移動先進(jìn)技術(shù) 復(fù)習(xí)ppt

1、Paradigm shift from 1st generation towards beyond 3GFirst Generation Analogue Circuitswitched Basic voicetelephony Low capacity Limited localand regionalcoverage模擬信號模擬信號電路交換電路交換語音語音業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)低容量低容量有限的區(qū)域覆蓋有限的區(qū)域覆蓋Second Generation Digital Circuit switched Voice plus basicdata applications Low data speed Enh

2、ancementstowards packet switching higher data rates Trans-nationaland globalroaming數(shù)字信號數(shù)字信號電路交換電路交換語音數(shù)據(jù)語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)低低速率速率跨國及全球漫游跨國及全球漫游Third Generation Digital Packet and circuitswitched Advanced data(multimedia)applications Fast data access Global coverage Global roaming數(shù)字信號數(shù)字信號電路分組交換電路分組交換多媒體多媒體業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)快速

3、分組交換快速分組交換全球覆蓋全球覆蓋全球漫游全球漫游Beyond ThirdGeneration Digital Packet switched All IP based(IPv6) More advancedmultimediaapplications User in control Flexible platformof complementaryaccess systems High speed data Improved QoS Global coverage Global roaming 數(shù)字信號數(shù)字信號 分組交換分組交換 多媒體業(yè)務(wù)多媒體業(yè)務(wù) 靈活頻譜應(yīng)用靈活頻譜應(yīng)用 提供提供Qo

4、SWireless data already be introduced in second generation mobile153G Evolution23二、移動通信系統(tǒng)的特點 移動性 惡劣的無線傳播環(huán)境 多址接入 干擾受限 無線資源瓶頸 移動終端體積受限 個人化30三、移動通信系統(tǒng)的分類按網(wǎng)絡(luò)功能分類 按多址方式分類頻分多址 時分多址 碼分多址 空分多址按雙工方式分類頻分雙工 時分雙工按覆蓋方式分類31按網(wǎng)絡(luò)功能分類了解無線尋呼系統(tǒng)無繩電話系統(tǒng)集群通信系統(tǒng)移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)PowerFrequencyTimeFDMA頻分多址（FDMA）技術(shù)技術(shù)要點：每個用戶占用一個頻率用

5、戶識別：頻道號主要技術(shù)特點： 頻分多址接入方式，以頻段區(qū)分用戶 簡單，容易實現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，以頻帶劃分各種小區(qū) 需要嚴(yán)格的頻率規(guī)劃，是頻率受限和干擾受限系統(tǒng) 以頻道區(qū)分用戶地址，一個頻道傳輸一路模擬/數(shù)字話路 對功控的要求不嚴(yán)，硬件設(shè)備取決于頻率規(guī)劃和頻道設(shè)置 基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機(jī)同時工作 不適宜大容量系統(tǒng)使用典型應(yīng)用：模擬/數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)33FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA時分多址（TDMA）技術(shù)技術(shù)要點：每個用戶占用一個時隙用戶識別：時隙主要技術(shù)特點： 系統(tǒng)要求嚴(yán)格的定時同步 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，小區(qū)內(nèi)以時隙區(qū)分用戶 每個時隙

6、傳輸一路數(shù)字信號 通過軟件對時隙動態(tài)配置 對功率控制的要求不嚴(yán)格 是時隙受限和干擾受限系統(tǒng)典型應(yīng)用：GSM 系統(tǒng)34FrequencyCDMAPowerTime用戶識別：碼字主要技術(shù)特點： 每個基站只需一個射頻系統(tǒng) 每個碼字傳輸一路數(shù)字信號 每個用戶共享時間和頻率 是一個多址干擾受限系統(tǒng) 需要嚴(yán)格的功率控制 需要定時同步 軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大 抗衰落、抗多徑能力強(qiáng)典型應(yīng)用：cdma IS-95 系統(tǒng)35碼分多址（CDMA）技術(shù)技術(shù)要點：每個用戶使用一個碼字，時間/頻率共享36空分多址（SCDMA）技術(shù)技術(shù)要點：用戶在空間不同的位置用戶識別：空間位置主要技術(shù)特點： 減少多徑時延擴(kuò)展和多徑衰

7、落； 減低共道干擾； 提高頻譜利用率； 降低中斷概率； 提高發(fā)送射效率40按覆蓋方式分類了解大區(qū)制小區(qū)制Ad hoc49作業(yè)1、蜂窩通信的雙工方式分為哪兩種？頻分（FDD）時分(TDD)2、移動通信發(fā)展的歷史及每一代的特點？PPT153、移動通信的特點？移動性 惡劣的無線傳播環(huán)境 多址接入 干擾受限 無線資源瓶頸 移動終端體積受限 個人化4、蜂窩通信的分類？按網(wǎng)絡(luò)功能分類 按多址方式分類 按雙工方式分類按覆蓋方式分類5、目前的多址方式有哪幾種以及各自的特點？PPT33-3633.1引言 電波傳播的基本特性 三種電波傳播機(jī)制 大尺度衰落 小尺度衰落343.1.1 電波傳播的基本特性一、 電波傳播

