内用户数量为每用户的接入信道忙时业务模型可定义如下：呼叫起始和终止(ot)：条/用户；短信业务(sms)：条/用户；登记消息(reg)：条/用户（多种登记方式消息总和），则此扇区内忙时接入消息数量大致计为：。对于pam_sz=3，的接入信道设置，接入信道时隙长度为10帧，接入信道的最大容量为。从以上两值可以计算出接入信道占用率。由于话务量的分布在整个系统中并不均匀，所以在整个网络的范围内分析接入信道的占用率和参数设置是不必要的，而

28、是通过收集基站每扇区的数据，针对接入业务量高的扇区，以现网数据为基础建立接入信道模型进行分析和预测。大量接入信道消息的发送会对反向业务信道造成很大的干扰，当一个接入探测的没有达到基站接收的门限时，随后的接入探测会以更高的功率发射，直至基站成功接收。而这个功率不断加大的过程势必会对反向链路造成干扰，从而影响反向链路的容量。为了保证业务信道的容量不受影响，接入信道的过量使用是应该被限制的。考虑到接入信道干扰对容量的影响，接入信道利用率的工程门限通常取在50%。2.4 接入信道容量的优化影响接入信道容量的最主要因素是登记消息的数量，一般来说，登记消息要占用接入信道容量的大部分；当sms有快速增长时，

29、sms origination和sms termination消息对接入信道容量的影响也不能忽视；而鉴权消息对接入信道和寻呼信道容量的影响并不大，除非有频繁的ssd更新。2.4.1登记消息登记就是移动台向基站通知其位置信息，状态信息，时隙信息，密钥参数及其它参数的过程。这些信息是基站及交换机准确寻呼定位移动台，建立通信链路所必须的。cdma系统常用的登记方式如下。（1）开机登记。当移动台开机或从替代的服务系统返回，移动台会进行开机登记，由标志位power_up_reg控制。（2）关机登记。当移动台执行关机指令，移动台会进行关机登记，在登记结束后，才关掉电源，由标志位power_down_reg

30、控制。（3）基于计时器的登记。移动台在登记计时器（reg_count）截至，即到达一个最大值时(reg_count_max )，进行基于计时器的登记，它可以使移动台以固定时间间隔登记。由参数reg_count_max和reg_prd（登记周期）控制，reg_count_max=2reg_prd/4。（4）基于区域的登记。当移动台进入新区域时进行基于区域的登记，如果登记完成，则在列表中添加一个区域。由参数reg_zone，total_zones，zone_timer控制。（5）参数改变登记。当首选时隙循环序号，基站类型标识或呼叫终端被激活的指示器3个参数任何一个改变时，将进行参数改变登记。（6）

31、基于距离的登记。当移动台当前的基站与上次登记的基站距离超过门限值时，进行基于距离的登记。由参数reg_dist控制。由于登记消息需要基站发送确认消息，所以如果接入信道稍有拥塞或寻呼信道容量饱和，就极易引起雪崩效应，造成接入信道的登记消息指数倍增长，导致接入信道更严重的拥塞，容量进一步减小。还有一种极易造成接入信道拥塞的情况就是易产生乒乓登记效应的交换机或寻呼区域的边界。另外，在人口稠密的热点地区对登记消息数量的控制也是值得考虑的问题。根据工程经验，可考虑以下建议控制和优化登记消息对接入信道的影响。（1）广泛使用基于区域的登记（zone-based registration），关闭参数改变的登记

32、（parameter-change registration）方式。（2）采用基于区域的登记方式时，zone_timer的设置应在15min之间以减小乒乓登记的发生。（3）在人流稠密的活动现场，如体育赛场，演唱会会场，热点地区的基站可以暂时关闭基于计时器的登记（timer-based registration）。2.4.2 参数优化通过优化参数的设置，也可以达到减少接入信道拥塞，提高容量的目的。在接入信道容量优化中，常被涉及的接入参数如下所示。（1）最大请求试探序列数（max_req_seq）。这个参数定义了移动台在一次请求类接入尝试中，请求试探序列的最大数目。此参数的取值范围是015，建议值

33、为2。如果设置过大，会导致一次接入尝试中重复发送探测序列的次数大大增加，影响接入信道容量；若设置过小，则会降低接入成功率。（2）最大响应试探序列数（max_rsp_seq）。这个参数定义了移动台在一次响应类接入尝试中，响应试探序列的最大数目。此参数的取值范围是015，建议值为2。如果设置过大，会导致重复发送响应探测序列的次数大大增加，影响接入信道容量；若设置过小，则会降低接入成功率。（3）接入试探报头最大量（pam_sz）。pam_sz的数值范围是015，默认值为3。如果此参数设置过大，而实际可以用一个更短的序列使基站获取移动台情况，就会造成接入信道容量的浪费。若设置过小，降低了接入试探得到基

