第5讲分集技术

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1、上讲内容（1）：FIR模型的系统辩识l l关键问题是探测信号的选取（MacWilliams和Sloane 1976证明应选取伪噪声序列）Z-1Z-1Z-1+hn0hnp-1wnunhn1zn1 1本讲内容l l分集概念l l分集的好处分集的好处l l分集原理分集原理l l分集方式分集方式l l合并方式合并方式l l分集失效因素分集失效因素l l分集性能改善的衡量分集性能改善的衡量l l天线发射分集l l原理原理l l发送分集的方式发送分集的方式2 2分集的好处l l分集是克服无线信道多径衰落最为有效的技术l l降低功率要求提高了覆盖，延长了电池寿命降低功率要求提高了覆盖，延长了电池寿命l l低

2、信号断线率改善了语音质量和切换性能（宏低信号断线率改善了语音质量和切换性能（宏分集）分集）l l降低的衰落储备直接转化为更好的重用因子，降低的衰落储备直接转化为更好的重用因子，即提高了系统容量即提高了系统容量l l不会在接收机单元增加无节制的复杂度3 3分集原理l l分集的原理分集的原理l l分集接收机利用从不同信道（分集接收机利用从不同信道（分集支路分集支路）接收到的同）接收到的同一信号的一信号的复制复制来保持总信干噪比在可以接受的最小水来保持总信干噪比在可以接受的最小水平之上平之上l l一条支路上的传输可能失败，但是所有支路上的传输一条支路上的传输可能失败，但是所有支路上的传输不可能同时失

3、败（一个接收机有越多的可用支路，整不可能同时失败（一个接收机有越多的可用支路，整个通信链路的抗噪声和误码率性能就越好）个通信链路的抗噪声和误码率性能就越好）4 4分集的原理（1）无线信道PTSINR05 5分集的原理（2）无线信道PTNSINR06 6分集的原理（3）无线信道PTSINR0/MSINR07 7分集方式（1）l分集支路信号的来源l天线分集（空间选择性）l时间分集（时间频率选择性）8 8分集方式（2）l l天线分集l l空间分集：接收机拥有很多类似的天线，每根空间分集：接收机拥有很多类似的天线，每根天线为无线通信提高了一个分离的无线信道，天线为无线通信提高了一个分离的无线信道，其方

4、向图和极化方式都是一样的其方向图和极化方式都是一样的l l极化分集：接收端天线极化方式不同极化分集：接收端天线极化方式不同l l方向图分集：方向图分集使用不同的方向图方向图分集：方向图分集使用不同的方向图l l发射分集：使用多天线控制接收端所经历的衰发射分集：使用多天线控制接收端所经历的衰落（闭环发送分集需要在接收端反馈信道状态）落（闭环发送分集需要在接收端反馈信道状态）9 9分集方式（3）l l时间分集l l频率分集：一般使用于OFDM或跳频扩频l l码分集：获得抗信道频率选择性的多个信号分支方法。例如RAKEl l时间隐分集：克服时变信道衰落的一种方法。如交织纠错编码、ARQ1010分集失

5、效l l信号相关性l l不等的平均功率/主支路：一个支路包含很高的平均功率，其他支路仅有很少的功率来克服主支路的衰落 l l其它需满足的条件l l宽带宽带l l多天线多天线l l闭环反馈闭环反馈1111分集性能改善的衡量l l平均信噪比改善l l误码率l l分集增益l l香农信道容量l l解析方法仿真方法1212GSM手机的误码率l l求平均信噪比为求平均信噪比为15dB15dB瑞利信道瑞利信道GSMGSM接收机的误码率接收机的误码率1313衰落信道的分集增益l l使用分集和不使用分集的系统分别达到相同目标误码率的信噪比之间的差异，通常以dB为单位l积累增益和抗衰落增益l l在QPSK方式时，

6、随着分集支路的增加，分集增益减小1414合并方式（1）l l增益合并l l开关式合并l l纯选择性合并l l门限选择1515合并方式（2）l增益合并l l最大比合并l l等增益合并1616用MRC实现ML接收机（1）1717用MRC实现ML接收机（2）1818最大比合并后的BPSK误码率（1）1919最大比合并后的BPSK误码率（2）2020衰落信道的信道容量l l影响接收机性能的因素除了调制方式外，还包括交织、纠错编码等l l信道容量极限是另一种量度l l与求衰落信道中接收机误码率方法相同21213G系统中的例子l l上行多天线分集接收l l下行发送分集l l软切换更软切换中的下行宏分集l