8、方式及特點電磁波從發(fā)射機(jī)發(fā)出，傳播到接收天線，可以有不同的傳播方式，主要的傳播方式四種:地球面電離層5地波傳播：是一種沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姶挪?，稱為地面波或表面波傳播，簡稱地表波。天波傳播：電波向天空輻射并經(jīng)電離層反射回到地面的傳播方式稱為天波傳播，也稱電離層傳播。直射波傳播：電波從發(fā)射天線直射到接收天線的傳播方式，稱為直射波傳播，有時也稱視距傳播或視線傳播，其信號最強(qiáng)。散射傳播：這種傳播主要是由于電磁波投射到大氣層（如對流層）中的不均勻氣團(tuán)時產(chǎn)生散射，其中一部分電磁波到達(dá)接收地點。其信號最弱。電磁波的波長不同，傳播方式與特點也不一樣。但電磁波在傳播過程中有些特性，主要有下列幾點：11二、 V

9、HF、UHF頻段的電波傳播特性 當(dāng)前陸地移動通信主要使用的頻段為VHF和UHF，即150MHz，450MHz、900MHz和1800MHz。 為何移動通信通信主要使用VHF和UHF頻段？1、VHF/UHF頻段適合于移動通信： 從VHF/UHF頻段電波的傳播特性來看，主要是視距范圍內(nèi)，一般為幾十公里，而大部分車輛的日常移動半徑在幾十公里范圍內(nèi)，因此，這個頻段適合于移動通信。2、天線長度決定波長，這個頻段信號發(fā)射和接收時，所使用的無線較短便于移動。3、抗干擾能力強(qiáng)：VHF/UHF頻段，可以使用較小的發(fā)射功率獲得及愛好的信噪比。18 當(dāng)收、發(fā)天線增益為0dB，即當(dāng)GR = GT =1時，接收天線上獲

10、得的功率為： 由上式可見，自由空間傳播損耗Lbs可定義為：（3-12）（3-13）一般認(rèn)為，在移動通信系統(tǒng)中，影響傳播的三種3.1.2 三種電波傳輸機(jī)制最基本的傳播機(jī)制為反射、繞射和散射。 反射：反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面，當(dāng)電磁波遇到比其波長大的多的物體時就會發(fā)生反射。反射是產(chǎn)生多徑衰落的主要因素。 繞射：當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時會發(fā)生繞射。由阻擋表面產(chǎn)生的二次波分布于整個空間，甚至繞射于阻擋體的背面。當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間不存在視距路徑（LOS，Line of sight）（視距路徑是指移動臺可以看見基站天線；非視距（NLOS）（非視距是指移動臺看不見基站天

11、線），圍繞阻擋體也產(chǎn)生波的彎曲。 散射：散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體。在實際的移動通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標(biāo)志和燈柱等都會引發(fā)散射。22天線無線發(fā)33地面繞射直射障礙物反射小結(jié) 當(dāng)電波遇到比波長大得多的物體時發(fā)生反射，反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面。 當(dāng)電波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常多時，發(fā)生散射。 散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體。在實際的通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標(biāo)志和燈柱等都會發(fā)生散射。散射體干擾散射天線移動熱噪聲 無線收3.1.3 大尺度衰落 大尺度衰落：用于表征由于移動臺經(jīng)過較大距離的運(yùn)動而引起的平均接收信號功率衰減或者路

12、徑損耗。 大尺度傳播模型描述的是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間長距離上的平均場強(qiáng)變化，用于估計無線覆蓋范圍的傳播模型。 大尺度衰落主要受路徑損耗和陰影衰落的影響。3435陰 影 效 應(yīng) 陰影衰落是移動無線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其它障礙物對電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場陰影效應(yīng)。 陰影衰落的信號電平起伏起是相對緩慢的，又稱為慢衰落。慢衰落是以較大的空間尺度來度量的衰落。 慢衰落速率主要決定于無線電傳播地形和地物的分布、高度有關(guān)，即移動臺周圍地形，包括山丘起伏，建筑物的分布與高度，街道走向，基站天線的位置與高度，移動臺行進(jìn)速度等，而與頻率無關(guān)。 小尺度衰落簡稱衰落，是指無線信號在經(jīng)過短時間或

13、者短距離傳播后其幅度快速衰落，從作用范圍角度稱為小尺度衰落。 這種衰落從衰落速度角度成為快衰落。 小尺度衰落主要表現(xiàn)為：多徑效應(yīng)和多普勒頻移。373.1.4小尺度衰落3838多徑效應(yīng) 起因： 由多條路徑來的接收電波到達(dá)時間不同。 從時間域上看: 接收信號的波形展寬，包絡(luò)近似為指數(shù)曲線。39 多徑效應(yīng)的主要表現(xiàn)：1、經(jīng)過短距或短時傳播后信號強(qiáng)度的急速變化；2、在不同多徑信號上，存在著時變的多普勒引起的隨機(jī)頻率調(diào)制；3、多徑傳播時延引起的擴(kuò)展。多普勒頻移 當(dāng)移動臺在運(yùn)動中通信時，接收信號頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)。433.2移動多徑信道參數(shù) 時間色散參數(shù)（頻率選擇性） 頻率色散參數(shù)（時間選擇性

