移動(dòng)通信抗衰落技術(shù)

第四章抗衰落技術(shù)(Anti-FadingTechnology)移動(dòng)通信

MobileCommunications華南農(nóng)業(yè)大學(xué)胡潔衰落的定義（definitionoffading）：

在無線通信的信道傳輸過程中，由于大氣及地面的影響而發(fā)生傳播損耗（propogationloss）及傳播延時(shí)隨時(shí)間變化（Time-varingtransmissiondelay）的現(xiàn)象叫做衰落。衰落的分類按頻率特性：flatfadingandfrequencyselectivefading按時(shí)間特性：fastfadingandslowfading衰落的影響（effectoffading）：接收電平降低，無法保證正常通信。接收信號(hào)畸變（distortion），產(chǎn)生嚴(yán)重的誤碼。傳播延時(shí)變化，破壞與時(shí)延有關(guān)的同步（synchronization）。在快衰落情況下，由于電平變化迅速，影響某些跟蹤過程。第四章抗衰落技術(shù)(Anti-FadingTechnology)分集的基礎(chǔ)：－－各獨(dú)立的信號(hào)傳播路徑同時(shí)經(jīng)歷深度衰落（deepfading）的概率很低。4.1分集接收（diversityreception）時(shí)間時(shí)間時(shí)間信號(hào)強(qiáng)度信號(hào)強(qiáng)度信號(hào)強(qiáng)度信號(hào)1信號(hào)2合成信號(hào)4.1分集接收（diversityreception）原理：－－接收端對(duì)它收到的多個(gè)衰落特性相互獨(dú)立(攜帶同一信號(hào))的信號(hào)進(jìn)行合并，以降低信號(hào)電平起伏的辦法。目標(biāo)：－－對(duì)抗多徑造成的衰落和延時(shí)串?dāng)_技術(shù)：－－Howtogetindependentmultipathsignals？－－Howtocombinethem？本質(zhì)：對(duì)同一信號(hào)在不同空間/頻率/極化/時(shí)間的過取樣（oversampled）4.1分集接收（diversityreception）分集的兩重含義

一是分散傳輸，是接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號(hào)；二是集中處理，接收機(jī)將收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行合并以降低衰落的影響。分集方式

宏分集（macrodiversity）：“多基站分集”，把多個(gè)基站設(shè)置在不同的位置和不同的方向上，用來減小慢衰落。

微分集（microdiversity）：減小快衰落，space/frequency/polarization/angle/timediversity4.1分集接收（diversityreception）設(shè)基站A接收到的信號(hào)中值為mA,基站B接收到的信號(hào)中值為mB,它們都服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。若mA>mB,則確定用基站A與移動(dòng)臺(tái)通信；若mA<mB,則確定用基站B與移動(dòng)臺(tái)通信。如圖中，移動(dòng)臺(tái)在B路段運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以和基站B通信；而在A路段則和基站A通信?；緮?shù)視需要而定4.1分集接收（diversityreception）采用什么途徑接收分集信號(hào)？Spacediversity：用2個(gè)以上的天線收同一個(gè)信號(hào)。Frequencydiversity：用2個(gè)以上的載波頻率傳輸，兩個(gè)載波的間隔大于信道的相干帶寬(coherencebandwidth)。Polarizationdiversity：發(fā)送接收垂直和水平極化信號(hào)。Anglediversity：使電波通過幾個(gè)不同路徑，不同角度到達(dá)接收端。Timediversity：在不同時(shí)間重發(fā)同一個(gè)信號(hào)，大于信道的相干時(shí)間（coherencetime）。4.1分集接收（diversityreception）Spacediversity（antennadiversity）－－是無線通信中使用最多的分集形式。－－發(fā)端采用一副發(fā)射天線，而接收端采用多副接收天線。－－接收端天線之間的間隔d應(yīng)足夠大，以保證各接收天線輸出信號(hào)的衰落特性是相互獨(dú)立的。－－在理想情況下，接收天線之間相隔距離：市區(qū)d為1/2波長(zhǎng)，郊區(qū)d為0.8倍波長(zhǎng)

