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论文题目： CDMA系统中分集技术的研究

论文编号： lw200702101958091478

论文属性：博士毕业论文

论文国籍：

论文语言：中文

登出日期： 2007-02-10

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信（特别是陆上移动通信）中，由于移动台的不断运动，导致接收信号强度和相位随时间、地点的不同而不断变化，场强衰落有时可达几十分贝，例如在城市环境中，一辆高速行驶的车辆上的移动台，其接收信号在一秒针之内的显著衰落可达数十次。这种衰落严重破坏信号的传输质量，影响通信的可靠性。
如何在恶劣的传播条件下保持可以接受的传输质量呢？必须采取各种技术措施来抵消电波衰落造成的不利影响，目前采用的技术有：分集、扩频/跳频、均衡、交织和纠错编码等。另外，信号的传输方式，如调制方式，对信道中的衰落也有一定的适应能力，许多抗衰落的实用技术已经成功地应用于各种移动通信系统。
这些抗衰落的技术并不是凭空想象的，必须基于对无线信道的研究。无线信道的研究成果往往用两种方式给出：一是对移动环境中电波传输特性给出某种统计描述，电波衰落特性的统计规律为研究移动信道抗衰落技术提供了基本依据；二是建立电波传播模型，包括图表、近似计算公式等，也可通过计算机建立模型。应用电波传播模型可对无线电波在传播中的损耗进行预测，直接为系统工程服务。
在移动通信系统的设计过程中，一般遵循以下步骤：首先，弄清电波在传输过程中可能发生的变化以及变化的原因；其次，弄清对于特定的无线传输技术，这些变化对传输质量和系统性能的影响；最后，确定用什么方法或技术来克服这些不利影响。
因此，本文虽然主要研究分集技术，但也必须了解相关的传输信道及其对传输质量和系统性能的影响，同时对其他方法也要有所了解。
§1.2.1 无线传播的基本特征
陆地无线移动信道是一种时变信道，当无线信号通过时，会受到很多方面的损害，根据其对传输信号的作用，可以归纳为三类[4]，下面分别予以介绍。
接收信号的功率用公式表示为
(1-1)
式中表示移动台与基站的距离。表明接收信号功率是距离的函数，矢量表示了距离的方向性。当移动台运动时，距离又是时间的函数，因此式（1-1）可以表示成功率关于时间的函数。对于接收信号而言，知道其功率与知道其场强和幅度是等效的。
式（1-1）是信道对信号作用的一般表达式。式中的每一项代表一种衰落损耗。
1. 自由空间传播损耗与弥散，用表示，其中n=3~4。
2. 阴影衰落，用表示。这是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波遮蔽所引起的衰落。
3. 多径衰落，用表示。这是由于移动环境的多径传输二引起的衰落，多径传输是移动信道中最具特色的部分。
上述三种效应表现在三种不同的距离范围内，
1. 在几十个波长范围内，接收信号场强的瞬时值呈现快速变化的特征。这就是多径衰落，其衰落特性符合Rayleigh分布，这种衰落由于衰落速度较快，由可称为快衰落或短期衰落（short-term fading）。在几十波长范围内对信号求平均，可得到短期中值。
2. 在几百波长的范围内，信号的短期中值也出现缓慢变化的特征，这就是阴影衰落，其衰落特性符合对数正态分布。这种衰落的速率较慢，又称做慢衰落。在较长的范围内对短期中值求平均可以得到长期中值。
3. 长期中值随基站的距离而变，其衰减特性一般服从率。它体现的是以公里计的较大范围内的接收信号的变化特性。
从无线系统工程的角度看，传播损耗和阴影衰落主要影响到无线区的覆盖，通过合理的设计，其不利影响总是可以消除的，而多径衰落严重影响信号的传输质量，并且是不可避免的，只能通过抗衰落技术来减少其影响。
陆地移动信道的主要特征是多径传播，因此研究无线多径传播的基本特征是非常必要的，只有在了解多径衰落的基础上，才能提出解决办法。无忧论文【http://www.uklunwen.com】 §1.2.2 多径传播的基本特征