14、）43653.2.4 衰落信道的統(tǒng)計特性由于無線移動信道里的多徑現(xiàn)象，使得接受信號的包絡(luò)呈現(xiàn)小尺度衰落，研究表明，包絡(luò)一般服從瑞利分布或萊斯分布。在移動無線信道中，瑞利衰落分布是常見的用于描述平坦衰落信號或獨(dú)立多徑分量接受中包絡(luò)的時變統(tǒng)計特性的一種衰落類型。萊斯衰落分布是由于在瑞利衰落分布的基礎(chǔ)上，存在一條直射路徑的影響而造成的。瑞利分布和萊斯分布常用來描述從多徑信道接收的信號的統(tǒng)計起伏性，它們都屬于小尺度傳播模型，描述的是短距離（幾個波長）或短時間（秒級）內(nèi)的接收場強(qiáng)的快速波動 。683.2.4.1 瑞利衰落分布 當(dāng)信道中不存在一個較強(qiáng)的直達(dá)徑時，其接收信號包絡(luò)服從瑞利衰落分布。當(dāng)發(fā)射機(jī)和接

15、收機(jī)之間有相互移動時，散射信道（多徑信道）的時變性使得接收波形的同相分量和正交分量之和的幅度也是時變的。693.2.4.2 萊斯衰落分布 當(dāng)存在視距傳播時，則信號在如上所述的“瑞利衰落”多徑上疊加了一個主要的穩(wěn)態(tài)（非衰落）信號分量。包絡(luò)檢波器的輸出端就會在隨機(jī)多徑分量上疊加一個直流分量，所以包絡(luò)服 ut從萊斯分布。正如從熱噪聲中檢測出正弦波一樣，主要的信號到達(dá)時附有許多弱多徑信號，形成萊斯分布，即包絡(luò)ut滿足72 作業(yè)1、移動信道可以分為哪幾類？每一類的特點 及應(yīng)用，每一種信道類型的信號包絡(luò)分布？答：分為大尺度衰落、小尺度衰落大尺度衰落用于表征由于移動臺經(jīng)過較大距離的運(yùn)動而引起的平均接收信號功

16、率衰減或者路徑損耗。用于估計無線覆蓋范圍的傳播模型。主要受路徑損耗和陰影衰落的影響包絡(luò)分布 陰影效應(yīng)導(dǎo)致的路徑損耗為隨機(jī)的對數(shù)正態(tài)分布小尺度衰落，是指無線信號在經(jīng)過短時間或者短距離傳播后其幅度快速衰落，從作用范圍角度稱為小尺度衰落。小尺度衰落主要表現(xiàn)為：多徑效應(yīng)和多普勒頻移。包絡(luò)分布 瑞利衰落分布 萊斯分布 2、自由空間傳播損耗模型？3、什么是多徑效應(yīng)？起因：由多條路徑來的接收電波到達(dá)時間不同。從時間域上看:接收信號的波形展寬，包絡(luò)近似為指數(shù)曲線。多徑效應(yīng)的主要表現(xiàn)：1、經(jīng)過短距或短時傳播后信號強(qiáng)度的急速變化；2、在不同多徑信號上，存在著時變的多普勒引起的隨機(jī)頻率調(diào)制3多徑傳播時延引起的擴(kuò)展。

17、4、什么是多普勒頻移？當(dāng)移動臺在運(yùn)動中通信時，接收信號頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)。74信道的頻率選擇性信道的時間選擇性3.3 移動衰落信道分類小尺度衰落信道的分類平坦衰落信道頻率選擇性衰落信道快衰落信道慢衰落信道83信道的時延擴(kuò)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信號周期平坦信道頻域：不同的頻率分量經(jīng)歷了相同的衰落時域：接收信號只經(jīng)歷了一個可分辨徑的衰落這時接收信號的波動可以表示為發(fā)送信號和信道沖激響應(yīng)的乘積信道的時延擴(kuò)展大于信號周期頻率選擇性衰落信道頻域：不同的頻率分量經(jīng)歷了不同的衰落時域：接收信號經(jīng)歷了多個可分辨徑的衰落這時接收信號的波動可以表示為發(fā)送信號和多徑信道的卷積TS C 且 BS D衰落信道分類平坦衰

18、落信道頻率選擇性衰落信道快衰落信道（小尺度衰落）慢衰落信道（大尺度衰落）基于參數(shù)時延擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展?jié)M足條件BS BS BC 且TS T BTS BD92小尺度衰落信道分類4卷積碼是將發(fā)送的信息序列通過一個線性的、有限狀態(tài)的移位寄存器而產(chǎn)生的碼。(n,k,m)卷積碼是對每段長為k的信息組以一定規(guī)則增加r=n-k個校驗元，組成長為n的碼段。N=m+1稱為編碼約束長度R=k/n稱為此卷積碼的碼率列m （譯碼）。由于m與碼序列c編碼器輸出估值序列m。顯然，當(dāng)m m時，譯碼器就產(chǎn)23糾錯譯碼器的主要任務(wù)是根據(jù)接收序列R和信道的特征，在譯碼器中按照一定的規(guī)則（譯碼算法），由R得到信息序列m的估值序之間有一

19、一對應(yīng)關(guān)系，所以這就是等價于譯碼器根據(jù)R和信道的特征，產(chǎn)生一個碼字的生了錯誤譯碼。 32 Viterbi譯碼算法是在序列整體似然度這個意義上，是卷積碼的最佳譯碼算法。 但我們也提到，Viterbi算法的計算量和存儲量在約束長度較長的時候是不現(xiàn)實的。 在Viterbi發(fā)現(xiàn)最佳算法之前曾有幾種其他卷積譯碼算法，簡單介紹一下。331.序列譯碼算法。范諾的序列譯碼算法是用一次考察一條路徑的方法尋找通過網(wǎng)格圖的最大可能路徑。它為正確路徑的度量上加上一個平均值，為每一錯誤的路徑的度量減去一個平均值。2.堆棧算法。堆棧算法是序列算法的一類，是杰林克（Jelinek，1968年）和齊改基洛夫（Zigangir

