抗衰落和鏈路性能增強技術

第4章 抗衰落和鏈路性能增強技術

• 第4章 抗衰落和鏈路性能增強技術
  • 4.1 引言、直接序列擴頻原理
    • 學習重點及要求
      • 直接序列擴頻技術原理；直接序列擴頻技術抗多徑衰落原理；RAKE接收機原理
      • 分集接收技術的指導思想；獲得多個衰落獨立的信號的常用的幾種方法：頻率分集、時間分集和空間分集；對衰落獨立信號的處理方式：選擇合并、最大比值合并和等增益合并以及它們的性能。
      • 信道編碼在移動通信中的應用；線性分組碼、卷積碼的編譯碼原理；
      • 掌握信道時域均衡的基本原理；移動通信中所采用的自適應均衡技術的基本概念。
      • 理解AMC和HARQ兩種自適應鏈路性能增強技術的基本原理
    • 分集接收
      • 基本思想：把接收到的多個衰落獨立的信號加以處理，合理地利用這些信號的能量來改善接收信號的質量。
      • 作用：充分利用接收信號的能量，減小在平坦性衰落信道上接收信號的衰落深度和衰落的持續時間。
    • 信 道 編 碼
      • 基本思想：通過引入可控制的冗余比特，使信息序列的各碼元和添加的冗余碼元之間存在相關性。在接收端信道譯碼器根據這種相關性對接收到的序列進行檢查，從中發現錯誤或進行糾錯。
      • 作用：盡量減小信道噪聲或干擾的影響，是用來改善通信鏈路性能的技術。
    • 信 道 均 衡
      • 當傳輸的信號帶寬大于無線信道的相關帶寬時，信號產生頻率選擇性衰落，接收信號就會產生失真，它在時域表現為接收信號的碼間干擾。
      • 所謂信道均衡就是在接收端設計一個稱之為均衡器的網絡，以補償信道引起的失真。
      • 均衡器的參數必須能跟蹤信道特性的變化而自行調整。
    • 鏈路自適應技術
      • 由于無線信道的特性是復雜的，包含了時、頻、空三維的衰落。如果能夠根據信道的特性自適應地調整傳輸速率，在信道條件好時提高傳輸速率，信道條件差時降低傳輸速率，那么就可以有效地提高平均吞吐量。
    • 擴 頻 通 信
      • 4.2.1?? 擴頻通信原理
        • 擴頻通信是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬
        • 頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調制的方法來實現的，與所傳信息數據無關
        • 在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數據
        • 擴頻通信的兩大特點：偽隨機編碼調制－－擴頻；信號相關處理－－解擴
        • 擴頻信號的三大特性：擴頻信號是不可預測的偽隨機的寬帶信號；擴頻信號帶寬遠大于欲傳輸數據（信息）帶寬；接收機中必須有與寬帶載波同步的副本
      • 4.2.2?? 偽隨機（PN）序列
        • 1
      • 4.2.3? 抗多徑干擾和RAKE接收機?
        • 抗多徑干擾
        • 多徑分離接收機(RAKEreceiver)
          • 利用各多徑信號分量的能量，改善接收信號的質量
          • 信號的頻譜擴展使信號獲得了頻率分集的好處
          • 多徑信號的分離接收也是一種時間分集
          • RAKE接收機的原理圖如下
      • 4.2.4? 跳頻擴頻通信系統FHSS
        • 基本概念：跳頻擴頻就是使窄帶數字已調信號的載波頻率在一個很寬的頻率范圍內隨時間跳變，跳變的規律稱作跳頻圖案；接收機也按照這規律同步跳變調諧；跳頻的規律實際上是可以重覆的偽隨機序列；瞬時帶寬B；跳頻信號的總帶寬W；跳頻系統的抗干擾性能和在GSM系統的應用；跳頻處理增益—GH=W/B=N；跳頻系統具有碼分多址和頻帶共享的組網能力；一般采用FSK的數字調制方式和非相干解調；跳頻器由PN碼發生器和頻率合成器組合而成，完成擴頻和解擴；慢跳頻和快跳頻；在擴頻信號帶寬比較寬的情況下，跳頻擴頻比直接序列擴頻更容易實現。
  • 4.2 M序列、GOLD序列、WALSH碼
    • m序列的含義：m序列是最長線性移位寄存器序列的簡稱。顧名思義，m序列是由多級移位寄存器或其延遲元件通過線性反饋產生的最長的碼序列。在二進制移位寄存器中，若n為移位寄存器的級數，n級移位寄存器共有2n個狀態，除去全零狀態外，還剩下2n-1種狀態，因此它能產生的最大長度的碼序列為2n-1位。故產生m序列的線性反饋移位寄存器稱做最長線性移位寄存器。?
