移动通信第四章抗衰落技术
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移动通信(西电第四版)第四章 抗衰落技术
k 1 M
20
(1)选择式合并
选择式合并是指检测所有分集支路的信号, 以选 择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并 器的输出。
a t max a1 t , a 2 t , a 3 t ,
某指标
21
这种分集有M个接收机进行支路的解调， 输出信号送入选择逻辑。选择逻辑从M个 接收信号中选择具有最高基带信噪比 （SNR）的基带信号作为输出，在选择性 合并器中，加权系数只有一项为1，其余 为 0。 选择式合并又称开关式相加。这种方式方 法简单，实现容易。但由于未被选择的支 路信号弃之不用，因此抗衰落不如后述两 种方式。
13
(2)频率分集
由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所 遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可 以用两个以上不同的频率传输同一信息， 那么在接收端就可以得到衰落特性不相关 的信号，以实现频率分集（多路FSK）。 缺点：不仅需要占用更多的频谱资源，而 且需要有和频率分集中采用的频道数相等 的若干个接收机。
12
空间分集接收抗衰落的效果
某通信系统不采用分集接收时的中断率是P1=0.01，若采
用双重空间分集，并假设两路信号具有相同的中断率，求合
成信号的中断率？ 解：两路信号同时中断时，合成信号才会中断，所以分集 合并后的中断率是
P=P1×P2=0.0001
即中断率降低了100倍，若等效成衰落储备，相当 于避免了将微波发信机的功率从1W提高到100W。
4
4.1 分集接收
4.1.1 分集接收原理 1. 什么是分集接收 所谓分集接收，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（ Combining ）， 以降低信号电平起伏的办法。 分集：接收多路不相关的信号并合并。 目标：对抗多径信道造成的衰落和延 时串扰。
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(1)选择式合并
选择式合并是指检测所有分集支路的信号, 以选 择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并 器的输出。
a t max a1 t , a 2 t , a 3 t ,
某指标
21
这种分集有M个接收机进行支路的解调， 输出信号送入选择逻辑。选择逻辑从M个 接收信号中选择具有最高基带信噪比 （SNR）的基带信号作为输出，在选择性 合并器中，加权系数只有一项为1，其余 为 0。 选择式合并又称开关式相加。这种方式方 法简单，实现容易。但由于未被选择的支 路信号弃之不用，因此抗衰落不如后述两 种方式。
13
(2)频率分集
由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所 遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可 以用两个以上不同的频率传输同一信息， 那么在接收端就可以得到衰落特性不相关 的信号，以实现频率分集（多路FSK）。 缺点：不仅需要占用更多的频谱资源，而 且需要有和频率分集中采用的频道数相等 的若干个接收机。
12
空间分集接收抗衰落的效果
某通信系统不采用分集接收时的中断率是P1=0.01，若采
用双重空间分集，并假设两路信号具有相同的中断率，求合
成信号的中断率？ 解：两路信号同时中断时，合成信号才会中断，所以分集 合并后的中断率是
P=P1×P2=0.0001
即中断率降低了100倍，若等效成衰落储备，相当 于避免了将微波发信机的功率从1W提高到100W。
4
4.1 分集接收
4.1.1 分集接收原理 1. 什么是分集接收 所谓分集接收，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（ Combining ）， 以降低信号电平起伏的办法。 分集：接收多路不相关的信号并合并。 目标：对抗多径信道造成的衰落和延 时串扰。
第四章 抗衰落技术
3
素有关。在移动通信中，通常取： 市区 d=0.5λ 郊区：d=0.8λ 满足上式的条件下， 两信号的衰落相关性已很弱了； d 越大， 相关性就越弱。 例如，在 900MHz 的频段工作时，两副天线的间隔约为 0.27m。 天线的间隔， 可以垂直间隔也可以水平间隔， 但垂直间隔分集性能较差。 在空间分集中，天线 N 越大，分集效果越好，但是分集与不分集差异很 大，属于质变；而分集增益正比于分集天线数，一般当 N 大于 3 时，增 益改善不再明显，且随着 N 增大而逐步减少，属于量变。然而 N 的增 大意味着设备复杂度的增大，所以在工程上要在性能与复杂度之间做一 折中，一般取 N＝2～4 即可。 2．极化分集 （1）概念 利用天线水平与垂直极化方向上的正交性能来实现分集功能的， 即利用极化 的正交性来实现衰落的不相关性。 电磁波的极化方向可分为水平极化和垂直极化，这两种极化波是正交的，利 用这一点，在发送端分别装上两副距离很近但极化方向不同的天线分别发送信 号，就可得到两路衰落特性不相关的信号，在接收端同样用两副距离很近但极化 方向不同的天线来接收这两路不相关的衰落信号，就可获得分集的效果。 极化分集可看成是空间分集的一种特殊情况，它也要用两副天线（二重分集 情况） ，但它仅仅利用了不同极化的电磁波所具有的不相关衰落特性，因而缩短 了天线之间的距离，在工程上常常将两副天线集成于一副天线内实现。从外观看 上去只是一副天线。 （2）优点：结构紧凑，节约空间； （3）缺点：在移动时变信道中，极化正交性很难保证，且发送端的功率要 分配给两个不同的极化天线，因此发射功率要损失 3dB。 3．角度分集 （1）概念 由于地形地貌和建筑物等环境的不同， 到达接收端的不同路径的信号可能来
最大比合并
照总信噪比最大化的 原则 将 M 重分集支路按 等权值相加
