抗衰落技术
2019-10-28 04:17:41 0 举报AI智能生成
移动通信第三章课程总结
作者其他创作
大纲/内容
扩频通信技术
概念
传输带宽远大于被传送信息的原始带宽
传输带宽主要由扩频函数决定，扩频函数是不
可预测的伪随机的宽带信号
可预测的伪随机的宽带信号
接收端中用与发射端扩频函数同步的副本实现
相关解扩
相关解扩
理论依据
香农定理:C=Blog2(1+S/N)
性能指标
扩频处理增益
干扰容限
优点
抗干扰/噪声
抗多径衰落
子主具有保密性
功率谱密度低
具有隐蔽性和低的截获概率
可多址复用和任意选址
高精度测量
工作方式
直接序列扩频（DS-SS）
伪随机序列
m序列
产生
PN序列：伪噪声序列
m序列发生器
特征多项式
性质
均衡特性
在m序列中一个周期内“1”的数目比“0”的数目多 1位
游程特性
在一个序列周期中连续排列的且
取值相同的码元的合称，在一个游程中码元的个数
称为游程长度。
取值相同的码元的合称，在一个游程中码元的个数
称为游程长度。
m序列和其位移序列模2加后仍为m序列
相关特性
相关函数
Ra,b(n)=(A-D)/(A+D)
自相关特性
Ra,a(n)
1 n=lN,L=0,1,-1,2,-2,...
-1/N 其余n
互相关特性
互相关值→0，差别大；减小多址干扰MAI
互相关值→∞，差别小
功率谱
离散谱
抽样函数的(sinx/x)^2包络
带宽取决于码元长度
Gold码
构成
m序列的组合码，由优选对的两个m序列逐位模2加得到
性质
长度为N的一个优选对可以构成N个Gold码，
这N个Gold码加上m1和m2，共N+2个码。它们之中
任何两个码的周期性互相关函数也是三值函数；
这N个Gold码加上m1和m2，共N+2个码。它们之中
任何两个码的周期性互相关函数也是三值函数；
Gold码的个数比m序列数多得多，并且它们
具有优良的自相关和互相关特性，完全可以满足
实际工程的需要
具有优良的自相关和互相关特性，完全可以满足
实际工程的需要
Gold码的周期性自相关函数也是三值函数
Gold序列的互相关峰值、旁瓣与主瓣之比都比
m序列小得多
m序列小得多
Walsh（沃尔什）函数
构成
哈达玛矩阵
性质
相互正交
缺点
自相关特性不很理想
频谱的旁瓣值较大，旁瓣峰值有时甚至和主
瓣峰值一样高；这样不但不利于系统的同步捕
获，而且容易产生假同步。
瓣峰值一样高；这样不但不利于系统的同步捕
获，而且容易产生假同步。
各码组由于所占频谱带宽不同等
原因, 因而不能作为扩频码
原因, 因而不能作为扩频码
抗窄带干扰的能力
抗多径干扰
跳变频率扩频（FH-SS）
本质
频率分集
减小瑞利衰落
跳频
载波信号的频率随时间而变化
在每个跳频点上的瞬时通信实际上还是窄
带通信
带通信
跳频是靠“躲避”干扰来提升抗干扰性能
的
的
抗同频干扰
跳变时间扩频（TH-SS）
宽带线性调频
混合方式
DS/FH、DS/TH、DS/FH/TH
应用
蜂窝通信系统
CDMA技术体制（DS）
GSM（FH）
无线局域网
IEEE802.11b（DS、FH）
蓝牙（FH）
军事通信系统
卫星导航、测距
分集技术
含义
分散传输
使收端获得多个统计独立并携带同一
信息的衰落信号。
信息的衰落信号。
集中处理
使相互独立的衰落信号进行合并，以
降低深度衰落的概率。
降低深度衰落的概率。
分类
宏分集
能克服由于阴影效应或地形影响而产生的
慢衰落。
慢衰落。
微分集
空间分集
实现：两个位置的距离大到一定程度，则两处所
信号的衰落是不相关的。
信号的衰落是不相关的。
频率较高时（f≥800MHz），空间分集较容易实现
两副天线距离d的要求
市区 d=0.5λ
郊区 d=0.8λ
时间分集
实现：为了使重复传输的数字信号具有独立的特性，
必须保证数字信号的重发时间间隔满足以下关系：ΔT>=1/2fm=1/2(v/y)
必须保证数字信号的重发时间间隔满足以下关系：ΔT>=1/2fm=1/2(v/y)
应用：主要用于在衰落信道中传输数字信号；有利
于克服移动信道中由多普勒效应引起的信号衰落现象。
于克服移动信道中由多普勒效应引起的信号衰落现象。
频率分集
实现：多个载频上传送信号，载频间隔大
于相干带宽B=1/2πΔ
于相干带宽B=1/2πΔ
极化分集
实现：收发端用不同极化的天线分别发送和
接收信号，以获得分集效果。
接收信号，以获得分集效果。
合并技术
选择式合并（SC）