4.1分集接收（diversityreception）Spacediversity4.1分集接收（diversityreception）工程中空間分集相關(guān)因素天線的高度h分集接收天線間的距離d接收信號(hào)到達(dá)角（來波角）а來波角а為0度時(shí)作用最大來波角а為90度時(shí)作用最小а發(fā)射方向d基站天線4.1分集接收（diversityreception）工程中分集接收距離通常基站的高度在30-60米之間，天線的間距在4-6米之間，天線愈高要求的天線間距愈大，但天線間距超過6米時(shí)在塔上安裝很困難。所以，當(dāng)基站天線必須安裝在鐵塔上時(shí)，分集天線間距最大取到6米，這時(shí)分集增益將有所下降。當(dāng)天線安裝在屋頂時(shí)，應(yīng)盡量拉開天線間距，使d=0.11h。表：分集天線的有效高度與間距分集天線有效高度/m305060708090100分集天線間距/m3.45.66.77.88.91011.14.1分集接收（diversityreception）Frequencydiversity將信息分別以不同的載頻發(fā)射出去，只要載頻之間的間隔足夠大那么在接收端就可以得到衰落特性不相關(guān)的信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是與空間分集相比，減少了天線的數(shù)目。缺點(diǎn)是要占用更多的頻譜資源，在發(fā)端需要多部發(fā)射機(jī)。4.1分集接收（diversityreception）Frequencydiversity--兩個(gè)頻率成分具有相互獨(dú)立的衰落特性條件－f2-f1>>Bc（coherencebandwidth）f1f24.1分集接收（diversityreception）Polarizationdiversity水平極化和垂直極化的信號(hào)相互正交。在發(fā)端和收端都裝上垂直極化天線和水平極化天線，就可得到衰落特性不相關(guān)的信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，節(jié)省空間。缺點(diǎn)是由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，信號(hào)功率將有3dB的損失。4.1分集接收（diversityreception）利用天線陣的波束賦性產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立的波束并自適應(yīng)的調(diào)整波束方向來跟蹤每一個(gè)用戶形成方向圖在不同的方向上給予不同的增益,可以提高接收信號(hào)的信噪比,從而提高系統(tǒng)的容量可以將頻率相近但空間可分離的信號(hào)分離開4.1分集接收（diversityreception）Smartantenna:spacediversitySmartantennacanincreasecoverageanddecreasetransmitpower4.1分集接收（diversityreception）Advantageofsmartantenna高速率用戶帶來很大的干擾，動(dòng)態(tài)調(diào)整的智能天線陣列的波束(beam)跟蹤高速率用戶，起到空間隔離、消除干擾的作用；動(dòng)態(tài)調(diào)整的智能天線陣列的性能優(yōu)于固定的多波束天線IncreasesystemcapacityIncreasecellcoverageImprovereceptionquality,decreasethecalldroprateExtendbatterylifetime4.1分集接收（diversityreception）Timediversity對(duì)信號(hào)振幅進(jìn)行順序取樣，在時(shí)間上間隔足夠遠(yuǎn)的兩個(gè)樣點(diǎn)是互不相關(guān)的(uncorrelated)。將信號(hào)相隔一定的時(shí)間間隔重復(fù)傳輸M次，只要時(shí)間間隔大于相干時(shí)間(coherencetime)，就可以得到M條獨(dú)立的分集支路。4.1分集接收（diversityreception）Timediversity時(shí)間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號(hào)。此外，時(shí)間分集也有利于克服移動(dòng)信道中由多普勒效應(yīng)（dopplereffect）引起的信號(hào)衰落現(xiàn)象。t1t2--接收信號(hào)相互獨(dú)立的條件: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：分集接收機(jī)合并器輸出的平均信噪比相對(duì)無分集接收機(jī)的平均信噪比改善的分貝數(shù)。4.1分集接收（diversityreception）MainPointsDiversityovercomestheeffectsoffadingbycombiningfadingpathsDiversitytypicallyentailssomepenaltyintermsofrate,bandwidth,complexity,orsize.Techniquestradecomplexityforperformance.MRCyields20-40dBgain,SCaround20dB.solutionequalization、RAKE案例：“紅燈效應(yīng)”快衰落還會(huì)產(chǎn)生時(shí)間色散（timedispersion）的現(xiàn)象。深衰落點(diǎn)在空間上的分布是近似的相隔半個(gè)波長(zhǎng)（900MHz為17cm，1800或1900MHz為8cm)，如果此時(shí)手機(jī)天線處于這個(gè)深衰落點(diǎn)（當(dāng)汽車中的手機(jī)用戶由于紅燈而駐留在這個(gè)深衰落點(diǎn)，我們稱為紅燈問題），話音質(zhì)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