素有关。在移动通信中，通常取： 市区 d=0.5λ 郊区：d=0.8λ 满足上式的条件下， 两信号的衰落相关性已很弱了； d 越大， 相关性就越弱。 例如，在 900MHz 的频段工作时，两副天线的间隔约为 0.27m。 天线的间隔， 可以垂直间隔也可以水平间隔， 但垂直间隔分集性能较差。 在空间分集中，天线 N 越大，分集效果越好，但是分集与不分集差异很 大，属于质变；而分集增益正比于分集天线数，一般当 N 大于 3 时，增 益改善不再明显，且随着 N 增大而逐步减少，属于量变。然而 N 的增 大意味着设备复杂度的增大，所以在工程上要在性能与复杂度之间做一 折中，一般取 N＝2～4 即可。 2．极化分集 （1）概念 利用天线水平与垂直极化方向上的正交性能来实现分集功能的， 即利用极化 的正交性来实现衰落的不相关性。 电磁波的极化方向可分为水平极化和垂直极化，这两种极化波是正交的，利 用这一点，在发送端分别装上两副距离很近但极化方向不同的天线分别发送信 号，就可得到两路衰落特性不相关的信号，在接收端同样用两副距离很近但极化 方向不同的天线来接收这两路不相关的衰落信号，就可获得分集的效果。 极化分集可看成是空间分集的一种特殊情况，它也要用两副天线（二重分集 情况） ，但它仅仅利用了不同极化的电磁波所具有的不相关衰落特性，因而缩短 了天线之间的距离，在工程上常常将两副天线集成于一副天线内实现。从外观看 上去只是一副天线。 （2）优点：结构紧凑，节约空间； （3）缺点：在移动时变信道中，极化正交性很难保证，且发送端的功率要 分配给两个不同的极化天线，因此发射功率要损失 3dB。 3．角度分集 （1）概念 由于地形地貌和建筑物等环境的不同， 到达接收端的不同路径的信号可能来
最大比合并
照总信噪比最大化的 原则 将 M 重分集支路按 等权值相加
4、抗衰落技术
通 信
并技术，如图4-3所示。这两种技术都
原
得到了广泛的应用
理
29
4.2.2 分集信号的合并技术
移 动 通 信 原 理
图4-3 空间分集的合并
30
4.2.2 分集信号的合并技术
• 对于具体的合并技术来说，通常有4类
移
–选择式合并（Selective Combining）
动
通
–最大比值合并（Maximum Ratio Combing）
倾斜 (+/- 45°)
23
3．角度分集（Angle Diversity）
• 由于地形地貌和建筑物等环境的不同，
移
到达接收端的不同路径的信号可能来自
动
于不同的方向
通
信
原 理
• 在接收端，采用方向性天线，分别指向
不同的信号到达方向，则每个方向性天
线接收到的多径信号是不相关的
24
4．频率分集（Frequency Diversity）
动
通 • 4.2.3 分集系统的性能 信 • *4.2.4 RAKE接收机
原
理 • *4.2.5 隐分集技术
13
4.2.1 分集技术的基本概念及方法
• 分集技术（Diversity Techniques）就是研究
移
如何利用多径信号来改善系统的性能。
动
通
信 • 分集技术利用多条传输相同信息且具有近似相
• CDMA系统中的RAKE接收机如图4-7所示：
40
2．RAKE接收原理
移 动 通 信 原 理
图4-7 RAKE接收原理实现框图
1．空间分集（Space Diversity）
• 发射端采用一副发射天线，接收端采用多副天
第4章 抗衰落技术
4
勤学 务实 开拓 创新
分集接收
2、分类 按“分”划分：按接收信号样值结构与统计特性，可分 为空间分集、时间分集、频率分集。 按“集”划分：按合并方式，可分为选择式合并、等增 益合并、最大比值合并。 按“合并位置”划分：射频合并、中频合并、基带合并。 另外还有:接收端分集、发送端分集、收发联合分集 (MIMO)-多输入输出系统。 一般来说，采用多套设备来实现分集为传统的显分集， 采用一套设备而利用信号统计与处理技术来实现的称隐分集。
合成矢量
2
13
1
2
3
Rake 接收
勤学 务实 开拓 创新
Rake接收技术
多径分离的能力主要取决于带宽，在城区多径时延 大约为5μ s，相关带宽为200kHz，即要求载波间隔为 200kHz。 GSM的载波间隔为200kHz，无法实现多径分离，不 能用Rake接收，而IS-95载波间隔为1.25MHz，理论上有 6重隐分集的可能。 但由于多径时延扩展是随机的，实际上有利用价值 的不超过3-4径，所以在C网中，基站接收机N=4，移动 台N=3。 Rake接收理论上属于频率分集，但从现象上看，是 利用多径时延进行的分集，有人认为称为多径分集更为 恰当。
{an} T T T
f 1
T
f0
T
f L1
f L1 1
f L2 1
f L2
{nn} {rn}
21
图 4.36 信道模型
{yn}
勤学 务实 开拓 创新
均衡技术
②判决反馈均衡器 由两个滤波器组成，前馈滤波器的作用和线性均衡器 的作用一样，反馈滤波器是将已检测符号的判别输出作为 它的输入，作用是从已检测的符号来估计当前检测符号的 码间干扰，然后将它与前馈输出相减，从而减少了当前输 出符号间的串扰。
勤学 务实 开拓 创新
分集接收
2、分类 按“分”划分：按接收信号样值结构与统计特性，可分 为空间分集、时间分集、频率分集。 按“集”划分：按合并方式，可分为选择式合并、等增 益合并、最大比值合并。 按“合并位置”划分：射频合并、中频合并、基带合并。 另外还有:接收端分集、发送端分集、收发联合分集 (MIMO)-多输入输出系统。 一般来说，采用多套设备来实现分集为传统的显分集， 采用一套设备而利用信号统计与处理技术来实现的称隐分集。
合成矢量
2
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1
2
3
Rake 接收
勤学 务实 开拓 创新
Rake接收技术
多径分离的能力主要取决于带宽，在城区多径时延 大约为5μ s，相关带宽为200kHz，即要求载波间隔为 200kHz。 GSM的载波间隔为200kHz，无法实现多径分离，不 能用Rake接收，而IS-95载波间隔为1.25MHz，理论上有 6重隐分集的可能。 但由于多径时延扩展是随机的，实际上有利用价值 的不超过3-4径，所以在C网中，基站接收机N=4，移动 台N=3。 Rake接收理论上属于频率分集，但从现象上看，是 利用多径时延进行的分集，有人认为称为多径分集更为 恰当。
{an} T T T
