第5章现代无线通信原理抗干扰技术

1、第五章第五章 衰落信道的抗干扰技术衰落信道的抗干扰技术5.1 5.1 衰落信道的抗干扰技术概述衰落信道的抗干扰技术概述5.2 5.2 分集技术分集技术5.3 RAKE 5.3 RAKE 接收技术接收技术5.4 5.4 交织技术交织技术5.5 5.5 均衡技术均衡技术5.6 5.6 联合编码技术联合编码技术一、多径干扰一、多径干扰二、多用户干扰二、多用户干扰5.1 5.1 衰落信道的抗干扰技术概述衰落信道的抗干扰技术概述5.1.1 5.1.1 衰落信道的主要干扰衰落信道的主要干扰5.1.2 5.1.2 衰落信道的主要抗干扰技术衰落信道的主要抗干扰技术发端进行发端进行 进行预防进行预防收端进行收端

2、进行 进行补救进行补救分为三类：分为三类：一、冗余法一、冗余法包括分集技术、纠错技术和重发技术包括分集技术、纠错技术和重发技术二、均衡法二、均衡法包括信道均衡和信源适应包括信道均衡和信源适应三、干扰抵消法三、干扰抵消法是基于数学中求解联立方程的是基于数学中求解联立方程的迭代算法。迭代算法。另：信号的传输方式如调制方式对抗干扰有很大贡献。另：信号的传输方式如调制方式对抗干扰有很大贡献。5.2 5.2 分集技术分集技术5.2.1 5.2.1 分集技术原理分集技术原理n原理原理：利用无线传播环境中来自不同途径的多径利用无线传播环境中来自不同途径的多径信号的统计独立性进行合并，从而实现分集。信号的统计

3、独立性进行合并，从而实现分集。n首先，要找出来自不同途径的多径信号，这首先，要找出来自不同途径的多径信号，这些途径可以是不同的空间、不同的极化、不同些途径可以是不同的空间、不同的极化、不同的频率、不同的时间。的频率、不同的时间。n其次，要以某种方法进行合并。其次，要以某种方法进行合并。n应该指出：分集技术不仅能改善频率选择性衰落，应该指出：分集技术不仅能改善频率选择性衰落，同时也能改善非频率选择性衰落。同时也能改善非频率选择性衰落。5.2.2 5.2.2 分集方式分集方式采用什么途径接收分集信号采用什么途径接收分集信号？n空间分集：不同天线的接收信号相互独立；空间分集：不同天线的接收信号相互独

4、立；n极化极化分集：分集：水平极化水平极化和和垂直极化垂直极化的信号相互的信号相互独独立；立；n频率频率分集：分集：不同频率不同频率的的接收信号相互独立，接收信号相互独立，GSMGSM采用跳频采用跳频CDMACDMA采用扩频技术采用扩频技术；n时间时间分集：分集：不同时间的接收信号相互独立，有不同时间的接收信号相互独立，有符号交织、检错、纠错编码、符号交织、检错、纠错编码、RakeRake接收机技术接收机技术。5.2.3 5.2.3 合并方式合并方式从分集信号中以什么方式作为输出从分集信号中以什么方式作为输出？选择选择式式合并：合并：选择最好的支路作为输出，其它支选择最好的支路作为输出，其它支

5、路丢弃路丢弃。最大增益合并：最大增益合并：调整各个支路主径的相位，使之调整各个支路主径的相位，使之同相，然后进行等增益相加同相，然后进行等增益相加。最小色散合并：最小色散合并：调整各个支路次径的相位及幅度，调整各个支路次径的相位及幅度，使之反相抵销使之反相抵销。最大最大比比合并合并：调整各个支路的相位，使之同相，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然后按照各个支路的信噪比数值进行加权相加。5.2.4 5.2.4 分集举例分集举例n空间分集及其合并空间分集及其合并S1(t)S2(t)相加相位幅度控制检测分集后的接收信号S1(t)S2(t)最大增益合并最小色散合并

6、5.3 5.3 RAKE RAKE 接收技术接收技术5.3.1 5.3.1 RAKE RAKE 接收的概念接收的概念对时间上扩散的信号进行分集，尽可能多的获对时间上扩散的信号进行分集，尽可能多的获取信号能量。取信号能量。对多径信号进行分离，根据信道估计的结果来对多径信号进行分离，根据信道估计的结果来进行多径信号合并。进行多径信号合并。对于对于CDMACDMA系统，当多径延时大于一个码片时，系统，当多径延时大于一个码片时，多径信号可以看成是不相关的多径信号可以看成是不相关的。5.3.2 5.3.2 RAKE RAKE 接收技术的原理接收技术的原理传输环境时变：传输环境时变： 频率、相位、时间的变

