第3講無線信道問題及解決課件

1、u信道建模u路徑損耗u對數正態(tài)衰落u瑞利衰落u衰落的特性u時間相干性：快衰落和慢衰落u頻率相干性：頻率選擇性和平坦衰落u空間相干性：u大尺度衰落和小尺度衰落、移動衰落信源發(fā)射機路徑損耗大尺度陰影衰落接收機信宿多個獨立徑（小尺度移動慢）衰落AWGN1212接收功率基站移動臺距離平均路徑損耗對數正態(tài)大尺度衰落瑞利小尺度衰落大尺度衰落容限 610dB小尺度衰落容限2030dBu移動無線信道可以用“路徑損耗對數正態(tài)衰落多徑/瑞利衰落”來表征u“路徑損耗”問題在網絡規(guī)劃時解決，基帶部分僅解決“對數正態(tài)衰落、頻率選擇性和慢衰落”引起的問題u移動無線系統(tǒng)的基帶信道建模成權值為獨立的瑞利隨機變量的FIR濾波器

2、u最常用的信道仿真方法分為頻域和時域最常用的信道仿真方法分為頻域和時域2r2341111 21 231 21bb00rreq4P,其中1111.EEM(dB)（dB）（dB）NNrssinoutNcompNEIRPGdLLSNRFSNRFFFFFFGG GG G GG GGpl-驏=桫=-=+驏驏鼢瓏鼢瓏鼢瓏鼢瓏桫桫u收發(fā)機的相對運動導致信道的時變特性（多普勒擴展）u從頻域角度看，當信道衰落率大于碼元速率時信道成為快衰落信道，否則成為慢衰落信道u從時間角度看，信道相關時間大于碼元時間時信道為慢衰落，否則稱為快衰落） tfaatfatatfaaatCttftACtffatfaAtydddd2co

3、s2sintan2cos2其中，2cos2cos2cos)(212122212100201u多徑傳播的時間擴散導致頻率選擇性衰落u在時域上引入（基帶）碼間干擾u在頻域上造成峰和谷u多徑傳播的空間方向上的擴散引起空間選擇性u該選擇性可用大尺度衰落和小尺度衰落共同描述u當收發(fā)機相對位移與載波波長可比時，稱為小尺度波動，用瑞利分布變量描述u當收發(fā)機相對位移大于多個載波波長時，稱為大尺度波動，用對數正態(tài)分布變量描述u對于移動無線信道，空間不相干性導致時間不相干性，即小尺度衰落造成移動無線系統(tǒng)的時間選擇性02102102202121000002012cos2sintan;2cos2;其中，;2cos;2

4、cos2cos)(faafafafaaafBftffABtfatfaAty基帶頻域基帶頻域RayleighRayleigh衰落仿真衰落仿真1111nn11( )( )( )22( )cos()( )cos()4M222 cosn=1,2,.,M2 sinn=1,2,.,M2 cos,12 sin,1,1,2,.,14csMMcnnsnnnnddnnMMnr tr tjr tr tatr tbtNNNfabnMnMnnMMnMwwwpbbbbpbp+=+=+=+=祆镲镲镲=眄镲=+=+镲镲銠=+邋，且，2cos,1,2,.,1dndnnMNnMpwww=镲=眄镲镲=+镲 ，l由于信道衰落造成信號

5、失真，系統(tǒng)性能可能達到不可減少的誤比特率。此時，無論多大的Eb/No都無助于性能改善，唯一的方法是減少或消除失真l一旦減少了信號失真，誤比特率性能就可以轉到瑞利界限曲線，從而可采用分集技術和糾錯碼進一步改善衰落的影響，使性能盡量達到AWGN系統(tǒng)l抗失真l抗頻率選擇性失真l均衡、RAKE+信道估計（擴頻信號導頻信號）、OFDMl快衰落l非相干或差分相干方式的穩(wěn)健調制、糾錯編碼降低對Eb/N0的要求、多相濾波均衡l抗SNR損耗（單個可分辨徑慢衰落、AWGN）l交織和糾錯編碼l分集l抗衰落l利用加性獨立（不相關）的信號來提高信號信噪比l實現(xiàn)代價較低l為對抗頻率選擇性和慢衰落l為對抗頻率選擇性和慢衰落

