抗衰落和链路性能增强技术

抗衰落和链路性能增强技术1第1页，课件共38页，创作于2023年2月第3章的问题：1、信源编码的原理是什么？GSM系统的信源编码器是什么？编码后的信息速率是多少？2、信道编码的原理是什么？3、移动通信的信号处理流程？4、信道编码的分类？分别处理什么情况？5、GSM移动通信系统采用什么信道编码方式？2第2页，课件共38页，创作于2023年2月信道编码信源编码TDMA帧形成调制功率放大信道解码信源解码TDMA帧分离解调接收图3-1移动通信信号处理流程模拟

信号a)语音发送b)语音接收语音编码13kb/s移动台甲基站混合编码器纠错编码

交织技术GMSK

QPSK检错

纠错

3第3页，课件共38页，创作于2023年2月回忆第2章的内容：1、移动通信传播的基本特性？2、引起的衰落类型有哪几种？其中哪两种影响最显著？4第4页，课件共38页，创作于2023年2月本章提示

衰落是移动通信信道的基本特征。多径传播使接收信号不仅包含数量约为10Hz～100Hz的多普勒频移和几十分贝的深度衰落，而且有数微秒的时延差。这些影响会造成传输性能的下降和严重的码间干扰（ISI），使数字信号误码率增加。5第5页，课件共38页，创作于2023年2月本章提示

阴影效应和气象条件的变化会造成信号幅度的降低和相位变化。这都是移动信道独有的特性，它将影响移动通信系统的接收性能。6第6页，课件共38页，创作于2023年2月本章提示为了提高移动通信系统的性能，采用分集、信道均衡和信道编码三种技术来改善接收信号质量。这三种技术的共同特点，都是如何适应信道的衰落，时延扩展和信道的时间特性。而交织技术则是改变信道特性以解决由于突发干扰而造成成串误码的问题。7第7页，课件共38页，创作于2023年2月本章提示数据速率越高，分集，均衡，信道编码和交织技术越显得重要。这些技术已成为数字信号无线传输系统中不可或缺的重要环节。在移动通信系统中，这些抗衰落技术在大多数情况下都是同时采用的。8第8页，课件共38页，创作于2023年2月要掌握的概念分集接收合并技术9第9页，课件共38页，创作于2023年2月第4章抗衰落技术4.1内容概述4.2分集技术

4.2.1宏观分集

4.2.2微观分集的类型

4.2.3分集的合并方式

4.2.4性能比较

4.2.5分集对数字移动通信误码的影响10第10页，课件共38页，创作于2023年2月4.1内容概述分集接收技术信道编码技术扩频技术均衡技术11第11页，课件共38页，创作于2023年2月1、分集接收基本思想

把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。作用

充分利用接收信号的能量减小在平坦性衰落信道上接收信号的衰落深度和衰落的持续时间12第12页，课件共38页，创作于2023年2月2、信道编码基本思想

通过引入可控制的冗余比特，使信息序列的各码元和添加的冗余码元之间存在相关性。在接收端信道译码器根据这种相关性对接收到的序列进行检查，从中发现错误或进行纠错。作用

尽量减小信道噪声或干扰的影响，是用来改善通信链路性能的技术。13第13页，课件共38页，创作于2023年2月3、信道均衡当传输的信号带宽大于无线信道的相关带宽时，信号产生频率选择性衰落，接收信号就会产生失真，它在时域表现为接收信号的码间干扰。所谓信道均衡就是在接收端设计一个称之为均衡器的网络，以补偿信道引起的失真。均衡器的参数必须能跟踪信道特性的变化而自行调整。14第14页，课件共38页，创作于2023年2月扩频技术（CDMA）思想通过扩展基带数字信号的频谱作用抗窄带干扰，减少衰落的影响15第15页，课件共38页，创作于2023年2月4.2分集技术分集技术（DiversityTechniques）就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。分集：在多个独立的衰落路径上传送相同的数据信号合并：接收端按照某种原则和规律进行信号的合并。大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。多条路径同时深衰落的几率较小16第16页，课件共38页，创作于2023年2月4.2分集技术分集接收是抗衰落的有效措施之一