34、站成功确认的可能性。（4）接入试探消息封装最大量（max_cap_sz）。此参数等于移动台接入试探的消息段允许的最大帧数减3, max_cap_sz的数值范围是07，默认值为2。此参数设置过大，会使消息的长度超过实际的需求，浪费了接入信道容量。如果设置过小，可能会造成拨叫号码等信息不足，这样移动台会发起持续消息来结束呼叫的发起，从而降低了移动台的接人成功率。结合接入信道的特点和业务模型，针对特定接入信道业务模型计算出接入消息数量，进而计算出接入信道所能支持的最大消息数量，得出接入信道占用率。反之，也可以推断出在接入信道占用率达到工程门限时，系统可支持的最大bhca或用户数量。同时为了确保接入信

35、道的性能，提高接入信道的容量，需要慎重的选择移动台的登记方式。第三章 接入信道的干扰分析与仿真除了提高接入信道的容量，如何消除接入信道的各类干扰也是亟待解决的问题。信号在无线传输的过程中，由于不稳定性，即使在同一地点不同时间收到的场强也不同，时强时弱，在移动通信中，由于城市建筑及地面复杂地形的影响，移动台收到的信号是经过多次反射和散射路径传输的，任何一点接收到的场强是多个信号矢量迭加的结果，即多径效应，这样就形成了场强变化很大的快衰落，严重影响通信质量,引起信噪比下降,造成大片差错（误码），甚至会引起通信瞬时中断。此外大气中的自然噪声等加性噪声也是不容忽视的。3.1噪声和干扰3.1.1 加性噪

36、声移动信道中加性噪声（简称噪声）的来源是多方面的，一般可分为： 内部噪声；自然噪声； 人为噪声。内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声。不能预测的噪声统称为随机噪声。自然噪声及人为噪声为外部噪声，它们也属于随机噪声。依据噪声特征又可分为脉冲噪声和起伏噪声。脉冲噪声是在时间上无规则的突发噪声，例如，汽车发动机所产生的点火噪声，这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度较大，而持续时间较短；从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽频带；热噪声、散弹噪声及宇宙噪声是典型的起伏噪声。 3.1.2 邻道干扰所谓邻道干扰是相邻的或邻近频道的信号相互干扰。目前，移动通信系统广泛使用的vhf、uhf电台，频道间隔是25khz。

37、然而，调频信号的频谱是很宽的，理论上说，调频信号含有无穷多个边频分量，当其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内，就会造成邻道干扰。3.1.3 多径效应在无线通信领域，多径指无线电信号从发射天线经过多个路径抵达接收天线的传播现象。多径效应移动体（如汽车）往来于建筑群与障碍物之间，其接收信号的强度，将由各直射波和反射波叠加合成。各条路径的长度会随时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。这些分量场的随机干涉，形成总的接收场的衰落。各分量之间的相位关系对不同的频率是不同的。因此，它们的干涉效果也因频率而异，这种特性称为频率选择性。在宽带信号传输中，频率选择性可能表现明显，形

38、成交调。与此相应，由于不同路径有不同时延，同一时刻发出的信号因分别沿着不同路径而在接收点前后散开，而窄脉冲信号则前后重叠。在数字无线通信系统中，多径效应产生的符号间干扰（inter symbol interference，isi）也会影响到信号传输的质量。基于类似的原因，单个目标会由于地形反射在雷达接收机上产生一个或多个虚像。这些虚像的运动方式与它们反射的实际物体相同，因此影响到雷达对目标的识别。在电视信号传输中可以直观地看到多径对于通信质量的影响。通过较长的路径到达接收天线的信号分量比以较短路径到达天线的信号稍迟。因为电视电子枪扫描是由左到右，迟到的信号会在早到的信号形成的电视画面上叠加一个

39、稍稍靠右的虚像。为克服这一问题，雷达接收端需要将信号与附近的地形图相比对，将由反射产生的看上去在地面以下或者在一定高度以上的信号去除。l 电离层短波的多径效应传播的多径效应经常发生而且很严重。它有两种形式的多径现象：一种是分离的多径，由不同跳数的射线、高角和低角射线等形成，其多径传播时延差较大；另一种是微分的多径，多由电离层不均匀体所引起，其多径传播时延差很小。对流层电波传播信道中的多径效应问题也很突出。多径产生于湍流团和对流层层结。在视距电波传播中，地面反射也是多径的一种来源。 l 多径效应描述多径时延特性可用时延谱或多径散布谱（即不同时延的信号分量平均功率构成的谱）来描述。与时延谱等价的是