f 1
T
f0
T
f L1
f L1 1
f L2 1
f L2
{nn} {rn}
21
图 4.36 信道模型
{yn}
勤学 务实 开拓 创新
均衡技术
②判决反馈均衡器 由两个滤波器组成，前馈滤波器的作用和线性均衡器 的作用一样，反馈滤波器是将已检测符号的判别输出作为 它的输入，作用是从已检测的符号来估计当前检测符号的 码间干扰，然后将它与前馈输出相减，从而减少了当前输 出符号间的串扰。
移动通信第四章抗衰落技术
▪ 交织编码：主要纠正突发差错。
▪ Turbo码：具有较强的纠错能力，但译码 复杂，时延大，适合数据业务。
▪ 奇偶校验码
K个码元
k个码元＋ L个校验码元＝N个码元
举例：设信息序列长K=3， 校验序列长L=4；输入信息比特 为{S1, S2, S3}， 校验比特为{C1, C2,C3, C4}；
校验的规则为：
Remainder
D16 D15 D2 1
= D9+D8+D7+D5+D4+D = 0·D15+0·D14+0·D13+0·D12+0·D11+0·D10+1·D9+1·D8+1·D7+0·D6+1·D5
+1·D4+0·D3+0·D2+1·D1+0
输出： 101101110000001110110010
得 到 ：C(D)
S(D) DL
Remainder
g(D)
S(D) DL
C(D) Re D21 D20 D18 D17 D16
Remainder
D16 D15 D2 1
(D7 D6 D4 D3 D)(D16 D15 D2 1) D9 D8 D7 D5 D4 D
一. 原理
4.4 均衡技术
均衡技术是指各种用来处理码间干扰的算法和实现方法。
m(t)
r(t) cp(t)
t1
t2
t3
码间串扰
如果要消除码间干扰，需要系统传输特性满足无码间串扰条 件，即奈奎斯特第一准则。
第四章 抗衰落技术
二. 无码间串扰条件
1. 频域：系统传输特性满足：
▪ Turbo码：具有较强的纠错能力，但译码 复杂，时延大，适合数据业务。
▪ 奇偶校验码
K个码元
k个码元＋ L个校验码元＝N个码元
举例：设信息序列长K=3， 校验序列长L=4；输入信息比特 为{S1, S2, S3}， 校验比特为{C1, C2,C3, C4}；
校验的规则为：
Remainder
D16 D15 D2 1
= D9+D8+D7+D5+D4+D = 0·D15+0·D14+0·D13+0·D12+0·D11+0·D10+1·D9+1·D8+1·D7+0·D6+1·D5
+1·D4+0·D3+0·D2+1·D1+0
输出： 101101110000001110110010
得 到 ：C(D)
S(D) DL
Remainder
g(D)
S(D) DL
C(D) Re D21 D20 D18 D17 D16
Remainder
D16 D15 D2 1
(D7 D6 D4 D3 D)(D16 D15 D2 1) D9 D8 D7 D5 D4 D
一. 原理
4.4 均衡技术
均衡技术是指各种用来处理码间干扰的算法和实现方法。
m(t)
r(t) cp(t)
t1
t2
t3
码间串扰
如果要消除码间干扰，需要系统传输特性满足无码间串扰条 件，即奈奎斯特第一准则。
第四章 抗衰落技术
二. 无码间串扰条件
1. 频域：系统传输特性满足：
第4章 抗衰落技术
41
*4.2.5 隐分集技术
隐分集技术，是指只用一副天线接收信号来实现分集的技术。 分集作用是隐含在传输信号的方式中，而在接收端利用信号处理技术
实现分集。 依据传输信号的方式不同，可实现时间隐分集和频率隐分集。采用的
技术主要有交织编码技术、跳频技术和直接序列扩频技术。
42
1．交织编码技术
s
M
k 1
1 k
（4-1）
上式中，下标s表示选择式合并。该式表明每增加一条分集支路，它对输出 信噪比的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。其合并增益为
Gs
s
M k 1
1 k
（4-2）
25
1．选择式合并
图4-5 分集合并后的平均信噪比改善程度
26
1．选择式合并
如果使用检测前合并方式，则选择在天线输出端进行，从M个天线输 出中选择一个最好的信号，再经过一部接收机就可以得到合并后的基 带信号。
假定RAKE接收机有M个支路，其输出分别为Z1,Z2,…Zm，对应的加 权因子分别为a1，a2，…,am,加权因子可根据各支路的输出功率或信 噪比决定。
40
2．RAKE接收机的支路的合并技术
根据在接收端使用合并技术的位置不同，可以分为检测前合并技术和 检测后合并技术。
图4-13 空间分集的合并
由于相干时间与移动台运动速度成反比，因此当移动台处于静止状态 时，时间分集基本上是没有用处的。
19
4.2.2 分集信号的合并技术
接收端收到M（M≥2）个分集信号后，如何利用这些信号以减小衰落 的影响，这就是合并问题。
在接收端取得M条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术得到 分集增益。
*4.2.5 隐分集技术
隐分集技术，是指只用一副天线接收信号来实现分集的技术。 分集作用是隐含在传输信号的方式中，而在接收端利用信号处理技术
实现分集。 依据传输信号的方式不同，可实现时间隐分集和频率隐分集。采用的
技术主要有交织编码技术、跳频技术和直接序列扩频技术。
42
1．交织编码技术
s
M
k 1
1 k
（4-1）
上式中，下标s表示选择式合并。该式表明每增加一条分集支路，它对输出 信噪比的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。其合并增益为
Gs
s
M k 1
1 k
（4-2）
25
1．选择式合并
图4-5 分集合并后的平均信噪比改善程度
26
1．选择式合并
如果使用检测前合并方式，则选择在天线输出端进行，从M个天线输 出中选择一个最好的信号，再经过一部接收机就可以得到合并后的基 带信号。
假定RAKE接收机有M个支路，其输出分别为Z1,Z2,…Zm，对应的加 权因子分别为a1，a2，…,am,加权因子可根据各支路的输出功率或信 噪比决定。
40
2．RAKE接收机的支路的合并技术
根据在接收端使用合并技术的位置不同，可以分为检测前合并技术和 检测后合并技术。
图4-13 空间分集的合并