      • m序列的產生
      • 產生m序列的移位寄存器的電路結構，即反饋線連接不是隨意的，m序列的周期P也不能取任意值，而是必須滿足: n是移位寄存器的級數
      • m序列的特性
      • m序列的功率譜
    • Gold序列?
      • 雖然m序列有優良的自相關特性，但是使用m序列作CDMA（碼分多址）通信的地址碼時，其主要問題是由m序列組成的互相關特性好的互為優選的序列集很少，對于多址應用來說，可用的地址數太少了。而Gold序列具有良好的自、互相關特性，且地址數遠遠大于m序列的地址數，結構簡單，易于實現，在工程上得到了廣泛的應用。
      • Gold序列是m序列的復合碼，它是由兩個碼長相等、碼時鐘速率相同的m序列優選對模二和構成的。其中m序列優選對是指在m序列集中，其互相關函數最大值的絕對值最接近或達到互相關值下限（最小值）的一對m序列。這里我們定義優選對為：設A是對應于n級本原多項式f（x）所產生的m序列，B是對應于n級本原多項式g（x）所產生的m序列，當他們的互相關函數滿足：
    • Walsh碼
  • 4.3 分集技術
    • 概述：分集接收是抗衰落的有效措施之一 分集技術可以分為宏觀分集和微觀分集；? 宏觀分集 ——陰影衰落； 微觀分集 ——微觀衰落；合并技術 ——獲得M個相互獨立的多徑信號分量，然后對它們進行處理以獲得信噪比的改善
    • 宏 觀 分 集
    • 微 觀 分 集
      • 時間分集：移動的時間足夠長（或移動的距離足夠大），大于信道的相干時間。
      • 頻率分集：兩個載波的間隔大于信道的相干帶寬。
      • 空間分集：相隔足夠大的距離。實際測量表明，通常在市區，取d=0.5λ，在郊區可以取d=0.8λ
    • 分集的合并方式及性能
      • 選擇合并
      • 最大比值合并
      • 等增益合并
      • 性能比較
      • 分集對數字移動通信誤碼的影響
  • 4.4 線性分組碼、卷積碼
    • 分 組 碼：二進制分組碼編碼器的輸入是一個長度為k的信息矢量a=(a1,a2,….ak),它通過一個線性變換，輸出一個長度等于n的碼字C
      • 式中G為k×n的矩陣，稱作生成矩陣。Rc=k/n稱作編碼率。長度等于k的輸入矢量有2k個，因此編碼得到的碼字也是2k個。這個碼字的集合稱作線性分組碼，即(n, k) 分組碼。
        • 對一個分組碼的生成矩陣G，也存在一個(n-k)×n矩陣H滿足
      • (n，k)線性碼對接收碼字的譯碼步驟：計算伴隨式 ST=HRT; 根據伴隨式撿出錯誤圖樣e； 計算發送碼字的估值
    • 卷積碼
    • 維特比譯碼的基本原理
  • 4.5 交織技術、均衡技術基本原理、非線性均衡
    • 交織技術 ： 在移動通信這種變參信道上，持續較長的深衰落會影響到相繼一串的比特，使比特差錯常常成串發生。然而，信道編碼僅能檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串。為了解決成串的比特差錯問題，則需要聯合使用交織技術。交織技術可分為塊交織、卷積交織和隨機交織；n交織技術就是把一條消息中的相繼比特分散開的方法，即一條信息中的相繼比特以非相繼方式發送，這樣即使在傳輸過程中發生了成串差錯，恢復成一條相繼比特串的消息時，差錯也就變成單個（或者長度很短）的錯誤比特，這時再用信道編碼（FEC）糾正隨機差錯
    • 交織器中最常用的結構是分組結構；v這種交織器把待編碼的m×n個數據位放入一個m行n列的矩陣中，即每次是對m×n個數據位進行交織