7、化频率、相位、时间的变化t0t1t1t1t0t2t2t2t0t3t3t3时延扩展频率扩展 5.3.3 5.3.3 RAKE RAKE 接收机原理接收机原理相关相关1相关相关2相关相关M 积分积分判决判决a1a2aMCDMA多径信号多径信号判决输出判决输出接收机框图接收机框图5.3.4 5.3.4 RAKE RAKE 接收机工作过程接收机工作过程n假设接收信号中可以分离出假设接收信号中可以分离出M M个不同延时的多径分个不同延时的多径分量，每个分量用不同的相关器进行相关运算。量，每个分量用不同的相关器进行相关运算。n相关器相关器1 1和支路和支路1 1同步，相关器同步，相关器2 2和支路和支路2

8、 2同步，等等，同步，等等，这样不同相关器就可以检测出各个支路的这样不同相关器就可以检测出各个支路的CDMACDMA信号信号能量。能量。n对各个相关器的输出进行加权，然后相加，就得到对各个相关器的输出进行加权，然后相加，就得到发送信号的最大可能的能量输出，对此输出进行判发送信号的最大可能的能量输出，对此输出进行判决再生，就可以恢复出数字信息。决再生，就可以恢复出数字信息。n加权系数可以根据不同的准则，如：最大功率准则、加权系数可以根据不同的准则，如：最大功率准则、最大信噪比准则，等。最大信噪比准则，等。5.4 5.4 交织技术交织技术 n原理原理：在无线通信中由于发生深衰落或遇到突发干在无线通

9、信中由于发生深衰落或遇到突发干扰，误码的分布就不是平稳、纯随机的，而是存在扰，误码的分布就不是平稳、纯随机的，而是存在随机误码和突发误码。采用交织可以减少突发误码随机误码和突发误码。采用交织可以减少突发误码的影响。的影响。n交织交织不增加额外开销。不增加额外开销。n交织可以保护信源编码中的特殊比特。交织可以保护信源编码中的特殊比特。n交织与纠错编码同时使用，进一步提高传输质量。交织与纠错编码同时使用，进一步提高传输质量。n交织器二种类型：分组交织、卷积交织。交织器二种类型：分组交织、卷积交织。n交织器会引入时延（对语音不能超过交织器会引入时延（对语音不能超过4040msms）。）。5.4 5.

10、4 交织技术交织技术 0102030405060708091112131415161718192122232425262728293132333435363738394142434445464748495152535455565758596162636465666768697172737475767778798182838485868788895.4 5.4 交织技术交织技术 01020304050607080911121314151617181921222324252627282931323334353637383941424344454647484951525354555657585961

11、62636465666768697172737475767778798182838485868788895.5 5.5 均衡技术均衡技术5.5.1 5.5.1 均衡技术概述均衡技术概述n自自适应均衡器适应均衡器：减少码间干扰。减少码间干扰。n工作模式工作模式：训练模式训练模式和和跟踪模式跟踪模式。n均衡器分类均衡器分类频域均衡器，时域均衡器；频域均衡器，时域均衡器；线性均衡器，线性均衡器，非线性非线性均衡器均衡器。n均衡器实现均衡器实现方法方法中频均衡器中频均衡器；基带基带均衡器均衡器。5.5.2 5.5.2 均衡技术的原理均衡技术的原理(1/2)(1/2)n均衡器均衡器频域频域表达表达： 信

12、道信道时域响应时域响应f(t)，均衡器时域响应均衡器时域响应heq(t)，希希望均衡后的信道响应为：望均衡后的信道响应为： g(t)=f*(t) heq(t)= (t) 就有：就有： Heq(f)F*(-f)=1Heq(f)为为均衡器均衡器频域频域响应，响应，F(f)为信道频域响应。为信道频域响应。5.5.2 5.5.2 均衡技术的原理均衡技术的原理(2/2)(2/2)n均衡器均衡器是是传输信道传输信道的的逆滤波器；逆滤波器；n由于传输信道的时变性，均衡器必需是参由于传输信道的时变性，均衡器必需是参数可变的自适应均衡器；数可变的自适应均衡器；n均衡器的效果是补偿信道的均衡器的效果是补偿信道的频

13、率选择性，频率选择性，使衰落趋于平坦、相位趋于线性。均衡器使衰落趋于平坦、相位趋于线性。均衡器不能抵销平衰落。不能抵销平衰落。5.5.4 5.5.4 频域均衡器频域均衡器n频域均衡器一般在中频上实现。频域均衡器一般在中频上实现。n举例：中频幅度倾斜均衡器举例：中频幅度倾斜均衡器幅度倾斜幅度倾斜校正网络校正网络f1f2检波检波检波检波差分放大器差分放大器中频输入中频输入中频输出中频输出5.5.5 5.5.5 时域均衡器时域均衡器（1/21/2）一、线性一、线性均衡器均衡器n横向滤波器横向滤波器: 适用于适用于衰落深度不是很大的情况。均衡器衰落深度不是很大的情况。均衡器对深衰落的频谱及邻近频谱产生