由于相干时间与移动台运动速度成反比，因此当移动台处于静止状态 时，时间分集基本上是没有用处的。
19
4.2.2 分集信号的合并技术
接收端收到M（M≥2）个分集信号后，如何利用这些信号以减小衰落 的影响，这就是合并问题。
在接收端取得M条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术得到 分集增益。
移动通信-第4章-抗衰落技术
4.3.6 最小码距不纠错能力
一个(n，k)码，不论码字如何选择
• 要能发现e个码位的差错，必须最小码距de+1 • 要能纠正t个码位的错误，必须最小码距d2t+1 • 要能纠正t个码位的错误，同时发现e个码位的差错，必 须最小码距dt+e+1，且et
50
接收CNR中心值/dB
20
第4章 抗衰落技术
4.1 4.2 4.3 4.4 分集接收 RAKE接收 纠错编码技术 均衡技术
21
4.2.1 多径信号的分离不合并
• 多径的分离不合并
– 原因：无线传输信道是一个多径信道 – 目标：分离+合并多径信号，矢量和→标量和；增强信号、减小 干扰、减轻衰落 – 方法：分离：特征码、扩频/解扩 合并：RAKE接收技术
• 信号合并准则
– 最大信噪比准则 – 眼图最大张开度准则
– 误字率最小准则
15
4.1.11 合并信号的表达式
M个分集信号经合并器后的输出为r(t)
r (t ) a1r1 (t ) a 2 r2 (t ) a M rM (t ) a k rk (t )
ak为第k个信号的加权系数
• 最大比值合并
– 对每一支路的信号迚行加权合并，是一种最佳合并方式 – 每一支路信号包络rk(t)用rk表示。每一支路的加权系数ak不信号包络 rk成正比而不噪声功率Nk成反比，即
rk ak Nk
rk2 rR ak rk k 1 k 1 N k
M M
r (t ) ak rk (t )
k 1
M
16
4.1.12 选择式合并
• 选择式合并（开关式合并）
– 检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的 信号作为合并器的输出。在选择式合并器中，加权系数只有一项为 1，其余均为0
移动通信技术 第四章 抗衰落技术PPT课件
N-k=r为每码组中的监督码元数目，或称为监督位 数目。
图 4 - 13 分组码结构
图 4 - 14 码距的几何意义
分组码
一种编码的最小码距d0的大小直接关系着这 种编码的检错和纠错能力。
一般情况下， 码的检、 纠错能力与最小码距 d0的关系可分为以下三种情况。
(1) 为检测e个错码， 要求最小码距d0≥e+1； (2) 为纠正t个错码， 要求最小码距d0≥2t+1； (3) 为纠正t个错码， 同时检测e个错码， 要求最
抗衰落技术
本章纲要
4.1 分集接收 4.2 RAKE接收 4.3 纠错编码技术 4.4 均衡技术
分集接收
4.1.1 分集技术原理
什么是分集接收？
☺ 所谓分集接收，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 信号电平起伏的办法。
☺分集有两重含义： 一是分散传输， 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； 二是集中 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。
小码距d0≥e+t+1 (e＞t)
图 4 - 15 码距与检、 (a) 检测e个错码； (b) 纠正t个错码； (c) 纠正t个错码， 同时检测e个错码
奇偶校验码
表4-3 奇 偶 校 验 码
CRC校验
CRC(循环冗余校验)根据输入比特序列(SK-1,
SK-2, …, S1, S0)通过CRC算法产生L位的校验 比特序列 (CL-1, CL-2, …, C1, C0)。
纠错编码技术
在信息码元序列中加入监督码元就称为差错 控制编码，也称为纠错编码。
传统的信道编码通常分成两大类即分组码和 卷积码。
图 4 - 13 分组码结构
图 4 - 14 码距的几何意义
分组码
一种编码的最小码距d0的大小直接关系着这 种编码的检错和纠错能力。
一般情况下， 码的检、 纠错能力与最小码距 d0的关系可分为以下三种情况。
(1) 为检测e个错码， 要求最小码距d0≥e+1； (2) 为纠正t个错码， 要求最小码距d0≥2t+1； (3) 为纠正t个错码， 同时检测e个错码， 要求最
抗衰落技术
本章纲要
4.1 分集接收 4.2 RAKE接收 4.3 纠错编码技术 4.4 均衡技术
分集接收
4.1.1 分集技术原理
什么是分集接收？
☺ 所谓分集接收，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 信号电平起伏的办法。
☺分集有两重含义： 一是分散传输， 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； 二是集中 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。
小码距d0≥e+t+1 (e＞t)
图 4 - 15 码距与检、 (a) 检测e个错码； (b) 纠正t个错码； (c) 纠正t个错码， 同时检测e个错码
奇偶校验码
表4-3 奇 偶 校 验 码
CRC校验
CRC(循环冗余校验)根据输入比特序列(SK-1,
SK-2, …, S1, S0)通过CRC算法产生L位的校验 比特序列 (CL-1, CL-2, …, C1, C0)。
纠错编码技术
在信息码元序列中加入监督码元就称为差错 控制编码，也称为纠错编码。
传统的信道编码通常分成两大类即分组码和 卷积码。
移动通信4抗衰落技术资料
的ξk（k=1，2，…,M）同时小于某个给定值x的概率为 (假定各支路经历瑞利衰落)
F(x) PM sc x
M
PM k x
1 ex/
M
k 1
若x为接收机正常工作的门限，F(x)就是通信中断的
概率。而至少有一支路信噪比超过x的概率就是使系统能
正常通信的概率（可通率）为
1 F(x) 1 1 ex/ M
10 -6
-40
-30
-20
-10
0
10
12
图 4.8 选择合并的x 累积分布函数
4.1 分集技术---（4）分集的合并 方式（最大比合并）