6、，在信道估計基礎上，用RAKE接收機進行分集接收l為對抗慢衰落，用快速功控緩解信號功率問題l采用交織、差錯編碼、ARQ增加信號冗余度和（時間分集）u上行鏈路的不同用戶信號的到達時間不同，靠擴頻碼的部分相關隔離不同用戶的信號；下行鏈路的同基站用戶采用正交的OVSF碼隔離；不同基站用戶采用擾碼隔離（碼分多址CDMA）u擴頻信號在可分辨的時刻到達接收機，如WCDMA是78m、CDMA2000是244m ，使RAKE接收機成為可能uCDMA系統(tǒng)中的主要干擾為多址干擾u多徑信號造成各碼道不正交（上下行都存在）u鄰小區(qū)下行發(fā)射信號對當前小區(qū)下行信號的干擾u與前端熱噪聲相比，其他用戶信號很強u用戶與基站距離

7、不同導致的路徑衰耗不同，加上多址干擾的存在，共同引起遠近效應lRAKE接收機lChip均衡器干擾抵消器l遠近效應（上行）、小區(qū)邊緣強干擾（下行）要求精確功控l軟切換和更軟切換l20%40%的連接發(fā)生在小區(qū)的連接區(qū)、5%15%的連接發(fā)生在扇區(qū)間l對于下行來講，有效利用多基站發(fā)射信號l（對鄰小區(qū)）遠近效應要求lBello在1963年針對衰落現(xiàn)象提出的寬平穩(wěn)不相關散射概念（WSSUS）u 利用寬帶信號的高分辨率分離多徑信號u通過導頻信道估計信道系數u將每個徑上的相關接收機輸出進行相位/幅度（最大比）合并，并送給解碼器u多徑引起的多址干擾，由擴頻比抑制u比均衡接收計算量?。?G左右）u 在切換區(qū)接收多

8、個基站信號進行分集合并u相鄰基站采用相同載頻u不同PN碼偏移區(qū)分不同基站信號u可進行不同基站的信道估計u從而實現(xiàn)軟切換（不間斷通信）l特點u移動臺和基站同時通過多條空中接口信道通信l二者異同點u移動臺側類似u軟切換時上行信號在RNC進行選擇性合并，且有兩個功控環(huán)路u更軟切換時，上行信號送入基站的同一基帶RAKE接收機進行合并，僅有一個功控環(huán)路u開環(huán)功率控制技術u利用下行信號功率，預測路徑損耗，計算發(fā)送功率uFDD方式時，上下行頻段不同，誤差大u 閉環(huán)功率控制u對上行信號的接收信干比進行實時計算，產生功率控制比特發(fā)到移動臺控制其發(fā)射功率u需要占用信道資源，存在反應時間問題u對不同類型的信道所需信

9、干比不同（導致采用外環(huán)功控）u 外環(huán)功率控制u補償環(huán)境變化和速度變化引起的慢衰落u根據實測誤幀率實時改變功控門限l處理增益（以增加帶寬為代價）使小區(qū)間的頻率復用因子為1（一個頻率用于每個小區(qū)/扇區(qū)）l多個用戶的多址干擾被平均，按干擾規(guī)劃比按尺度（時間、頻率）規(guī)劃有更大的容量lPN序列的相關特點導致了遠近效應等副作用，從而需要精確功控和軟切換技術l多徑分辨能力，可采用RAKE接收機，擴頻/解擴要求相干檢測l射頻工程中，描述的是信息帶寬與載波頻率的相對大小：如果其比值與1相比小很多，稱為寬帶系統(tǒng)l模擬調頻中，描述的是調制方式的一種屬性：如果調制帶寬大于調制信號的帶寬，稱為寬帶調頻l數字無線通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)帶寬與信道傳遞函數相比，如果傳遞函數在系統(tǒng)帶寬范圍內有明顯變化（頻率