20、ov，1966年）分別提出的。它只取可能性較大的路徑，并按度量從大到小的順序從堆棧的頂端往下排。343反饋譯碼。在反饋譯碼中，譯碼器根據(jù)從j級到j(luò)+m級計算得到的度量對第j級上的信息比特進(jìn)行硬判決，該信息比特判決為“0”還是“1”，取決于由j級開始到j(luò)+m級終止這段區(qū)間里，具有最小漢明距離的路徑在第j級發(fā)出的分支是包含“0”還是“1”。4軟輸出算法。在Viterbi算法中，軟輸出尺度是判決序列與接收符號序列間的歐氏距離，而不是單個符號的距離，軟輸出Viterbi算法可為每個解碼符號提供一個可靠性尺度，具體實現(xiàn)會在以后的章節(jié)詳細(xì)介紹。4.2Turbo碼4.2.1 Turbo碼的編碼1.總體結(jié)構(gòu)T

21、urbo碼的編碼器由一個交織器和兩個成員編碼器構(gòu)成，兩個成員編碼器的結(jié)構(gòu)可以不同也可以相同，第一個成員編碼器的輸入端直接為系統(tǒng)輸入信源，而另一個編碼器的輸入則是系統(tǒng)碼經(jīng)過Turbo碼的交織器后的交織碼。36494-2-2 Turbo碼的譯碼無論是采用任何算法，Turbo碼的譯碼器總體結(jié)構(gòu)是一樣的，其譯碼的總體思想是迭代譯碼。504.2.2.1 迭代譯碼原理迭代譯碼器是由兩個軟輸入軟輸出（SISO）譯碼器DEC1和DEC2串行級聯(lián)組成，如圖4-2-5所示，其中的交織器與編碼器中使用的相同。譯碼器DEC1對與成員編碼器RSC1編碼輸出相對應(yīng)的接收信號進(jìn)行編譯，產(chǎn)生關(guān)于信息序列中每一比特的似然信息，

22、將其中的外信息分離出來經(jīng)過交織后送給DEC2。列 C1CK CN們的編碼輸出結(jié)果可以認(rèn)為是序R1 R1RK RN524.2.2.2 MAP算法的推導(dǎo)和實現(xiàn) 假設(shè)編碼器中的卷積編碼器有K個寄存器，在第K個時刻，編碼狀態(tài)可以表示為：Sk=(ak，ak-1，.ak-K+1)是其中Rk=（xk，yk），xk，yk被定義為：xk=（2dk-1）+ik（4-2-2）yk= (2Yk-1) +qk（4-2-3）N也就是說編碼器的狀態(tài)總共有2K個。由于在編碼時刻進(jìn)行了歸零處理，所以我們還可以假設(shè)編碼器初始狀態(tài)是S0=（0,0,0），最后狀態(tài)的SN也是“0”，即S0=SN.我N然后把這個序列送入高斯無記憶的信道

23、，接收到的信號1.SOVE算法的推導(dǎo)與描述驗證概率表示為：p(s(m)p(y)p(s(m) / y) p(y / s(m)（4-2-20）其中Sm表示狀態(tài)序列；用y表示接受信號序列；m表示(m)由于m與信息序列一一對應(yīng)，維特比譯碼算法就是尋找后驗概率p（S（m）、y）最大的信息序列。然后根據(jù)貝葉斯定理，此后驗概率可以表示為上式（4-2-20）611764.5.4 自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)177產(chǎn)生原因無線信道的信道容量是一個時變的隨機(jī)變量，要最大限度地利用信道容量，使得傳輸技術(shù)能夠適應(yīng)信道環(huán)境的變化，又滿足高速數(shù)據(jù)速率的要求，只有使發(fā)送速率也是一個隨信道容量變化的量，也就是使編碼調(diào)制方式具有自適應(yīng)特

24、性。自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)根據(jù)不同的信道條件、選擇不同的調(diào)制方式，使得信息數(shù)據(jù)的傳輸速率自適應(yīng)地調(diào)整，以實現(xiàn)在維持一定QoS要求的前提下，提高峰值傳輸速率和平均傳輸速率。自適應(yīng)編碼技術(shù)主要包括速率適配Turbo碼和高階調(diào)制的結(jié)合等，自適應(yīng)編碼調(diào)制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)的C/I測量或者相似的測量報告決定編碼和調(diào)制的格式，編碼一般采用RCPT即速率適配刪除Turbo碼，調(diào)制可以采用BPSK,QPSK和一些高階調(diào)制。通常與type-II HARQ或者type-III HARQ結(jié)合使用。1804.6混合自動請求重傳4.6.1 差錯控制技術(shù)簡介及傳統(tǒng)ARQ4.6.1.1 差錯控制技術(shù)簡介4.6.1.2 傳統(tǒng)ARQ4