衰
落
接收机1
r1
1r1
信 号
相位调整 接收机2
测 1
r2 量
2 r2
rMRC
相位调整
测 2
量
图 4.9 二重分集最大比值合并
在信号合并前对各路载波相位进行调整并使之同相，
➢微分集 ——在空间、时间、频率、极化、 场分量、角度等方面分离无线信号，用来减 小快衰落影响。
3
4.1 分集技术---（2）宏分集
基站A 山丘
与基站B 通信
阴影 区 与基 站A通信
基 站B
图 4.1 宏分集
山丘
4
4.1 分集技术---（2）宏分集
❖设基站A接收到的信号中值为 PA , 基站B接收到 的信号中值为 PB ,它们都服从对数正态分布。 若 PA PB ,则确定用基站A与移动台通信； 若 PA PB ,则确定用基站B与移动台通信。
➢ 空间分集
在相隔足够大的距离d 的两个位置接收同一信号，则两处 所接收到的信号不相关，因此接收机采用两副天线当天线距 离d足够大时可以实现空间分集。实际测量表明，通常在市区，
第4章抗衰落技术数字移动通信PPT课件
第4章 抗衰落技术
相对电平/dB
10 0
－10 －20
C
B A
信号A 信号B 合成信号C
t
图 4 - 1 选择式分集合并示意图
第4章 抗衰落技术
分集有两重含义： 一是分散传输， 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； 二是集中处理， 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。
可以看成是空间分集的一种特殊情况。也需要两 幅天线。
优点：利用了不同极化的电磁波所具有的不相关 衰落特性，因此缩短了天线间的距离。
第4章 抗衰落技术
(4) 场分量分集。 由电磁场理论可知， 电磁波的E 场和H场载有相同的消息， 而反射机理是不同的。
例如，一个散射体反射E波和H波的驻波图形相差 90°相位，即当E波为最大时，H波维最小。
若移动台处于静止状态，即v=0， ∆T为无穷大，表明此时时间分集的得 益将丧失。换句话说，时间分集对静止状态的移动台无助于减小这种衰落。
第4章 抗衰落技术
3. 合并方式
接收端收到M(M≥2)个分集信号后， 如何利用这些 信号以减小衰落的影响， 这就是合并问题。 一般均使 用线性合并器， 把输入的M个独立衰落信号相加后合 并输出。
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，这种办法就能保持通信不会中断。
第4章 抗衰落技术
（2）“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。
第4章 抗衰落技术
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▪ 在GSM系统中：采用了自适应均衡技术。
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移动通信第四章抗衰落技术
目录
4.1 分集接收 4.2 RAKE接收 4.3 纠错编码技术 4.4 均衡技术
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移动通信第四章抗衰落技术
第四章 抗衰落技术
•4.1 分集接收
•一. 分集接收原理
• 将接收到的信号分离成多个衰落特性独立的 信号（携带同一信息），然后将这些多路分离信 号按一定规则合并起来，以降低信号电平起伏。
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移动通信第四章抗衰落技术
▪ 交织编码
• 交织编码不像分组码那样， 它不增加监督元， 亦即交织 编码前后， 码速率不变， 因此不影响有效性。 在移动信道 中， 数字信号传输常出现成串的突发差错， 因此， 数字化 移动通信中经常使用交织编码技术。
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移动通信第四章抗衰落技术
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移动通信第四章抗衰落技术
第四章 抗衰落技术
•分集接收技术包括两个方面： •1）分散传输：如何把接收到的信号分离成多个统计独 立的、 携带同一信息的衰落信号； •2）集中处理（合并）：怎样将这些多路分离信号合并 起来，使接收的有用信号能量最大，以降低衰落的影响。
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移动通信第四章抗衰落技术
•号
•加 •合并
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移动通信第四章抗衰落技术
第四章 抗衰落技术
•4.2 RAKE接 • 所谓RAKE接收收机，就是利用多个并行相关器检测多径
信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机。
• 一般的分集技术是把多径信号作为干扰来处理，而 RAKE接收机采取变害为利的方法，即利用多径现象来增强 信号。
• 将输入比特序列表示为下列多项式的系数：
•
S(D)=SK-1DK-1+SK-2DK-2+…+S1D+S0
• 设CRC校验比特的生成多项式(即用于产生CRC校验比特的 多项式)为：
•则校验比特对应下列多项式的系数：
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移动通信第四章抗衰落技术
• 生成多项式的选择不是任意的， 它必须使得生成的校验 序列有很强的检错能力。 常用的几个L阶CRC生成多项式为：
• *4.3.4 Turbo码
• 1993年 ， Berrou等人提出了一种新的编码结构，称 为“Turbo-codes”。在“1/2码率下信噪比Eb/N0= 0.7dB” 时可以取得“误比特率BER为10-5”的优异特性，与香农容 量极限仅0.7dB的差别。这是令当时信息论和编码界激动 人心的结果。
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移动通信第四章抗衰落技术
