第3章 关键技术2

1、第3章 关键技术 语音(yyn)编解码技术 调制与解调技术 扩频通信 分集接收技术 链路自适应技术 OFDM技术 软件无线电技术 智能(zh nn)天线 MIMO技术 联合检测 认知无线电技术（RC）共三十二页扩频通信 3 扩频通信的理论(lln)基础 扩频通信的基本原理 共三十二页1、 扩频通信的理论(lln)基础 扩频通信的基本特点(tdin)，是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(DF)，其比值称为处理增益：扩频通信 3 扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论中的相关公式中引伸而来的。信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为： 式中：C

2、为信道容量(用传输速率度量)，W 为信号频带宽度， S为信号功率，N为白噪声功率。 香农公式表明，在给定信号功率和白噪声功率的情况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以接近于信道容量C的传输速率来传送信息。式(3-16)还说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比SN是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比SN情况下，传输可靠的信息。 共三十二页 扩频通信可行性的另一理论基础，是柯捷尔尼可夫关于信息(xnx)传输差错概率的公式： 式中：Pe为差错概率，E为信号能量，n。为噪声功率谱密度(md)，f为某一函数。 扩频通信 3 结论：信噪比和带宽是可以互

3、换的，它同样指示了用增加带宽的方法可以换取信噪比上的降低。共三十二页2 、 扩频通信的基本原理 （1）直接(zhji)序列扩频通信系统 第一种码分直扩系统构成的简单框图如图3-20(a)所示。扩频通信 3 图3-20 （a）码分直扩系统(xtng)共三十二页 第二种码分直扩系统(xtng)构成的简单框图如图3-20(b)所示。扩频通信 3 图3-20 （b）码分直扩系统(xtng)共三十二页图3-21 扩频通信系统(xtng)频谱变换图扩频通信 3 图 3-21 扩频通信系统(xtng)频谱变换 共三十二页（2）直接(zhji)序列扩频信号的波形扩频通信 3 共三十二页PN码发生器极性转换器待

4、扩频信号(xnho)乘法器采样(ci yn)模块频谱示波器示波器Simulink仿真 1 共三十二页扩频调制前后(qinhu)信号波形图对比Simulink仿真(fn zhn) 2 共三十二页扩频调制(tiozh)前频谱图扩频调制(tiozh)前的信号频宽大概为1KHz左右Simulink仿真 3 共三十二页扩频调制(tiozh)后的信号频宽大概为255KHz左右扩频调制(tiozh)后频谱图Simulink仿真 4 共三十二页 （3）跳频扩频通信系统 跳频(FH)通信是指用一定码序列进行选择的多频率频移键控，也是一种扩频技术，即通信使用的载波频率受一组快速变化的伪随机码控制而随机的跳变。这种

5、载波变化的规律(gul)，通常叫做“跳频图案”。跳频实际上是一种复杂的频移键控，是一种用伪随机码进行多频频移键控的通信方式。扩频通信 3 图3-23 二元频移键控的波形(b xn) 图3-24 跳频系统组成方框图 共三十二页图3-25 跳频信号(xnho)的时一域矩阵图 由图可见，从时域上看，跳频信号是一个多频率(pnl)的频移键控信号；从频域上看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上随机跳变的不等间隔的频率(pnl)信道。图中载波频率(pnl)跳变次序是：f5f4f7f0f6f3f1。如果从时间-频率域来看，跳频信号为一个时-频矩阵，每个频率持续时间为Tc秒。扩频通信 3 共三十二页DDS原理(

6、yunl)工作过程为: 1, 将存于数表(sh bio)中的数字波形,经数模转换器D/A,形成模拟量波形.2, 两种方法可以改变输出信号的频率: (1),改变查表寻址的时钟CLOCK的频率, 可以改变输出波形的频率. (2), 改变寻址的步长来改变输出信号的频率.DDS即采用此法. 步长即为对数字波形查表的相位增量.由累加器对相位增量进行累加, 累加器的值作为查表地址.3, D/A输出的阶梯形波形,经低通(带通)滤波,成为质量符合需要的模拟波形.共三十二页（4）跳时扩频通信系统 与跳频相似，跳时（TH：Time Hopping）是使发射信号在时间轴上跳变。我们先把时间轴分成许多时隙。在一帧内哪

7、个时隙发射信号由扩频码序列进行控制。因此，可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择(xunz)的多时隙的时移键控。由于采用了窄得多的时隙去发送信号，相对来说，信号的频谱也就展宽了。扩频通信 3 共三十二页抗干扰能力强； 保密性好； 可以实现(shxin)码分多址； 抗衰落、抗多径干扰； 能精确地定时和测距，等等。扩频通信的主要(zhyo)特点扩频通信 3 共三十二页分集接收(jishu) 4 分集技术(jsh)的分类 几种常用的显分集技术 几种常用的隐分集技术 分集合并技术 共三十二页 分集接收技术是一项主要的抗衰落技术，它可以大大提高多径衰落信道下的传输可靠性，其本质就是采用两种或两种以上的不

8、同方法接收同一信号以克服衰落，其作用是在不增加发射机功率或信道带宽的情况下充分利用传输中的多径信号能量，以提高系统的接收性能。它的基本思路是：将接收到的多径信号分离成不相关的（独立的）多路信号，即选取了一个信号的两个或多个独立的采样，这些样本的衰落是互不相关的，这意味着所有样本同时低于一个给定电平的概率比任何一个样本低于该值的概率要小得多；然后(rnhu)将这些信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最大。对数字系统而言，使接收端的误码率最小，对模拟系统而言，提高接收端的信噪比。 目前，分集技术已经有了非常广泛的应用，如IS-95中用RAKE进行二重空间接收，而第三代移动通信中不论W