分集技术可以分为宏观分集和微观分集

宏观分集——阴影衰落微观分集——微观衰落17第17页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.1宏观分集18第18页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.1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。基站数视需要而定19第19页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.2微观分集目的：获得多个衰落独立的信号信号衰落所呈现的独立性是多方面的，如时间、频率、空间、角度、以及携带信息的电磁波极化方向等等。常见的有：时间分集：移动的时间足够长（或移动的距离足够大），大于信道的相干时间。频率分集：两个载波的间隔大于信道的相干带宽。空间分集：相隔足够大的距离。实际测量表明，通常在市区，取d=0.5λ,在郊区可以取d=0.8λ。来源于同一信息20第20页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.3分集的合并方式接收端收到M（M≥2）个分集信号后，如何利用这些信号以减小衰落的影响，这就是合并问题。在接收端取得M条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术得到分集增益。目的改善接收到的信号的信噪比21第21页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.3分集的合并方式根据在接收端使用合并技术的位置不同，可以分为检测前（Predetection）合并技术和检测后（Postdetection）合并技术，如图4-3所示。这两种技术都得到了广泛的应用22第22页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.3分集的合并方式图4-3空间分集的合并23第23页，课件共38页，创作于2023年2月

M重分集对这些信号的处理概括为M条支路信号的线性叠加：其中fk(t)为第k支路的信号；αk(t)为第k支路信号的加权因子。4.2.3分集的合并方式——原理24第24页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.3分集的合并方式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:通常有3类：选择式合并（SelectiveCombining）、最大比合并（MaximumRatioCombing）和等增益合并（EqualGainCombining）。25第25页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.3分集的合并方式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。26第26页，课件共38页，创作于2023年2月1.选择式合并在所接收的多路信号中，合并器选择信噪比最高的一路输出，这相当于在M个系数αk(t)中，只有一个等于1，其余的为0。

27第27页，课件共38页，创作于2023年2月1．选择式合并图4-4选择式合并的原理多径衰落分集接收信噪比最高的一路28第28页，课件共38页，创作于2023年2月2．最大比合并M个分集支路经过载波相位调整后，按适当的增益系数同相相加（检测前合并），再送入检测器，如图4-6所示。29第29页，课件共38页，创作于2023年2月2．最大比合并图4-6最大比合并的原理M条支路共同参与适当的增益系数30第30页，课件共38页，创作于2023年2月2．最大比合并合并后信号的包络为

=

（4-3）式中，ri为第i条支路的信号振幅；ai为第i条支路的增益系数。31第31页，课件共38页，创作于2023年2月3.等增益合并合并器输出的信号的包络等于增益系数都为132第32页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.4性能比较

为了比较不同合并方式的性能，可以比较它们的输出平均信噪比与没有分集时的平均信噪比。这个比值称作合并方式的改善因子，用D表示。选择合并

最大比值合并

等增益合并

通常用dB表示:D(dB)=10lg(D)),图4.15给出了各种D(dB)－M的关系曲线。33第33页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.4性能比较从图中可以看出在三种合并方式中，最大比值合并改善最多，其次是等增益合并，最差是选择合并，这是因为选择合并只利用其中一个信号，其余没有被利用，而前两者把各支路信号的能量都得到利用。34第34页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.5分集对数字移动通信误码的影响把Pe看作是衰落信道中给定信噪比的条件概率。

则平均错误概率式中PM（ξ）即为M重分集的信噪比概率密度函数。下面以二重分集为例说明分集对二进制数字传输误码的影响。并以差分相干解调DPSK为例进行说明。DPSK的误码率为

35第35页，课件共38页，创作于2023年2月4.2.5分集对数字移动通信误码的影响1.