    • 均衡技術基本原理
    • 評價均衡器性能的準則
    • 迫零算法
    • 非線性均衡器
      • 判決反饋均衡器DFE
      • 最大似然估計均衡器MLSE
  • 4.6 自適應均衡、AMC、HARQ
    • 自適應均衡器
    • • 自適應均衡器的工作模式
        • 訓練模式
        • 跟蹤模式
      • 自適應均衡器工作過程
        • 均衡器開關置1，也產生同接收端相同的訓練序列。
        • e(n)和x(n)作為某種算法的參數，把均衡器的系數ck調整到最佳，使均衡器滿足峰值畸變準則或均方畸變準則。此階段均衡器的工作方式就是訓練模式。
        • 在訓練模式結束后，發送端發送數據，均衡器轉入跟蹤模式，開關置2位置。
    • 鏈路自適應技術
      • 自適應調制編碼（AMC）
        • AMC技術的系統結構
        • AMC技術特點
          • AMC技術隨信道狀態的變化而改變數據傳輸的速率，不能保證數據固定的速率和延時，僅適用于對數據率和延時沒有要求的分組交換業務
          • AMC技術發射功率保持恒定，從而避免了功率控制技術中存在的“遠近效應”，提高了系統平均吞吐量。
          • AMC技術發射功率保持恒定，克服了一個用戶對其它用戶的干擾的變化問題，可以降低網絡中的干擾量，從而提高了系統的吞吐量
          • AMC技術和數據包調度算法結合使用時，選擇小區內當前載干比最大的用戶傳輸數據，可以得到一定的快衰落波峰增益
        • AMC技術關鍵問題
          • 信道預測的準確性
          • 反饋過程中的誤差和延時
          • MCS 切換門限值的確定
      • 混合自動請求重傳（HARQ）
        • 差錯控制技術分類
          • 重傳反饋（ARQ）
          • 前向糾錯（FEC）
          • 混合自動重傳請求（HARQ）
        • HARQ的系統結構
        • HARQ的重傳機制
          • 停止等待型（SAW）
          • 回退N步型（GBN）
          • 選擇重傳型（SR）
        • HARQ重傳數據幀的構成
          • （1）重傳相同數據的HARQ：Type-IHARQ 就是采用的這種方式，它是單純的把ARQ和FEC相結合，在發送端發送糾錯碼，在接收端譯碼并糾正錯誤，如果錯誤在糾錯碼的糾錯范圍內并成功譯碼則發送一個ACK應答幀，反之則發送一個NACK應答幀，同時丟棄出錯的幀。在重發時仍然發送相同的數據幀，攜帶相同的冗余信息。
          • （2）重傳不同數據的HARQ：Type-II HARQ和Type-III HARQ都屬于這種方式。這時重傳的數據又有全冗余和部分冗余之分。冗余指的是編碼帶來的校驗比特，那么全冗余的意思就是重傳的數據幀是與上一幀位置不完全相同的校驗比特，并且不再發送信息位，而部分冗余就是說重發的數據幀既包括信息位又包括與上一幀位置不完全相同的校驗比特。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的移动通信原理学习笔记之三——抗衰落和链路性能增强技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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