40、频率相关函数。实际上，人们只简单利用时延谱的某个特征量来表征。例如，用最大时延与最小时延的差，表征时延谱的尖锐度和信道容许传输带宽。这个值越小，信道容许传输频带越宽。l 应用多径效应不仅是衰落的经常性成因，而且是限制传输带宽或传输速率的根本因素之一。在短波通信中，为保证电路在多径传输中的最大时延与最小时延差不大于某个规定值，工作频率要求不低于电路最高可用频率的某个百分数。这个百分数称为多径缩减因子，是确定电路最低可用频率的重要依据之一。3.1.4 瑞利衰落在基站发射机和移动（或固定）接收机之间的通信质量取决于多种因素，其中包括信号传播信道的总体质量。由于空气吸收作用以及建筑物和树木的反射作用，

41、信号在传播中的幅度和相位都将产生量值不定的波动。这种现象通常被称为衰落（fading），有时称为多径衰落（一种特殊类型的衰落），或者更一般地称为信道损害（impairment）。信道损害可以依靠模仿衰落信道响应的数学模型模拟出来。这些模型使用统计方法来表达当电磁波遇到物理障碍时将发生的变化，包括瑞利衰落、 rician 衰落和铃木衰落。瑞利衰落是一个用来描述信道传播规律的数学分布，适用于在从发射机到接收机之间没有强视距（line-of-sight）路径的情况。这个分布可以表达在一个繁忙的城市街道上看到的信道条件，这种情况下基站被隐藏在几个街区之外的建筑物背后。在乡村环境中，多径衰落模型由几个反

42、射路径与一个强视距路径组合而成，其频谱功率遵循 rician分布。直接射束和多径射束的能量之比被称为k系数。如果在频域观察这个效应，会看到一个功率毛刺，其幅度由k系数决定。铃木衰落把来自多路径的小幅度衰落叠加在反射和散射造成的大幅度衰落之上。大幅度衰落遵循对数正态分布，小幅度衰落遵循瑞利分布。虽然来自遮蔽和大幅度反射的平均路径损失呈正态（高斯）分布，信号衰减的典型值为6-10db，但在非视距小幅度衰落的最坏情况下，多径各部分完全反相而发生最深度衰落，此时的信号衰减将达到 20-30db。瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。一般来说，多路信号到达接收机的时间

43、有先有后，即有相对时间延迟。如果这些相对时延远小于一个符号的时间，则可以认为多路信号几乎是同时到达接收机的。这种情况下多径不会造成符号间的干扰。这种衰落称为平坦衰落，因为这种信道的频率响应在所用的频段内是平坦的。相反地，如果多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略，那么当多路信号迭加时，不同时间的符号就会重迭在一起，造成符号间的干扰。这种衰落称为频率选择性衰落，因为这种信道的频率响应在所用的频段内是不平坦的。瑞利分布是一个均值为0，方差为的平稳窄带高斯过程，其表达式为： （3-1）瑞利分布是最常见的用于描述平坦衰落信号接收包络或独立多径分量接受包络统计时变特性的一种分布类型。瑞利衰落能有

44、效描述存在大量散射无线电信号的障碍物的无线传播环境。若传播环境中存在足够多的散射，则冲激信号到达接收机后表现为大量统计独立的随机变量的叠加，根据中心极限定理，则这一无线信道的冲激响应将是一个高斯过程。如果这一散射信道中不存在主要的信号分量，通常这一条件是指不存在直射信号（los），则这一过程的均值为0，且相位服从0到的均匀分布。即信道响应的能量或包络服从瑞利分布。设随机变量，于是其概率密度函数为，其中。 （3-2）3.1.5 莱斯分布如果收到的信号中除了经反射、折射、散射等来的信号外，还有从发射机直接到达接收机（如从卫星直接到达地面接收机）的信号，即直射信号（los），那么总信号的强度服从莱斯