7、l软切换中的上行宏分集l l更软切换中的上行宏分集l lRAKE接收机l l交织和前向纠错码l lARQHARQ2222发射分集方式l l开环方式（空时分组码）l l发射端不需要知道信道信息发射端不需要知道信道信息l l无反馈回路，典型的空间发射分集无反馈回路，典型的空间发射分集l l闭环方式（利用信道状态信息）l l发射端需要知道信道信息发射端需要知道信道信息l l利用上行信道从移动台向基站利用上行信道从移动台向基站及时及时报告信道信报告信道信息，用于发射加权。息，用于发射加权。l l闭环发射分集信号在接收端的平均闭环发射分集信号在接收端的平均SINRSINR是开环是开环发射分集信号在接收端

8、的平均发射分集信号在接收端的平均SINRSINR的两倍的两倍2323采用发射分集的原因采用发射分集的原因l l由于移动台体积、接收分集条件不满足，多套射频通道的代价高，成本受限l l基站的设备可多个移动台共用l l主要提供额外的可用径，对抗慢衰落造成影响l l代价：增加多址干扰，多使用了正交码2424cdma2000与WCDMA发射分集方式l lcdma2000l lOTDOTD（Orthogonal Transmit DiversityOrthogonal Transmit Diversity ）l lSTSSTS（Space-Time SpreadingSpace-Time Spreadi

9、ng）l lWCDMAl lSTTDSTTD（Space-Time Transmit DiversitySpace-Time Transmit Diversity）l lTSTDTSTD（Time Switched Transmit DiversityTime Switched Transmit Diversity）l l两种闭环方式两种闭环方式两种闭环方式两种闭环方式2525OTD2626STS2727STTD发射端框图2828STTD编码2929STTD接收端及解码3030STTD结论l lSTTD增益随着车速的增加而不断减少l lSTTD增益随着径数的增加而不断减少3131闭环发射分集l

10、 l方式一l l只对发射天线的相位进行调整，不对发射天线只对发射天线的相位进行调整，不对发射天线的幅度进行调整的幅度进行调整l l方式二l l既对发射天线的相位进行调整，也对发射天线既对发射天线的相位进行调整，也对发射天线的幅度进行调整的幅度进行调整3232闭环发射分集组成图3333闭环发射分集发射端3434闭环发射分集接收端3535闭环发射分集的权值计算UE接收功率为：使上式最大的最优权值向量就是R最大特征值所对应的特征向量准则：在发射信号功率恒定时，使接收信号功率最大（接收端噪声功率恒定）上式可以改写为：3636闭环发射分集原理对于单径情况，最大特征值所对应的特征向量为：对于多径情况，最大

11、特征值所对应的特征向量为：3737闭环发射分集模式1如果 ，发命令0，如果 ，发命令1。UE:，其中UTRAN:Slot#01234567891011121314FSM01，其中3838闭环发射分集模式2FSMphFSMpoMSBLSBFSMpoPower_an1 Power_an2010.20.80.80.2FSMphPhase difference0000010110101101111011003939闭环发射分集模式2Slot 4mSend b3(4m)Slot 4m+1Slot 4m+2Slot 4m+3Send b2(4m+1)Send b1(4m+2)Send b0(4m+3)16

12、 values8 values4 values2 valuesUE：UTRAN：4040闭环发射分集模式2的实现方案l l时隙时隙4m4m：l l计算计算 或或 虚部，大于虚部，大于0 0，发，发 11；小于；小于0 0，发，发 00。l l时隙时隙4m+14m+1：l l计算计算 或或 实部，大于实部，大于0 0，发，发 11；小于；小于0 0，发，发 00。l l时隙时隙4m+2:4m+2:l l计算计算 或或 实部和虚部。如果实部绝对值大于虚实部和虚部。如果实部绝对值大于虚部绝对值，发部绝对值，发 11；如果实部绝对值小于于虚部绝对值，发；如果实部绝对值小于于虚部绝对值，发 00l l时隙时隙4m+34m+3：l l如果如果 或或 ，发，发 11；如果；如果 或或 ，发，发 004141结论l l分集径数很少、且低速移动的热点微小区如会议中心、飞机场、写字楼l l仅存在单个强径，如高楼形成的街道l l交织器纠错码方案基本失效4242参考书l lGregory D.Durgin，“空时无线信道”，西安交通大学出版社4343