25、.6.2 混合ARQ（HARQ，Hybrid ARQ）4.6.2.1 type-I HARQ4.6.2.2 type-II HARQ4.6.2.3 type-III HARQ4.6.3 HARQ的應(yīng)用4.6.3.1 HARQ在UMTS中的應(yīng)用4.6.3.2 HARQ在cdma2000-1 EV-DV中的應(yīng)用182在數(shù)字系統(tǒng)中，利用糾錯碼或檢錯碼進(jìn)行差錯控制的方式大致有以下幾類：（1）重傳反饋方式（ARQ）（2）前向糾錯方式（FEC）（3）混合檢錯方式（HEC）（1）重傳反饋方式在這種方式中，發(fā)送端發(fā)送能夠檢錯的碼，接收端收到通過信道傳來的碼后，譯碼器根據(jù)該碼的編譯規(guī)則，判斷收到的碼序列中有無錯

26、誤，并通過反饋信道把判決結(jié)果用判決信號告送發(fā)送端。發(fā)送端根據(jù)這些判決信號，把接收端認(rèn)為有錯的消息再次傳送，知道接收端認(rèn)為正確為止。 優(yōu)點：整個系統(tǒng)的糾錯能力極強(qiáng)，且適應(yīng)性好，與信道干擾的變化基本無關(guān)。缺點：要求有反饋信道，收發(fā)兩端統(tǒng)一于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，且通信的連貫性，實時性較差。183退回N步ARQ(GBN-ARQARQ停止等待式ARQ(Stop-and-WaitARQ連續(xù)式ARQ ARQ)選擇重發(fā)ARQ（SK-ARQGo-Back-NSelective-Repeat ARQ188ARQ技術(shù)僅僅是在重傳機(jī)制方面起到了作用，對于接收端和發(fā)送端的很多環(huán)節(jié)都沒有改進(jìn)。而且由于當(dāng)時沒有將FEC引入A

27、RQ中，使得原始的ARQ并沒有糾錯的功能，只有見錯的功能。根據(jù)ARQ具體實現(xiàn)方式的不同，可以分成以下幾類：223 作業(yè)1、（n,k,m）卷積碼的中每個字母的含義？碼率？2、卷積碼的譯碼方法有哪些？3、ARQ的含義？4、HARQ的含義及幾種不同的分類？24.1信道估計信道估計技術(shù)主要分為盲估計和非盲估計兩種具體方法有：1.數(shù)據(jù)輔助信道估計（Data Aided Channel Estimation）2.判決引導(dǎo)信道估計(Decision-Directed Channel Estimation)3.盲信道估計(Blind Channel Estimation)4.2擴(kuò)頻接收技術(shù)4.2.1擴(kuò)頻基本原

28、理擴(kuò)頻技術(shù)是一種信息傳輸技術(shù)，其傳輸信息的帶寬大于信息傳輸所需帶寬，帶寬的擴(kuò)展通過與所傳信息無關(guān)的擴(kuò)頻碼和調(diào)制實現(xiàn)。它通過在確定信號中引入冗雜和增加隨機(jī)性來對抗干擾和實現(xiàn)加密。6C W log 2 1具體地說，有以下用途： 可以對抗或抑制干擾的有害影響 可以用低功率發(fā)送信號，實現(xiàn)隱蔽信號。根據(jù)仙農(nóng)公式，如果保持信道容量C不變，增大帶寬W可以換來信噪比S/N的減小。擴(kuò)頻技術(shù)最早應(yīng)用在軍事通信中 可以實現(xiàn)信息的保密。如果接收端不知道發(fā)送端使用的擴(kuò)頻碼，就不可能接觸信息，從而實現(xiàn)了保密。7 S N 擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)模型的框圖信道編碼器信道譯碼器調(diào)制器解調(diào)器信道擴(kuò)頻碼發(fā)生器擴(kuò)頻碼發(fā)生器信息序列輸出數(shù)據(jù)

29、擴(kuò)頻技術(shù)有幾下幾種常見方式：813假設(shè)經(jīng)過解擴(kuò)后干擾的單邊功率譜密度為 N0 ，則殘余干擾的功率為P(iwr) N0B而干擾信號的整個功率為P(iwr) N0WSS于是有B 1P(iwr w P(iw)WSS GG稱為擴(kuò)頻增益或處理增益，它是擴(kuò)頻系統(tǒng)中一個非常重要的參數(shù)。擴(kuò)頻增益的含義是由于擴(kuò)展發(fā)送信號的帶寬而獲得的抗干擾能力的增益。此時擴(kuò)頻增益為W SS T bB T CG W2nW n 194.2.1.2擴(kuò)頻碼1.Walsh碼 Walsh函數(shù)集是完備的非正弦性正交函數(shù)集，離散Walsh函數(shù)簡稱為Walsh序列或Walsh碼。 Walsh碼可應(yīng)用于擴(kuò)品中，由Walsh矩陣的行（列）構(gòu)成 若用

30、Wk表示k階Walsh矩陣，則Walsh矩陣有如下遞推關(guān)系：W1 (0),W2n1 2W2n W2n ,由此可得：W 1 (0),W 2 0 00 ,W 41 0000 0101 0011 0110 將“0”映射為“+1”，“1”映射為“-1”，則由 W4 的行（列）構(gòu)成的長度為4的，以+1或-1表示的Walsh序列為：w4(0,t):1111 w4(1,t):1111w4(2,t):1111 w4(3,t):11112023 對于Walsh函數(shù)來說，同步非常重要。不同步時，Walsh函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)有較大的旁瓣值，這些旁瓣值構(gòu)成了用戶信號間的干擾，即多址干擾（MAI）; Walsh函數(shù)的自相