9、CDMA还是CDMA2000则都采用发端分集技术。分集接收(jishu) 4共三十二页1、分集技术的分类 “分”与“集”是一对矛盾。为了在接收端得到几乎相互独立的不同路径，可以通过空域、频域和时域的不同角度(jiod)、不向方法来加以实现。因此分集技术研究是利用信号的基本参量在时域、频域和空域中，如何分散开又如何收集起来的技术。分集接收(jishu) 4共三十二页2 、几种常用(chn yn)的显分集技术分集接收(jishu) 4宏分集（也称为“多基站”分集）以减少由于阴影效应而引起的大范围慢衰落为目的，它的做法是把多个基站设置在不同的地理位置和不同方向上，同时和一个移动台进行通信，也可以选用

10、其中信号最好的一个基站与移动台进行通信。 微分集是以抗快衰落为目的，同一天线场地使用两个或多个天线的分集方式。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，因此可采用空间分集、时间分集、频率分集、极化分集、角度分集和多径分集等多种分集技术。空间分集在发端采用一副天线发射，而在接收端采用多副间隔距离d/2（为工作波长）的天线接收，以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的。经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号，从而降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。频率分集就是将信息分别在不同的载频

11、上发射出去，要求载频间的频率间隔要大于信道相关带宽，以保证各频率分集信号在频域上的独立性，在接收端就可以得到衰落特性不相干的信号。和空间分集相比，频率分集的优点是减少了天线数目，缺点是要占用更多的频谱资源，在发端需要多部发射机。 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，即同一信号以大于相干时间的时间间隔重复传输M次，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，即得到M条独立的分集支路。接收机将重复收到的同一信号进行合并，以减小衰落的影响。极化分集实际上是空间分集的特殊情况。在发端同一地点装上垂直极化和水平极化两副发射天线，在收端同一地点装上垂直极化和

12、水平极化两副接收天线，就可以得到两路衰落特性互不相关的极化分量。优点是结构紧凑，节省空间，缺点是由于发射功率要分配到两副天线上，将有3dB的信号功率损失。移动台接收到的信号是一个多径衰落信号。通常这一多径衰落信号的时延差很小且是随机的，对于窄带系统（如模拟TACS、数字GSM系统），在同一地点，到达的各路信号是相关的，无法分离。只有特定设计的扩频信号才可以进行分离，分离的手段是相关接收。由电磁场理论可知，电磁波的E场和H场载有相同的消息，而反射机理是不同的，例如一个散射体反射E波和H波的驻波图形相位差90，即当E波为最大时，H波最小。因此利用场分量的这个特点也可以实现分集。当工作频率高于10G

13、Hz时，从发射机到接收机的散射信号产生从不同方向来的互不相关的信号。这样接收端利用方向性天线，在同一位置设置指向不同方向的两个或更多的有向天线，向合成器提供信号，以达到克服衰落的目的。采用这种方案，移动台比基站的电路更有效。共三十二页 图3-27 移动(ydng)台接收机方框图 分集接收(jishu) 4共三十二页3 、几种(j zhn)常用的隐分集技术分集接收(jishu) 4交织编码的目的是把一个较长的连续突发差错离散成随机的非连续差错，再用纠正随机差错的编码（FEC）技术消除随机差错。交织深度越大，则离散度越大，抗突发差错能力也就越强，但处理时间也越长，从而造成数据传输时延增大。也就是说

14、，交织编码是以时间为代价的。因此，交织编码属于时间隐分集。跳频有慢跳频（SFH）和快跳频（FFH）两种。慢跳频的跳频速率低于信息比特率，即连续几个信息比特跳频一次。GSM系统中，传输频率在一个完整的突发脉冲传输期间保持不变，属于慢跳频。快跳频的跳频速率高于或等于信息比特率，即每个信息比特跳频一次以上。共三十二页最大比值(bzh)合并（Maximal Ratio Combing)基本(jbn)思想： 接收机对所有分集支路进行不间断连续检测,并估计各支路信号的幅度、相位和时延,然后根据“强者愈强弱者愈弱”的原则做出相应的加权补偿,使合并输出的信噪比最大化。系统模型：4、分集合并技术共三十二页参数(

15、cnsh)分析：MRC合并输出的信号(xnho)表达式可表示为:其中：由切比雪夫不等式可证:时，合并后信噪比最大。假设MRC合并的L个支路信号服从Rayleigh衰落条件的独立同一分布,则共三十二页等增益比值(bzh)合并（Equal Gain Combing)基本(jbn)思想：扫描所有分集支路信号,然后对各支路信号进行调相并以相同的加权值进行合并。EGC的加权系数是恒定的,通常取值为1,即调相后直接相加。也被称为相位均衡。系统模型：共三十二页参数(cnsh)分析：Digital communication over fading channels: a unified approach t

16、o performance analysis共三十二页Digital communication over fading channels: a unified approach to performance analysis共三十二页选择(xunz)式合并（selection Combing)基本(jbn)思想：对所有i个分集支路信号的能量进行扫描检测,然后选择信噪比最高的一个支路信号作为合并输出。该合并方式的实现方法简单,但浪费了其余的支路信号资源,大大降低了合并增益。系统模型：共三十二页参数(cnsh)分析：共三十二页切换(qi hun)合并（switching Combing)基本(jbn)思想： 根据系统的性能要求和信道环境条件,预先设定一个最低的可接收信号切换门限,接收机首先随机选择一个支路信号作为输出,然后根据支路信号与门限值的大小来确定是否切换到其它支路信号。切换合并结构比选择合并简单,但性能较差。系