• Turbo码的编码器可以有多种形式， 如采用并行级联
卷积码（PCCC）和串行级联卷积码(SCCC)等。
u
c S
k
c
c
1P
c
c
P
2P
图4-19 PCCC编码器框图
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图4-21 SCCC的编码器结构
移动通信第四章抗衰落技术
第四章 抗衰落技术
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{S1} { S2} { S3}
编码 器
{S1,P1} {S2,P2,} {S3 ,P3}
移动通信第四章抗衰落技术
100
•输入mj=1 ， pj=1⊕0=1, 所以输出为 11； •输入mj+1=0， pj+1=mj+1⊕mj=0⊕1=1， 所以输出为 01； •输入mj+2=0，pj+2=mj+2⊕mj+1=0⊕0=0， 所以输出为 00。 •输入：100，输出：110100。
• 频率分集需要用两部以上的发射机（频率相隔 53kHz以上）同时发送同一信号，并用两部以上的独 立接收机来接收信号。它不仅设备复杂，频谱利用方 面不经济。
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移动通信第四章抗衰落技术
第四章 抗衰落技术
•c 时间分集
• 同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次 发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰 落将是彼此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行 合并，就能减小衰落的影响。
•外
•输 入
编码 器
•(N,
K)
•内
•调
编码
•制
器
•器
•(n, k)
•信 •解 •制
•道 •器
•内 解码
器
•(n, k)
•外
解码 器
•输 出
•(N, K)
• Turbo码：是一种特殊的链接码。它在两个并联或串联的编码器 之间增加一个交织器，使之具有很大的码组长度和在低信噪比条件 下得到接近理想的性能。
编码 器
{S1, S2, S3 ,C1, C2,C3, C4}
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移动通信第四章抗衰落技术
表4-3 奇 偶 校 验 码
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移动通信第四章抗衰落技术
▪ CRC码
•K个码元
•k个码元＋ L个校验码元＝N个码元
• CRC(循环冗余校验)根据输入信息比特序列(SK-1, SK-2, …, S1, S0)，通过CRC算法产生L位的校验比特序列 (CL-1, CL-2, …, C1, C0)。 • CRC算法如下：
•其中任一码组在传输中若发生一个或多个错码， 则将变成 另一信息码组。 这时， 接收端将无法发现错误。
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移动通信第四章抗衰落技术
• 若增加一个比特用3位码组来表示天气，那么3位码组就 有8种组合，我们限制只用其中四种来表示天气，其它码组 禁用，譬如：
•
000 = 晴 011 = 101 = 110 = 雨
• Turbo码采用反复迭代的译码方式，所以得名Turbo （英文：涡轮，反复迭代）码。由于Turbo码的优异性能， 广泛用于3G移动通信系统中。
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移动通信第四章抗衰落技术
• 由于分组码和卷积码的复杂度随码组长度或约束长度的增大 按指数规律增长，所以为了提高纠错能力，人们大多不是单纯的 增大一种码长度，而是将两种或多种简单的编码组合成为复合编 码。其中链接码是复合编码中的一种，包括一个内码和一个外码。
输出： 101101110000001110110010
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移动通信第四章抗衰落技术
▪ 卷积码
•k个码元
•m是约束长度 •n个码元
举例： 图为(2， 1)卷积码、 约束长度m=2的编码器和解码 器，设输入信息元序列为 100(1为先输入)，求编码以后的输 出。
监督码元：pj = mj⊕mj-1
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第四章 抗衰落技术
•三. 合并方式
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第四章 抗衰落技术
•1. 选择式合并
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第四章 抗衰落技术
•2. 最大比值合并
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第四章 抗衰落技术
•3. 等增益合并
• 极化分集可以看成空间分集的一种情况。
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第四章 抗衰落技术
•e 场分量分集
• 在移动信道中，EZ、HX、HY的分量是互不相关， 因此，通过接收三个场分量，也可以获得分集的效果。
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第四章 抗衰落技术
•f 角度分集
• 使电波通过几个不同路径，并以不同角度到达接 收端，而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线能分 离出不同方向来的信号分量，由于这些分量具有互相 独立的衰落特性，因而可以实现角度分集并获得抗衰 落的效果。
(10110111)
{10110111C0C2C3…..C15}
编码
器
•输入比特序列可表示为：S(D)=D7+D5+D4+D2+D1 (K=8)
•采用CRC-16 生成式： g(D)=D16+D15+D2+1 (L=16)
