无线通信6.ppt

1、通院通信工程系通院通信工程系1西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第六章均衡、分集和信道编码第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系2西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统主要内容第一节第一节 概述概述 第二节第二节 均衡技术均衡技术第三节第三节 分集合并技术分集合并技术第四节第四节 RAKE接收技术接收技术第五节第五节 交织技术交织技术第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系3西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第一节 概述移动无线通信环境恶劣，信道特性复杂。不但存在一般通信系统共有的噪声和干扰，而且w阴影效应（直射、反射、绕射、散射等）

2、信号的大尺度衰落w多径传输、多普勒频移等信号的小尺度衰落大尺度衰落一般可以通过功率储备解决，但小尺度衰落则不行小尺度衰落的特点w时域：会导致信号产生严重的ISIw频域：产生频率选择性衰落，导致信号失真为了抵消信道对传输信号的影响，人们研究了一系列的技术措施第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系4西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第一节 概述1均衡技术：目的：对抗信道引起的ISI技术手段：通过对接收信号幅度和延迟的补偿，克服ISI的影响，从而改善信号的质量问题：移动无线信道是时变信道，即ISI随时间的变化而变化。解决方法：对信号的补偿情况也随着信道的变化而变化自适应均

3、衡。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系5西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第一节 概述二、分集合并目的：抵消信道衰落对通信的影响技术手段：首先通过某种手段获得多个携带相同信息的衰落信号，然后再利用某种规则将这些信号合并起来，得到一个衰落深度大幅减小的信号。要求：得到的多个信号的衰落特性互不相关适用场合：平坦衰落第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系6西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第一节 概述三、信道编码目的：改善通信链路的误码性能技术手段：再发送的信息中加入一些冗余分类：分组编码，卷积编码（级联码）问题：信道编码一般只是对平稳的随

4、机错误有效，而对突发错误无能为力。解决方法：交织技术（将突发错误离散化，变成随机错误）。由于解码一般在解调之后进行，因此称为“后检测技术”信道编码通常和调制制度相独立，但网格编码技术的出现改变了这种状况。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系7西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术1概述1.基本概念任何用来削弱ISI的信号处理手段，都可以称为信道均衡ISI产生机理：多径传输，带限信道一般方法：用前后码元对当前码元进行补偿2.在系统中所处位置：中频或射频均衡基带均衡第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系8西安电子科技大学西安电子科技大学无

5、线通信系统第二节 均衡技术3.基本原理：使得系统的冲击响应函数为全通网络（逼近）以基带均衡为例：第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系9西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术设：理想情况下，希望此时：在实际应用中，由于 ，所以很难使得只能使得e(t)尽可能小第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系10西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术二、分类：自适应均衡器是一个时变滤波器，它必须动态地调整其特性和参数，使其能够跟踪信道的变化，在任何情况下都能够使第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系11西安电子

6、科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术三、线性均衡器1.横向均衡器第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系12西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统为了描述图中的自适应均衡算法，采用矢量和矩阵的方法比较方便。均衡器的输入矢量 yk可以定义为：均衡器的输出为：第二节 均衡技术权值矢量：则：误差信号为：第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系13西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术一般结构：c*k是横向滤波器的复滤波系数（抽头权值），抽头总数为N=N1+N2+1，N1和N2分别表示前向和后向部分的抽头数第六章 均衡、分集和

7、信道编码通院通信工程系通院通信工程系14西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术能达到的最小均方误差：其中：信道的频率响应N0噪声的功率谱密度 以上介绍的均化器只使用了前馈延时，为有限冲击响应（FIR）滤波器。特点是传递函数是Z-1的多项式，只有一个极点（Z=0）实际应用时还可以使用IIR滤波器，但由于这种滤波器存在非零极点，强脉冲信号容易导致自激，出现不稳定现象，因此使用较少。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系15西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术横向均衡器的特点：l实现简单，稳定l收敛较慢第六章 均衡、分集和信道编码通院通

8、信工程系通院通信工程系16西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术2.格型均衡器第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系17西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术格型均衡器中输出信号的递归公式为：格型均衡器的特点：数值稳定性好、收敛速度快，复杂度较高。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系18西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术线性均衡器的问题 当信道失真严重，出现深度频谱衰落时，线性均衡器为了补偿频谱失真，会对出现深衰落的频段及其附近频率产生很大的增益，从而增大了该段的噪声，不能取得满意的效果