在移动传播环境中，到达移动台天线的信号不是从单一路径来的，而是从许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而来自各个路径的反射波的到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，会因同相叠加而增强，因反向叠加而减弱，从而引起接收信号的幅度急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由于多径引起的，称为多径衰落。
在实际环境中，尤其是城市地区，由于存在各种建筑物，接收信号中含有大量反射波。环境虽然复杂，但并不是毫无规律可循，一般在离基站较远、反射物较多的地区，符合以下假设：
1．发射机与接收机之间没有直射波通路；
2．有大量反射波存在，到达接收天线的方向角是随机的，相位也是随机的，在之间均匀分布；
3．各个反射波的幅度和相位都是统计独立的。
在这种情况下，接收信号包络的衰落服从Rayleigh分布，因而多径衰落通常又称为Rayleigh衰落。
在距离基站较近的区域中，通常有较强的直射波，这样就存在占支配地位的信号。理论上可以证明，当存在占支配地位的分量时，大量随机变量之和服从Rician分布。在微蜂窝环境中进行电波传播测试，并做统计分析，所得结果也表明，在有直射波存在的条件下，接收信号幅度服从Rician分布。
有一点需要说明，移动信道的多径效应引起的多径衰落具有空间分布特征。在三维空间中，由于大量反射波相互干涉，形成不同衰落深度的空间梯度分布。有的区域衰落深一些，有的区域衰落浅一些。可以做这样的比喻，在电波覆盖的空间，分布着许多深浅不同的洞，移动台的接收天线一旦进入洞内，接收信号就会发生不同深度的衰落。在城市移动环境中，当接收信号恶劣时，也许移动台稍微移动一点位置，接收信号立刻变好了，这是由于接收天线稍做移动即离开了深度衰落区域的缘故。
还有一类是限定空间的无线传输环境，是指电波传播的非自由空间。例如高楼大厦的室内、地下商业街、地铁和隧道等。在这些场所，空间的大小和形状、墙体的厚度和材料、同时使用的用户密度等等，诸多因素影响着信号的传输，很难建立统一的信道模型，必须通过测试来确定。有时还会采取一些特殊的方式，以实现信号的覆盖。例如，在隧道中，可以用天线辐射方式或同轴电缆泄露电波的LCX方式。不同的方式效果不同，天线辐射方式在没有汽车行驶时，测得的信号还比较好，但有行驶的汽车等障碍物时，整个隧道内的电波会产生很深的衰落。如果隧道侧面敷设LCX辐射电波时，延隧道方向接收的信号会非常平稳。
从上面的介绍我们可以看出，无线信道是复杂多变的，但多径衰落是其最主要的特征，那么应该采用什么技术来提高系统的抗多径性能呢？
§1.3抗多径技术
由于多径衰落严重影响了信号传输的质量，因此对抗多径衰落技术的研究一直倍受关注，已经有很多研究成果，主要包括：自适应均衡、跳频/扩频、交织和分集技术等。其中主要且行之有效的技术之一是分集技术。
1. 自适应均衡技术
均衡技术是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道相反的特性，用来抵消由于多径传播引起的时延扩展所造成的码间干扰。由于信道是时变的，这就要求均衡器的特性能够根据信道的变化自适应地调节，因此称自适应均衡。
均衡用于解决符号间干扰问题，适合于信号不可分离多径的条件下，且时延扩展远大于符号宽度的情况。它可分为时域均衡和频域均衡。频域均衡是使总的传输函数（包括信道传输函数和均衡传输函数）满足无失真传输条件，即校正幅频特性和群时延特性。模拟通信多采用频域均衡。时域均衡是总的冲击响应满足无码间干扰的条件。在GSM中主要采用判

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