14、很大增益，对深衰落的频谱及邻近频谱产生很大增益，从而增加噪声。从而增加噪声。 结结构构简单简单。n格格型均衡器型均衡器: 数值稳定性数值稳定性好；好； 收收敛敛速度速度快。快。5.5.5 5.5.5 时域均衡器（时域均衡器（2/22/2）二、非线性二、非线性均衡器均衡器 适适用于深度衰落很大的情况。但算法相对复杂，用于深度衰落很大的情况。但算法相对复杂，且稳定性差和收敛时间长。且稳定性差和收敛时间长。n判决反馈均衡器判决反馈均衡器（DFEDFE）；）；n最大最大似然似然符号符号检测（检测（MLML）；）；n最大最大似然似然序列序列检测（检测（MLSEMLSE）。）。5.5.6 5.5.6 均衡

15、器算法性能均衡器算法性能算法算法性能参数性能参数：收敛收敛速度速度：算法：算法进入稳定进入稳定的迭代次数，即收敛的迭代次数，即收敛时间时间；失调失调：滤波器滤波器均均方差方差与最优的与最优的最小最小均均方差方差的的差距差距；计算复杂计算复杂度：度：完成完成迭代的迭代的运算次数；运算次数；数值数值特性：算法用特性：算法用数字逻辑实现数字逻辑实现时，时，由于计算引起由于计算引起的的误差误差，影响影响算法算法稳定性稳定性。5.5.7 5.5.7 均衡器算法分类均衡器算法分类( (1 1/4)/4)n迫零算法；迫零算法；n最小最小均方算法；均方算法；n递归最小递归最小二乘算法；二乘算法；n其它其它算法

16、。算法。5.5.7 5.5.7 均衡器算法分类均衡器算法分类(2/4)(2/4)一、迫零算法一、迫零算法 调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出响应完全消除码间串扰，即除中心点外，其它响应完全消除码间串扰，即除中心点外，其它抽样点的数值全部为抽样点的数值全部为0 0。 特点：特点：简单，均衡效果较好。简单，均衡效果较好。 缺点：缺点：没有考虑噪声的影响，在深衰落的频没有考虑噪声的影响，在深衰落的频率点处，会出现很大的噪声增益。率点处，会出现很大的噪声增益。 因此，不太适用于在无线信道。因此，不太适用于在无线信道。5.5.7 5.5.7 均衡器算法分类均衡器算法

17、分类(3/4)(3/4)二、二、 最小最小均方算法均方算法 调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的期调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的期望值和实际值之间的均方误差最小。望值和实际值之间的均方误差最小。 特点：特点：是一种最简单的均衡算法。算法的稳定是一种最简单的均衡算法。算法的稳定性好。性好。 缺点：缺点：收敛速度不高，均衡能力有限。收敛速度不高，均衡能力有限。 在无线中适用于较慢的、不太深的衰落。在无线中适用于较慢的、不太深的衰落。5.5.7 5.5.7 均衡器算法分类均衡器算法分类(4/4)(4/4)三、三、 递归最小递归最小二乘算法二乘算法 调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的调整

18、抽头系数，使信道和均衡器综合输出的累计平方误差最小。累计平方误差最小。 优点：优点：收敛速度快，跟踪性能好。收敛速度快，跟踪性能好。 缺点：缺点：算法较复杂，还要较好的考虑稳定性算法较复杂，还要较好的考虑稳定性问题。问题。 在无线中适用于快衰落信道。在无线中适用于快衰落信道。5.6 5.6 联合编码技术联合编码技术5.6.1 5.6.1 联合编码概述联合编码概述(1/2)(1/2)什么叫联合编码什么叫联合编码？ 经典的无线通信系统是将信源编码和信道编码经典的无线通信系统是将信源编码和信道编码分别进行的。信源编码主要考虑信源的统计特性，分别进行的。信源编码主要考虑信源的统计特性，信道编码主要考虑信道的统计特性。信道编码主要考虑信道的统计特性。 优点优点:设计简单、通用性好，可以分别形成标设计简单、通用性好，可以分别形成标准。准。 缺点缺点:没有充分利用各自的优势，因而不是最没有充分利用各自的优势，因而不是最佳的。佳的。5.6.1 5.6.1 联合编码概述联合编码概述(2/2)(2/2) 无线系统的信源编码由于压缩比很高，对差错无线系统的信源编码由于压缩比很高，对差错十分敏感；而信道编码面临十分恶劣的传播环境，十分敏感；而信道编码面临十分恶劣的传播环境，但提供的带宽冗余度很小。但提供的带宽冗余度很小。 在这种