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移动通信第四章抗衰落技术
•= D9+D8+D7+D5+D4+D •= 0·D15+0·D14+0·D13+0·D12+0·D11+0·D10+1·D9+1·D8+1·D7+0·D6+1·D5 • +1·D4+0·D3+0·D2+1·D1+0
第四章 抗衰落技术
•二. 分集方式和方法 •移动通信中有两类分集方式： •1. 宏分集
•主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站” 分集。
•其做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通信）。
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•k个码元＋ L个校验码元＝N个码元
•举例：设信息序列长K=3， 校验序列长L=4；输入信息比 特为{S1, S2, S3}， 校验比特为{C1, C2,C3, C4}； • 校验的规则为： • C1=S1⊕S3, C2=S1⊕S2⊕S3, C3=S1⊕S2, C4=S2⊕S3。
{S1, S2, S3}
• 如果r(t)中包括多条路径，图中x(t)中的每一个峰值对应一 条多径。
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移动通信第四章抗衰落技术
第四章 抗衰落技术
• 为了将这些多径信号作有效合并，可将每一条多径通过延迟的 方法使它们在同一时刻达到最大，按照最大比的方式合并，就可得 到最佳的输出信号。
•一. 原理
•4.4 均衡技术
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4.1 分集接收 4.2 RAKE接收 4.3 纠错编码技术 4.4 均衡技术
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第四章 抗衰落技术
•4.1 分集接收
•一. 分集接收原理
• 将接收到的信号分离成多个衰落特性独立的 信号（携带同一信息），然后将这些多路分离信 号按一定规则合并起来，以降低信号电平起伏。
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移动通信第四章抗衰落技术
▪ 交织编码
• 交织编码不像分组码那样， 它不增加监督元， 亦即交织 编码前后， 码速率不变， 因此不影响有效性。 在移动信道 中， 数字信号传输常出现成串的突发差错， 因此， 数字化 移动通信中经常使用交织编码技术。
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第四章 抗衰落技术
•分集接收技术包括两个方面： •1）分散传输：如何把接收到的信号分离成多个统计独 立的、 携带同一信息的衰落信号； •2）集中处理（合并）：怎样将这些多路分离信号合并 起来，使接收的有用信号能量最大，以降低衰落的影响。
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•号
•加 •合并
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第四章 抗衰落技术
•4.2 RAKE接 • 所谓RAKE接收收机，就是利用多个并行相关器检测多径
信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机。
• 一般的分集技术是把多径信号作为干扰来处理，而 RAKE接收机采取变害为利的方法，即利用多径现象来增强 信号。
• 将输入比特序列表示为下列多项式的系数：
•
S(D)=SK-1DK-1+SK-2DK-2+…+S1D+S0
• 设CRC校验比特的生成多项式(即用于产生CRC校验比特的 多项式)为：
•则校验比特对应下列多项式的系数：
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移动通信第四章抗衰落技术
• 生成多项式的选择不是任意的， 它必须使得生成的校验 序列有很强的检错能力。 常用的几个L阶CRC生成多项式为：
• *4.3.4 Turbo码
• 1993年 ， Berrou等人提出了一种新的编码结构，称 为“Turbo-codes”。在“1/2码率下信噪比Eb/N0= 0.7dB” 时可以取得“误比特率BER为10-5”的优异特性，与香农容 量极限仅0.7dB的差别。这是令当时信息论和编码界激动 人心的结果。
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• Turbo码的编码器可以有多种形式， 如采用并行级联
卷积码（PCCC）和串行级联卷积码(SCCC)等。
u
c S
k
c
c
1P
c
c
P
2P
图4-19 PCCC编码器框图
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图4-21 SCCC的编码器结构
移动通信第四章抗衰落技术
第四章 抗衰落技术
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{S1} { S2} { S3}
编码 器
{S1,P1} {S2,P2,} {S3 ,P3}
移动通信第四章抗衰落技术
100
•输入mj=1 ， pj=1⊕0=1, 所以输出为 11； •输入mj+1=0， pj+1=mj+1⊕mj=0⊕1=1， 所以输出为 01； •输入mj+2=0，pj+2=mj+2⊕mj+1=0⊕0=0， 所以输出为 00。 •输入：100，输出：110100。
• 频率分集需要用两部以上的发射机（频率相隔 53kHz以上）同时发送同一信号，并用两部以上的独 立接收机来接收信号。它不仅设备复杂，频谱利用方 面不经济。
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第四章 抗衰落技术
•c 时间分集
