移动通信抗衰落技术

第四章抗衰落技术(Anti-FadingTechnology)移动通信

MobileCommunications华南农业大学胡洁衰落的定义（definitionoffading）：

在无线通信的信道传输过程中，由于大气及地面的影响而发生传播损耗（propogationloss）及传播延时随时间变化（Time-varingtransmissiondelay）的现象叫做衰落。衰落的分类按频率特性：flatfadingandfrequencyselectivefading按时间特性：fastfadingandslowfading衰落的影响（effectoffading）：接收电平降低，无法保证正常通信。接收信号畸变（distortion），产生严重的误码。传播延时变化，破坏与时延有关的同步（synchronization）。在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影响某些跟踪过程。第四章抗衰落技术(Anti-FadingTechnology)分集的基础：－－各独立的信号传播路径同时经历深度衰落（deepfading）的概率很低。4.1分集接收（diversityreception）时间时间时间信号强度信号强度信号强度信号1信号2合成信号4.1分集接收（diversityreception）原理：－－接收端对它收到的多个衰落特性相互独立(携带同一信号)的信号进行合并，以降低信号电平起伏的办法。目标：－－对抗多径造成的衰落和延时串扰技术：－－Howtogetindependentmultipathsignals？－－Howtocombinethem？本质：对同一信号在不同空间/频率/极化/时间的过取样（oversampled）4.1分集接收（diversityreception）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。分集方式

宏分集（macrodiversity）：“多基站分集”，把多个基站设置在不同的位置和不同的方向上，用来减小慢衰落。

微分集（microdiversity）：减小快衰落，space/frequency/polarization/angle/timediversity4.1分集接收（diversityreception）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。基站数视需要而定4.1分集接收（diversityreception）采用什么途径接收分集信号？Spacediversity：用2个以上的天线收同一个信号。Frequencydiversity：用2个以上的载波频率传输，两个载波的间隔大于信道的相干带宽(coherencebandwidth)。Polarizationdiversity：发送接收垂直和水平极化信号。Anglediversity：使电波通过几个不同路径，不同角度到达接收端。Timediversity：在不同时间重发同一个信号，大于信道的相干时间（coherencetime）。4.1分集接收（diversityreception）Spacediversity（antennadiversity）－－是无线通信中使用最多的分集形式。－－发端采用一副发射天线，而接收端采用多副接收天线。－－接收端天线之间的间隔d应足够大，以保证各接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的。－－在理想情况下，接收天线之间相隔距离：市区d为1/2波长，郊区d为0.8倍波长

4.1分集接收（diversityreception）Spacediversity4.1分集接收（diversityreception）工程中空间分集相关因素天线的高度h分集接收天线间的距离d接收信号到达角（来波角）а来波角а为0度时作用最大来波角а为90度时作用最小а发射方向d基站天线4.1分集接收（diversityreception）工程中分集接收距离通常基站的高度在30-60米之间，天线的间距在4-6米之间，天线愈高要求的天线间距愈大，但天线间距超过6米时在塔上安装很困难。所以，当基站天线必须安装在铁塔上时，分集天线间距最大取到6米，这时分集增益将有所下降。当天线安装在屋顶时，应尽量拉开天线间距，使d=0.11h。表：分集天线的有效高度与间距分集天线有效高度/m305060708090100分集天线间距/m3.45.66.77.88.91011.14.1分集接收（diversityreception）Frequencydiversity将信息分别以不同的载频发射出去，只要载频之间的间隔足够大那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号。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，在发端需要多部发射机。4.1分集接收（diversityreception）Frequencydiversity--两个频率成分具有相互独立的衰落特性条件－f2-f1>>Bc（coherencebandwidth）f1f24.1分集接收（diversityreception）Polarizationdiversity水平极化和垂直极化的信号相互正交。在发端和收端都装上垂直极化天线和水平极化天线，就可得到衰落特性不相关的信号。优点是结构比较紧凑，节省空间。缺点是由于发射功率要分配到两副天线上，信号功率将有3dB的损失。4.1分集接收（diversityreception）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4.1分集接收（diversityreception）Smartantenna:spacediversitySmartantennacanincreasecoverageanddecreasetransmitpower4.1分集接收（diversityreception）Advantageofsmartantenna高速率用户带来很大的干扰，动态调整的智能天线阵列的波束(beam)跟踪高速率用户，起到空间隔离、消除干扰的作用；动态调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线IncreasesystemcapacityIncreasecellcoverageImprovereceptionquality,decreasethecalldroprateExtendbatterylifetime4.1分集接收（diversityreception）Timediversity对信号振幅进行顺序取样，在时间上间隔足够远的两个样点是互不相关的(uncorrelated)。将信号相隔一定的时间间隔重复传输M次，只要时间间隔大于相干时间(coherencetime)，就可以得到M条独立的分集支路。4.1分集接收（diversityreception）Timediversity时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号。此外，时间分集也有利于克服移动信道中由多普勒效应（dopplereffect）引起的信号衰落现象。t1t2--接收信号相互独立的条件:4.1分集接收（diversityreception）CombiningTechniques

4.1分集接收（diversityreception）SelectionCombiningpicksthebranchwiththehighestSNRMaximalRatioCombiningAllpathscophasedandsummedwithoptimalweightingtomaximizecombineroutputSNREqualGainCombiningAllpathscophasedandsummedwithequalweightingCombinerOutputa1a2a3aM•••合并性能：合并前、后信噪比的改善程度Maximalratiocombing

>Equa-gaincombing

>Selectioncombining信噪比改善因子：分集接收机合并器输出的平均信噪比相对无分集接收机的平均信噪比改善的分贝数。4.1分集接收（diversityreception）MainPointsDiversityovercomestheeffectsoffadingbycombiningfadingpathsDiversitytypicallyentailssomepenaltyintermsofrate,bandwidth,complexity,orsize.Techniquestradecomplexityforperformance.MRCyields20-40dBgain,SCaround20dB.solutionequalization、RAKE案例：“红灯效应”快衰落还会产生时间色散（timedispersion）的现象。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长（900MHz为17cm，1800或1900MHz为8cm)，如果此时手机天线处于这个深衰落点（当汽车中的手机用户由于红灯而驻留在这个深衰落点，我们称为红灯问题），话音质量非常差。DiversityTechniqueDiversityTechniqueDiversityTechniqueDiversityTechniqueDiversityTechnique8C32810.105-Cimini-7/98•Independentsignalpathshavealowprobabilityofexperiencingdeepfadessimultaneously.•Thebasicconceptistosendthesameinformationoverindependentlyfadingradio•Independentfadingpathscanbeachievedbyseparatingthesignalintime,frequency,space,polarization,etc.

Thechancethattwodeepfadesoccursimultaneouslyisrare.00-20-40-60-80-100481216dReceivedSignalPower(dBm)DiversityTechniqueIntr