45、分布，故称为莱斯衰落，对应的信道模型为莱斯衰落信道。正弦波加窄带高斯过程的概率密度函数分布称为莱斯（rice）密度函数，也称广义瑞利分布。即 （3-3）其中，参数a指主信号幅度的峰值，是修正的0阶第一类贝塞尔函数。莱斯分布常用参数k来描述，即莱斯因子，完全确定了莱斯分布。k定义为确定信号的功率与多径分量方差之比。 （3-4） 图3-1 莱斯分布 当，且主信号幅度减小时，莱斯分布转变为瑞利分布。如右图3-1所示。 通常将信道增益以等效基带信号表示，即用一复数表示信道的幅度和相位特性。由此瑞利衰落即可由这一复数表示，它的实部和虚部服从于零均值的独立同分布高斯过程。综上，信号衰落分类：图3-2 信号

46、衰落图3.2 噪声及干扰的仿真结果下图3-3即为cdma反向接入信道三类噪声和干扰的仿真设计图。图3-3 is-95a反向信道发射机和干扰信道图3.2.1 simulink模拟瑞利衰落右图3-4为瑞利衰落的参数设置：最大多普勒频移为10hz，该模拟设计了两径干扰，时延差为2.11s，衰减为2db。下图3-5和3-6分别为瑞利衰落的散布图和带限脉冲响应。图3-4 瑞利衰落的参数设置 图3-5瑞利衰落的散布图 图3-6 瑞利衰落的带限脉冲响应 3.2.2 simulink模拟莱斯衰落右图3-7为莱斯衰落的参数设置：直射多普勒频移为10hz，最大多普勒频移为40hz，该模拟设计了两径干扰，时延差为2

47、.11s，衰减为3db，莱斯因子为2。下图3-8和3-9分别为莱斯衰落的散布图和带限脉冲响应。 图3-7 莱斯衰落的参数设置 图3-8 莱斯衰落散布图 图3-9 莱斯衰落的带限脉冲相应 3.2.3 simulink模拟白高斯噪声信道右图3-10为白高斯噪声信道的参数设置：为3db。下图3-11为高斯白噪下的信号散布图。图3-10白高斯噪声信道的参数设置图3-11 白高斯噪声下信号散布图3.2.4 仿真结果及分析分别在每个信道输出端连接simout模块，即可得到信号经过衰落的波形图。图3-12 经过瑞利衰落后的信号波形图图3-13 经过莱斯衰落后的信号波形图图3-14 经过白高斯噪声后的信号波形

48、图图3-15 is-95a反向信道发射机和各级干扰信道级联图如上图3-15所示，在无线信道传输的过程中，信号所受到得加性噪声和多径衰落是同时存在的，因此上图更接近实际中的信号传输。下图3-16、3-17、3-18分别为通过混合信道的限带脉冲响应，散布图和最终信号输出图。3-16经过混合信道的限带脉冲响应3-17经过混合信道的散布图3-18经过混合信道的输出信号图3.3 改善办法cdma通信系统的关键技术3.3.1 直接序列扩频cdma利用自相关性非常大而互相关性小的码序列作为地址码，对已被原始用户信息信号调制的载频进行二次调制，扩展其信号频谱。is-95采用 180度相移键控qpsk。有效的降

49、低功率谱密度提高信噪比，保密性好，同时，用户共用同一宽带频谱不存在互调干扰。cdma采用三层编码结构：用户码（42比特长码）、基站码（15比特时间偏移码）、信道的正交码（64正交walsh码）。3.3.2 多种分集技术分集合成技术是指系统提供二个或更多个输入信号到接收端，这些输入信号的衰落各不相关，系统分别接收它们再将它们合成处理后进行判决，大大降低衰落对信号的影响。依据衰落的频率、时间和空间的选择性，相应有频率分集、时间分集和空间分集。空间分集通过几个独立天线或在不同位置分别发射和接收信号，采用选择性合成技术总是选择信号较强的一个输出，降低了地形等因素对信号的影响。cdma越区软切换就是空间

50、分集的一个有利例证。cdma采用扩频技术，根据宽带信号不会在使用频率均衰落这一特性，其宽带传输即为频率分集，克服了因信号传送的多条路径以及用户的移动性带来的多径衰落。cdma利用交织编码、纠错和检错编码等技术在不同时隙发送信号，利用衰落的时间选择性来进行时间分集。此外通过比特交织技术可以使成群误差趋向于更随机的分布，从而改善了码组误码率的性能，通常误码率可以从交织中获得显著改善，一般能改善两个数量级左右。同时cdma采用rake接受机（基站采用4finger接受机，手机采用3finger接受机）分别接收时延较大的不同路径强信号然后合并，采用数字判别恢复信号。cdma采用多种分集技术减少衰落对信

51、号的影响，获取高质量的通信。在mimo中，传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以算一种天线分集技术。分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，mimo信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度（degrees of freedom）。从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流，可以提供传输