清华大学移动通信教程第09讲-抗衰落

无线通信工程姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室2001年6月9日第九讲无线通信的抗衰落技术内容提要均衡技术分集技术瑞克（RAKE）技术信道编码技术交织技术联合编码技术概述均衡用于改善衰落引起的码间串扰；分集用于补偿衰落信道损耗；减少衰落深度和持续时间；采用两个和多个天线；不增加传输功率和带宽；空间分集、天线极化分集、频率分集、时间分集（CDMA系统中的瑞克接收机）；信道编码牺牲冗余度改善传输性能；交织技术；分组编码和卷积编码、TCM；均衡技术自适应均衡器：减少码间干扰；工作模式：训练模式和跟踪模式；应用背景数字微波通信；TDMA系统；均衡器分类线性均衡器；非线性均衡器；均衡器实现方法中频均衡器；基带均衡器。均衡原理均衡器频域表达：信道时域响应f(t)，均衡器时域响应heq(t)，希望均衡后的信道响应为：g(t)=f*(t)

heq(t)=

(t)

就有：Heq(f)F*(-f)=1Heq(f)为均衡器频域响应，F(f)为信道频域响应。均衡器是传输信道的逆滤波器；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；均衡器的效果是补偿信道的频率选择性，使衰落趋于平坦、相位趋于线性。均衡器不能抵销平衰落。均衡器分类种类很多，有很多不同算法。线性均衡器：均衡器输出未用于均衡器的反馈逻辑中；线性横向均衡器：只有前馈时，FIR滤波器，既有前馈，又有反馈，IIR滤波器；格型均衡器（Lattice）；非线性均衡器：均衡器输出用于均衡器的反馈逻辑中；判决反馈均衡器（DFE）；最大似然符号检测（ML）；最大似然序列检测（MLSE）。线性均衡器横向滤波器；适用于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很大增益，从而增加噪声。结构简单。格型均衡器；数值稳定性好；收敛速度快。非线性均衡器适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。判决反馈均衡器（DFE）；最大似然符号检测（ML）；最大似然序列检测（MLSE）。均衡器算法性能算法性能参数：收敛速度：算法进入稳定的迭代次数，即收敛时间；失调：滤波器均方差与最优的最小均方差的差距；计算复杂度：完成迭代的运算次数；数值特性：算法用数字逻辑实现时，由于计算引起的误差。影响算法稳定性。均衡器算法分类迫零算法；最小均方算法；递归最小二乘算法；其它算法。迫零算法调整抽头系数，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，其它抽样点的数值全部为0。特点：简单，均衡效果较好。缺点：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。因此，不太适用于在无线信道。最小均方算法调整抽头系数，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。特点：是一种最简单的均衡算法。算法的稳定性好。缺点：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。递归最小二乘算法调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的累计平方误差最小。特点：收敛速度快，跟踪性能好。缺点：算法较复杂，还要较好的考虑稳定性问题。在无线中适用于快衰落信道。分集技术原理：利用自然传播环境中独立的多径信号来实现分集。不需要训练序列；完全通过接收机处理，与发送无关；通过不同接收天线进行宏分集；对平衰落及频率选择性衰落都有效。分集方式空间分集：不同天线的接收信号相互独立；极化分集：水平极化和垂直极化的信号相互独立；频率分集：不同频率的接收信号相互独立；时间分集：不同时间的接收信号相互独立。一种时间分集：瑞克接收对时间上扩散的信号进行分集，尽可能多的获取信号能量。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。对于CDMA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。瑞克接收的基本原理-多径传输环境时变：频率、相位、时间的变化瑞克接收机原理相关1相关2相关M

接收机框图

＋积分判决a1a2aMCDMA多径信号判决输出瑞克接收机工作过程假设接收信号中可以分离出M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。相关器1和支路1同步，相关器2和支路2同步，等等，这样不同相关器就可以检测出各个支路的CDMA信号能量。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，对此输出进行判决再生，就可以恢复出数字信息。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。分集合并方式：从分集接收的各支路信号中以什么方式作为输出？选择合并分集：选择最好的支路作为输出，其它支路丢弃。等增益合并分集：调整各个支路的相位，使之同相，然后进行等增益相加。最大比合并分集：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。另一种时间分集：交织技术原理：在无线通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，而是存在随机误码和突发误码。采用交织可以减少突发误码的影响。交织不增加额外开销。交织可以保护信源编码中的特殊比特。交织与纠错编码同时使用，进一步提高传输质量。交织器二种类型：分组交织、卷积交织。交织器会引入时延（对语音不能超过40ms）。联合编码说明什么叫联合编码？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。优点是设计简单、通用性好，可以分别形成标准。缺点是没有充分利用各自的优势，因而不是最佳的。

联合编码说明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，但提供的带宽冗余度很小。在这种背景下，需要将信源编码和信道编码综合考虑。这就是联合编码的基本思路。在无线多媒体通信中，联合编码是抗衰落的一种十分有效的措施。

联合编码说明根据QoS对多媒体业务分类时延敏感性业务流量敏感性业务误码敏感性业务QoS保证手段资源调配方法自适应编码方法联合编码的描述模型多维信源空间多维信道空间人的感知特性参数最优编码映射联合编码的分类基于信源优化信道编码基于信源优化编码调制基于信道优化信源编码信源信道编码的迭代优化联合优化信源信道译码信源信道联合编码的系统模型信源信道编码联合优化第1步:假设信道为无噪声信道，此时对于任何一种信道编码，其误比特率都为0。第2步：基于信道进行信源编码优化。第3步：基于信源编码优化信道编译码。第4步：循环进行2、3步，直到失真收敛。第5步：改变参数，重新进行第1～4步。时变信道下的联合优化信源信道译码联合优