31、關(guān)函數(shù)也有較大旁瓣值，嚴(yán)重影響了碼的性能。242.偽隨機(jī)碼偽隨機(jī)碼（即PN碼）又稱偽隨機(jī)序列，它是具有類似于隨機(jī)序列基本特性的確定序列。廣泛應(yīng)用二進(jìn)制序列，由“0（+1）”和“1（-1）”組成。均衡性：“0”、“1”出現(xiàn)的機(jī)會均等游程特性：序列中連續(xù)“0”或連續(xù)“1”稱為游程。連續(xù)“0”或連續(xù)“1”的個數(shù)稱為游程的長度。序列中長度為n的游程數(shù)占游程總數(shù)的 12n相移特性：一個序列錯開一位或多位得到的序列與原序列相比，對應(yīng)位置會有一半不相同。近似滿足上述三個特性的確定序列稱為偽隨機(jī)序列。273.Gold碼 Gold碼是由m序列派生出的一種偽隨機(jī)碼，由m序列的優(yōu)選對移位模2加構(gòu)成。 Gold碼具有

32、類似于m序列的偽隨機(jī)性，但其同長度不同序列的數(shù)目比m序列多得多。284.2.1.3 擴(kuò)頻技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用目前，CDMA系統(tǒng)采用DSSS方式。以IS-95為例，各個用戶同時工作于同一載波，必然相互干擾，為了把干擾降到最低限度，碼分多址必須與擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合起來使用。在前向鏈路和反向鏈路中，傳輸?shù)男盘柖际荄S擴(kuò)頻信號，其碼片速率為1.2288Mchip/s。前向信道的擴(kuò)頻調(diào)制原理圖Walsh碼I信道碼Q信道碼基帶濾波器調(diào)制s(t)基帶濾波器cosctsinct304.2.2 RAKE接收機(jī) 信號經(jīng)過多徑信道，接收機(jī)相繼收到從多條傳播路徑傳來的發(fā)射信號，這些信號具有隨機(jī)的幅度和時延。 在CDMA系

33、統(tǒng)中，偽隨機(jī)碼具有很好的自相關(guān)性。室外環(huán)境中多徑分量的時延通常較大，如果碼片速率選擇得當(dāng)?shù)脑挘瑐坞S機(jī)序列的低自相關(guān)性就能保證多徑分量間相關(guān)性非常小。當(dāng)各條路徑的傳播時延相當(dāng)于或大于碼片周期時，多徑信號就可以看作是互不相關(guān)的噪聲，利用偽隨機(jī)碼很好的相關(guān)性進(jìn)行多徑分離。當(dāng)傳輸信號帶寬遠(yuǎn)大于信道的相關(guān)帶寬時，信道是頻率選擇性衰落信道，信號在這種信道中傳輸會發(fā)生嚴(yán)重的失真。在CDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)中，碼片帶寬遠(yuǎn)大于信道的相關(guān)帶寬是一種獲得分集的有效辦法。 與單徑分量提供的信號估計相比，各相關(guān)器的輸出通過加權(quán)獲得合并信號，所提供的對發(fā)射信號的估計更為準(zhǔn)確。使用僅有一個相關(guān)器的接收機(jī)：一旦該信號受到嚴(yán)重的干擾，

34、接收機(jī)很有可能無法恢復(fù)原信號，誤碼率提高。使用RAKE接收機(jī)：一個相關(guān)器的輸出信號受損，其他的有可能完好，加權(quán)以后受損信號的影響會降低。RAKE接收機(jī)將 M個獨(dú)立接收合并得到的統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行最終判決，它的這種分集接收的形式很好的克服了信號的多徑衰落，從而改善了CDMA的接收性能。3649作業(yè):1、信道估計的方法有哪些？2、Walsh碼是如何生成的，并舉例說明。3、在同一小區(qū)中有3個用戶，分別是用用戶1、2、3，他們發(fā)送的信號是 s1(t) 、s2(t)、s3(t)，每個用戶個分配一個Walsh碼，分別是 w1(t) 、 w2(t)和 w3(t) ，請問如何將每個用戶的信號提取出來？i j w 0

35、 i j ( ) ( ) t r t w 50答：接收端收到的信號可以表示為由于則r(t) s1(t)w1(t) s2(t)w2(t) s3(t)w3(t)w1 i js1 1(t)s1(t)w1(t) s2(t)w2(t) s3(t)w3(t)*w1(t)s1(t)5353 在頻率選擇性衰落多徑信道中，信道的響應(yīng)特性是時變的。對這樣的信道，我們不可能設(shè)計出固定的最佳解調(diào)器。通信系統(tǒng)中也因為信道的衰落效應(yīng)和多徑現(xiàn)象產(chǎn)生信號畸變而造成碼間干擾（ISI,Inter-Symbol Interference）。 當(dāng)碼間干擾相當(dāng)嚴(yán)重的時候，如果我們不加入特殊設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償和抑制，傳輸信號會受到干擾而產(chǎn)生比