• 同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次 发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰 落将是彼此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行 合并，就能减小衰落的影响。
•外
•输 入
编码 器
•(N,
K)
•内
•调
编码
•制
器
•器
•(n, k)
•信 •解 •制
•道 •器
•内 解码
器
•(n, k)
•外
解码 器
•输 出
•(N, K)
• Turbo码：是一种特殊的链接码。它在两个并联或串联的编码器 之间增加一个交织器，使之具有很大的码组长度和在低信噪比条件 下得到接近理想的性能。
编码 器
{S1, S2, S3 ,C1, C2,C3, C4}
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表4-3 奇 偶 校 验 码
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▪ CRC码
•K个码元
•k个码元＋ L个校验码元＝N个码元
• CRC(循环冗余校验)根据输入信息比特序列(SK-1, SK-2, …, S1, S0)，通过CRC算法产生L位的校验比特序列 (CL-1, CL-2, …, C1, C0)。 • CRC算法如下：
•其中任一码组在传输中若发生一个或多个错码， 则将变成 另一信息码组。 这时， 接收端将无法发现错误。
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移动通信第四章抗衰落技术
• 若增加一个比特用3位码组来表示天气，那么3位码组就 有8种组合，我们限制只用其中四种来表示天气，其它码组 禁用，譬如：
•
000 = 晴 011 = 101 = 110 = 雨
• Turbo码采用反复迭代的译码方式，所以得名Turbo （英文：涡轮，反复迭代）码。由于Turbo码的优异性能， 广泛用于3G移动通信系统中。
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• 由于分组码和卷积码的复杂度随码组长度或约束长度的增大 按指数规律增长，所以为了提高纠错能力，人们大多不是单纯的 增大一种码长度，而是将两种或多种简单的编码组合成为复合编 码。其中链接码是复合编码中的一种，包括一个内码和一个外码。
输出： 101101110000001110110010
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▪ 卷积码
•k个码元
•m是约束长度 •n个码元
举例： 图为(2， 1)卷积码、 约束长度m=2的编码器和解码 器，设输入信息元序列为 100(1为先输入)，求编码以后的输 出。
监督码元：pj = mj⊕mj-1
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•三. 合并方式
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第四章 抗衰落技术
•1. 选择式合并
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第四章 抗衰落技术
•2. 最大比值合并
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第四章 抗衰落技术
•3. 等增益合并
• 极化分集可以看成空间分集的一种情况。
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第四章 抗衰落技术
•e 场分量分集
• 在移动信道中，EZ、HX、HY的分量是互不相关， 因此，通过接收三个场分量，也可以获得分集的效果。
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第四章 抗衰落技术
•f 角度分集
• 使电波通过几个不同路径，并以不同角度到达接 收端，而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线能分 离出不同方向来的信号分量，由于这些分量具有互相 独立的衰落特性，因而可以实现角度分集并获得抗衰 落的效果。
(10110111)
{10110111C0C2C3…..C15}
编码
器
•输入比特序列可表示为：S(D)=D7+D5+D4+D2+D1 (K=8)
•采用CRC-16 生成式： g(D)=D16+D15+D2+1 (L=16)
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移动通信第四章抗衰落技术
•= D9+D8+D7+D5+D4+D •= 0·D15+0·D14+0·D13+0·D12+0·D11+0·D10+1·D9+1·D8+1·D7+0·D6+1·D5 • +1·D4+0·D3+0·D2+1·D1+0
第四章 抗衰落技术
•二. 分集方式和方法 •移动通信中有两类分集方式： •1. 宏分集
•主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站” 分集。
•其做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通信）。
PPT文档演模板
•k个码元＋ L个校验码元＝N个码元
•举例：设信息序列长K=3， 校验序列长L=4；输入信息比 特为{S1, S2, S3}， 校验比特为{C1, C2,C3, C4}； • 校验的规则为： • C1=S1⊕S3, C2=S1⊕S2⊕S3, C3=S1⊕S2, C4=S2⊕S3。
{S1, S2, S3}
• 如果r(t)中包括多条路径，图中x(t)中的每一个峰值对应一 条多径。
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第四章 抗衰落技术
• 为了将这些多径信号作有效合并，可将每一条多径通过延迟的 方法使它们在同一时刻达到最大，按照最大比的方式合并，就可得 到最佳的输出信号。
•一. 原理
•4.4 均衡技术