9、第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系19西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术四、非线性均衡器分类：l判决负反馈均衡器（DFE）l最大似然符号检测l最大似然序列估值（MLSE）1.判决反馈均衡器(DFE)(1)基本思想：利用以被检测出的符号进行预测，并消除该符号带来的码间串扰。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系20西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术(2)一般框图：（可采用横向和格型，参看P259，图7.8)(3)输出表达式：(4)最小均方误差：可见，其性能明显由于线性横向均衡器第六章 均衡、分集和信道编码

10、通院通信工程系通院通信工程系21西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术2.最大似然序列估值(MLSE)均衡器 前面讨论的基于MSE的线形均衡器是在信道不会引入幅度失真的情况，使符号错误概率最小的最佳均衡器。然而，该信道条件在移动环境下是非常苛刻的，这就导致人们研究最佳或准最佳的非线形的均衡器。这些均衡器的基本结构是采用最大似然接收机的结构。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系22西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术 MLSE利用信道冲激响应估计器的结果，测试所有可能的数据序列，选择概率最大的数据序列作为输出。图中MLSE单元通常

11、采用Viterbi算法来实现。MLSE均衡器是在数据序列错误概率最小意义上的最佳均衡器。该均衡器需要确知信道特性，以便计算判决的度量值。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系23西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术五、均衡器算法的性能1.算法性能参数l收敛速度：算法进入稳定的迭代次数，即收敛时间；l失调：滤波器均方差与最小均方差的差距；l计算复杂度：完成迭代的运算次数；l数值特性：算法用数字逻辑实现时，由于计算引起的误差，对算法稳定性的影响情况。2.常见均衡器算法l迫零算法l最小均方算法l归零最小二乘算法第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通

12、信工程系24西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术（1）迫零算法n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，其它样点的数值完全为零n特点：简单，均衡效果较好n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n不太适合于无线信道第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系25西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术（2）最小均方算法n调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出期望值和实际值之间的均方误差最小。n特点：是一种最简单的均衡算法，且算法的稳定性较好。n缺点：收敛速度不高，均衡能力有限。n在无

13、线通信中，适合于较慢的、不太深的衰落第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系26西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第二节 均衡技术（3）归零最小二乘算法n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。n特点：收敛速度快，跟踪性能好n缺点：算法较复杂，使用时要考虑稳定性问题。n在无线通信中，适用于衰落速率较快的信道。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系27西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第三节 分集合并技术 分集合并是另外一种对抗信道衰落的技术手段。均衡技术主要是通过对接收到的信号进行特定的处理，消除前后相邻码元相互之间的干扰，

14、进而克服多径效应对传输的影响。一般来讲，在随参信道环境下，为了使得均衡器能够有效地工作，在发送有用信号的同时，必须周期性地发送训练序列，这样就增加了系统的开销。而分集技术不需要增加传输开销，它是通过某种技术手段，获得多个衰落特性相互独立的、携带相同信息的信号，然后对这些信号进行处理，合成一个衰落深度大幅降低的信号，从而改善接收信号的质量。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系28西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第三节 分集合并技术一、基本原理：什么是分集合并：1.定义：是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立(携带同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏

15、的办法。例：“选择式”合并的分集接收。2.含义：是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；是集中处理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并(包括选择与组合)以降低衰落的影响第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系29西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第三节 分集合并技术二、分集方式 在移动通信系统中可能用到两类分集方式：一类称为“宏分集”；另一类称为“微分集”。“宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。是一种减小慢衰落影响的分集技术，其作法是把多个基站设置在不同的地理位置上(如蜂窝小区的对角上)和在不同方向上，同时和小区

16、内的一个移动台进行通信(可以选用其中信号最好的一个基站进行通信)。显然，只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落(基站天线的架设可以防止这种情况发生)，这种办法就能保持通信不会中断。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系30西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统第三节 分集合并技术 “微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信系统中都经常使用。理论和实践都表明，在空间、频率、极化、场分量、角度及时间等方面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性。据此，微分集又可分为六种形式。第六章 均衡、分集和信道编码通院通信工程系通院通信工程系31西安电子科技大学西安电子科技大学无线通信系统(1)空间分集：空间分集的依据在于小尺度衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。为此，空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为d的天线，间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关，在移动信道中，通常取：市区 d=0.5 郊区 d=0.8 特点：要求天线之间必须有足够