36、較高的差錯率，導(dǎo)致傳輸系統(tǒng)性能的惡化。解決這個問題的一個方案就是使用一種補(bǔ)償或者減少接收信號中ISI的技術(shù)，這種技術(shù)叫作均衡，而這種ISI的補(bǔ)償器我們稱之為均衡器。5454 在本節(jié)，我們將重點介紹兩種均衡器基于最大似然準(zhǔn)則（MLSE）實現(xiàn)的均衡器根據(jù)時變信道的信道響應(yīng)的變化而調(diào)整系統(tǒng)系數(shù)的線性均衡器。在本章結(jié)尾，我們還將簡略介紹自適應(yīng)均衡器和盲均衡器。 CDMA系統(tǒng)通常工作在頻率選擇性衰落多徑信道中，這樣用戶受到碼片間干擾（ICI）影響，均衡器同樣可以在某些場合中運(yùn)用于CDMA系統(tǒng)。根據(jù)傳輸錯誤概率最優(yōu)的次優(yōu)的自適應(yīng)均衡器自適應(yīng)均衡器的工作方式訓(xùn)練模式 、 跟蹤模式系統(tǒng)發(fā)射機(jī)發(fā)送一段已知的定長

37、訓(xùn)練序列，使接收機(jī)得到信道的初始特性并對均衡器做出正確的設(shè)置該序列的長度應(yīng)該等于或者超過均衡器的長度。均衡器徑根據(jù)遞歸算法來估計信道特性，并且修正均衡器的系數(shù)來對信道特性的時變特性做出補(bǔ)償。78784.4多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測技術(shù)是最近十年以來移動通信領(lǐng)域的研究熱點之一，與CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用有直接關(guān)系。CDMA系統(tǒng)的統(tǒng)一頻率復(fù)用和實際中所采用擴(kuò)頻碼不完全正交，導(dǎo)致CDMA系統(tǒng)存在嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。復(fù)用導(dǎo)致的小區(qū)間干擾擴(kuò)頻碼不完全正交導(dǎo)致的小區(qū)內(nèi)干擾CDMA蜂窩系統(tǒng)的系統(tǒng)容量主要取決于系統(tǒng)內(nèi)干擾即CDMA蜂窩系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)81CDMA系統(tǒng)存在小區(qū)內(nèi)干擾，常常發(fā)生以下情形：82C

38、DMA系統(tǒng)內(nèi)的干擾導(dǎo)致的另一個問題遠(yuǎn)近效應(yīng)CDMA系統(tǒng)存在小區(qū)內(nèi)干擾，常常發(fā)生以下情形：基站接收信號中，離基站較近用戶的信號大于處于小區(qū)邊緣用戶的信號，由于擴(kuò)頻碼的不完全正交導(dǎo)致后者的信號湮沒在前者的干擾中。83CDMA系統(tǒng)存在的干擾：多徑干擾AWGN干擾多用戶干擾傳統(tǒng)CDMA接收機(jī)不考慮MAI,只采用匹配濾波器和RAKE接收機(jī)來對抗AWGN和多徑干擾。 傳統(tǒng)接收機(jī)的前端是一個匹配濾波器組，每個匹配濾波器對應(yīng)當(dāng)前用戶的擴(kuò)頻序列來最大化其輸出信噪比（SNR），隨后采用RAKE接收機(jī)對多徑信號進(jìn)行合并84采用 用RAKE接收機(jī)時，必須采用一些手段來對抗 抗CDMA系統(tǒng)的不利之處：1. 采用好的擴(kuò)頻

39、碼設(shè)計，減少擴(kuò)頻碼之間的相關(guān)性2. 采用快速功率控制來消除“遠(yuǎn)近效應(yīng)”3. 采用類似SDMA或者智能天線等技術(shù)減少干擾源4. 采用先進(jìn)的多用戶檢測技術(shù)取代傳統(tǒng)的接收機(jī)，達(dá)到干擾消除的目的。5. 上述方式的組合這幾種方案從不同的角度對CDMA系統(tǒng)的干擾問題做出了相應(yīng)的解決方案，不僅可以結(jié)合使用，而且其中一種技術(shù)的應(yīng)用可以緩解對其它技術(shù)的要求。從1986年Verdu提出多用戶檢測的概念以來，多用戶檢測技術(shù)的研究成為近十年來CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)檢測技術(shù)研究的一個重點。增強(qiáng)單用戶技術(shù)聯(lián)合檢測技術(shù)（JD）干擾消除技術(shù)（IC）86單用戶檢測單用戶檢測技術(shù)接收機(jī)不需要干擾用戶的信息，檢測過程中也只針對目

40、標(biāo)用戶，不對干擾用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測多用戶技術(shù)檢測通過對目標(biāo)用戶和干擾用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測來達(dá)到減小干擾影響的目的匹配濾波器組檢測多用戶檢測增強(qiáng)單用戶技術(shù)聯(lián)合檢測技術(shù)（JD）干擾消除技術(shù)（IC）87多用戶檢測聯(lián)合檢測技術(shù)對匹配濾波器組輸出的數(shù)據(jù)采用一些非線性或非線性處理將目標(biāo)信號和干擾信號同時檢測出來干擾消除技術(shù)用檢測出來的信號的數(shù)據(jù)重新生成干擾信號，并從總得接收信號中將這部分干擾減去，達(dá)到干擾消除的目的94聯(lián)合檢測的分類 按照具體實現(xiàn)方法分類 非線性算法 線性算法 判決反饋算法 按照優(yōu)化準(zhǔn)則分類 最優(yōu)聯(lián)合檢測算法 次優(yōu)聯(lián)合檢測算96聯(lián)合檢測為系統(tǒng)帶來的好處： 降低干擾。 擴(kuò)大系統(tǒng)容量。 消弱“遠(yuǎn)