最大比值合并MRC
等增益合并EGC
信道编码技术
原因
移动信道是变参信道，会引起随机错误与突发错
误
误
目的
信道编码是为了保证信息传输的可靠性、提高传
输质量而设计的一种编码
输质量而设计的一种编码
基本原理
在信息序列中按一定的规则附加若干监督码元，
以便对信息传输（或存储）起检错与纠错作用
以便对信息传输（或存储）起检错与纠错作用
码字：信息码元与冗余码元一起构成的消息块
码距：两个码字中对应码元不相同的数目。如果是二进制码，又称为汉明距。
最小码距(d0）：某种编码中各个码字之间距离的最小值
与纠错能力的关系
(1) 检测e个随机错误，则要求码的最小距离
d0≥e+1;
d0≥e+1;
(2) 纠正t个随机错误， 则要求码的最小距离
d0≥2t+1;
d0≥2t+1;
(3) 纠正t个同时检测e个随机错误，则要求码
的最小距离d0≥t+e+1，(e>t)。
的最小距离d0≥t+e+1，(e>t)。
本质
增加码距（码距实际代表了纠检错能力）
纠错码为什么具有纠检错能力？
引入了冗余度
冗余度↑ 可靠性↑ 信息传输速率↓有效性↓
纠错编码的性能
冗余度↑ 信息传输速率↑ （即带宽↑） 信噪
比↓
比↓
分类
按码组功能分：检错码和纠错码
按加入冗余码元方式：线性码和非线性码
按码组结构分：分组码和卷积码
按纠错能力分：纠随机错和纠突发错
应用
GSM 和IS-95
卷积码
3G
话音: 卷积码
数据: 卷积码, TURBO 码
4G
话音:（咬尾）卷积码
数据: TURBO 码
5G
控制: Polar码
数据: LDPC码
线性分组码（n,k）
CRC校验
应用
前向业务信道、半速率前向业务信道、前向链路的同步信道、寻呼信道和其他逻辑信道
条件
一个有效的“循环冗余码”应具有：必须正
好比给定的除数少一位，附加到数据串后必
须使新形成的位串能被该除数完全除尽
好比给定的除数少一位，附加到数据串后必
须使新形成的位串能被该除数完全除尽
步骤
计算x^(n-k)* m(x)
计算x^(n-k) m(x)/g(x),得余式r(x)
得到码字多项式 A(x)=x^(n-k) m(x)+ r(x)
译码
按照分组码译码步骤进行
由于采用了线性移位寄存器，使得译码
简化
简化
卷积码
基本概念
卷积码的监督码元与当前码元和前若干码元有关
卷积码编码器（n，k，m）
m表示移位寄存器个数
k表示输入开关个数
n表示输出的开关个数
约束长度：l =m+1，
编码效率为 R = k/n
描述
解析法
用数学公式直接表达
离散卷积法
码生成多项式法
图形法
图形法
状态图
网格图
交织编码
原理：改造信道
实现方式
块交织
帧交织
随机交织
混合交织
作用
交织常与重复或信道编码相结合，是一种对抗突发错误的时间分集形式
信道编码技术更易于纠正随机错误，交织技
术可以在把信道中的突发错误分散成随机错误；
而衰落是移动通信中引发突发错误的主要因素
术可以在把信道中的突发错误分散成随机错误；
而衰落是移动通信中引发突发错误的主要因素
小结
在交织和去交织过程中会产生附加
处理时延。它本身并不具备信道编码检、纠错
功能，仅起到信号预处理的作用。
处理时延。它本身并不具备信道编码检、纠错
功能，仅起到信号预处理的作用。
Turbo码
组成
(1). 直接输入
(2). 经过编码器1，再经过删余矩阵后送入复接器；
(3). 经过随机交织器，编码器2，再经过删余矩阵送
入复接器
入复接器
RAKE接收机
主要手段
扩频信号设计与RAKE接收
的信号处理手段
的信号处理手段
实际
移动通信中由于用户的随机移
动性，接收到的多径分量的数量、大小(
幅度)、时延(到达时间不同)、相位均为
随机变量，因此合成后的合成矢量亦为一
个随机变量
动性，接收到的多径分量的数量、大小(
幅度)、时延(到达时间不同)、相位均为
随机变量，因此合成后的合成矢量亦为一
个随机变量
方法
设计适当扩频比的扩频信号，利用扩频信号设计将各
条路径信号加以分离
条路径信号加以分离
设计适当扩频比的扩频信号，利用扩频信号设计将各
条路径信号加以分离
条路径信号加以分离
再利用RAKE接收将被分离的各条路径
信号相位校准、幅度加权，并将矢量和变
成代数和
信号相位校准、幅度加权，并将矢量和变
成代数和
本质
时间分集、多径分集
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