41、近效應(yīng)”的影響。 降低功控的要求。974.4.2 干擾消除 干擾消除包括干擾信號的估計、再生和消除等處理。 干擾消除分為三類： 串行干擾消除（SIC） 并行干擾消除（PIC） 混合干擾消除（HIC）99SICMUD首先判決是對最強(qiáng)信號作出的，因而其受多址干擾的影響最小，判決最準(zhǔn)確；其次，其他用戶判決前減掉了最強(qiáng)的多址干擾信號。好處：運(yùn)算速度要快，以避免給弱用戶帶來較大的時延。要求：SIC與PIC105作業(yè)1、均衡器的作用是什么？2、簡述自適應(yīng)均衡器的2種工作方式。3、對抗CDMA系統(tǒng)的MAI的方法有哪些？4、簡述什么是遠(yuǎn)近效應(yīng)？5、簡述聯(lián)合檢測的2大方法及其基本思想？6、簡述聯(lián)合檢測的作用。分

42、集技術(shù)分集技術(shù)基本思想:如果在某一維中某一點上經(jīng)歷了深度衰弱，而另外同一維中相距足夠遠(yuǎn)的一點上傳輸?shù)莫?dú)立信號卻可能沒有經(jīng)歷深度的衰弱，仍可能含有較強(qiáng)的信號，對許多點上的信號按一定的規(guī)則合并就可以是接收到有用信號能量最大?？臻g分集時間分集頻率分集極化分集55元 分別使用同樣的Walsh碼對18如何恢復(fù)原來的碼兩路信號進(jìn)行解擴(kuò)并將其合并答：OTD可以應(yīng)用于發(fā)射天線數(shù)目大于2的系統(tǒng)18315.1.2閉環(huán)發(fā)射分集本質(zhì)上：閉環(huán)發(fā)射分集是自適應(yīng)的。閉環(huán)發(fā)射分集的主要問題？反饋精度反饋差錯反饋延遲3143作業(yè)1、簡述分集思想的基本思想及分類？2、如何解調(diào)出正交發(fā)射分集中每個用戶的信息？。4、閉環(huán)發(fā)射分集的主

43、要問題是什么？133作業(yè)1、簡述自適應(yīng)天線陣列的定義。在這種方法中，加入了到達(dá)角（DoA）檢測來判 斷干擾源 所在的方位，進(jìn)一步調(diào)制天線的輻射模式，把零點對準(zhǔn)干擾所在的方位零陷干擾。更進(jìn)一步的話，可以使用特殊的算法和空間分集技術(shù)來進(jìn)行多徑合并。這些技術(shù)所遵循的就不再是使接收功率最大化，而是使接收到的信噪比（SNR或SINR）最大化。1616.5多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)5.5.1MIMO系統(tǒng)簡介為未來的無線通信方面存在提供巨大容量的潛力161204204210210發(fā)動機(jī)采用循環(huán)變動結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性 ？答：避免了某一路數(shù)據(jù)因為信道條件的不好而導(dǎo)致連續(xù)的誤碼，從而影響整個接收機(jī)的性能。219 作業(yè)

44、1、智能天線的分類？2、BLAST的分類？對角結(jié)構(gòu) 垂直結(jié)構(gòu) 水平結(jié)構(gòu)63智能天線的分類智能天線波束切換空間信號處理空時信號處理空時信號聯(lián)合檢測4種同步：載波同步符號同步樣值同步樣值定時同步樣值頻率同步重要性比較載波同步和樣值頻率同步破壞了子載波間的正交而帶來了信噪比損失，所以兩者尤為重要。符號同步和樣值定時同步相對于載波同步和樣值頻率同步的重要性小一點，它們只引起接受符號相位的旋轉(zhuǎn)，所以后兩者是OFDM同步問題的關(guān)鍵。55偏差種類載波相位偏差樣值定時偏差波頻率偏差樣值頻率偏差符號定值偏差引起接收信號相位的旋轉(zhuǎn)對系統(tǒng)性能的影響只引起接收信號相位的旋轉(zhuǎn)不會帶來幅度 Ik,k 的變化帶來了信號幅度

45、 Ik,k 的變化從而導(dǎo)致子載波間的干擾91（三）同步偏差對OFDM系統(tǒng)性能的影響4. 總結(jié)92同步偏差載波頻率偏差樣值頻率偏差固定載波相位偏差相對抖動固定符號定時偏差定時抖動信噪比損失所有子載波損失相同，N越大損失越大不同子載波損失不同，N越大損失越大無所有子載波損失相同，與N無關(guān)無不同子載波損失不同，與N無關(guān)備注FFT之前進(jìn)行估計并補(bǔ)償，可避免性能損失FFT之前進(jìn)行估計并補(bǔ)償，可避免性能損失只引起相位旋轉(zhuǎn)損失與單載波相同只引起相位旋轉(zhuǎn)平均損失與單載波差不多93(四)OFDM系統(tǒng)中的各種同步算法同步一般分為捕獲和跟蹤兩步連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)符號的系統(tǒng)（DAB，DVA）允許有相當(dāng)長的時間先去捕獲同步，然后再轉(zhuǎn)到跟蹤模式突發(fā)方式傳輸?shù)南到y(tǒng)（如WLAN）傳輸不連續(xù)，需在很短時間內(nèi)獲得同步，所以基本上使用訓(xùn)練信息以降低傳輸效率而獲得可靠同步94同步算法同步過程捕獲階段粗同步細(xì)同步跟蹤階段同步實施步驟粗同步細(xì)同步跟蹤96由于OFDM各子信道寬帶較小對載波頻率偏