1、 第22章传播特性及多址技术22.1无线电波传播的方式及其特点无线电波传播的方式及其特点22.2无线电波的传播损耗及效应无线电波的传播损耗及效应22.3传播路径损耗模型传播路径损耗模型22.4无线通信中的多址技术无线通信中的多址技术22.5无线抗衰落及抗干扰技术无线抗衰落及抗干扰技术本章小结本章小结 22.1 无线电波传播的方式及其特点无线电波传播的方式及其特点22.1.1 无线电波的边界效应无线电波的边界效应（1）反射。当无线电波碰到的障碍物的几何尺寸大于其波长时，会发生反射。反射可能发生在地球表面，也可能发生在建筑物墙壁或其他大的障碍物表面。多个障碍物的多重反射会形成多条传播路径，造成多径
2、衰落。（2）折射。当无线电波穿过一种媒质进入另一种媒质时，传播速度不同会造成路径偏转，即发生折射。（3）绕射。当无线电波在传播过程中被障碍物的尖利边缘阻挡时会发生绕射(物理中也称为衍射)。无线电波的波长越长，绕射能力越强，但是当障碍物的尺寸远大于电波波长时，绕射就会变弱。（4）散射。无线电波在传播过程中遇到尺寸小于其波长的障碍物且障碍物的数目又很多时，将会发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体，在实际环境中，雨点、树叶、微尘、街道路标、路灯杆等都会引起散射。散射会造成能量的散射，形成电波的损耗。另外，由于能量的扩散与媒质的吸收，传输距离越远，信号强度越小。22.1.2 无线电波
3、传播的方式无线电波传播的方式1.地波传播方式地波传播是指电磁波沿地球表面到达接收点的传播方式。电波在地球表面上传播，地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，根据波的衍射特性，只有当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕过障碍物。地面上的障碍物一般不太大，长波、中波和中短波均能绕过，而短波和微波由于波长过短，在地面上不能绕射，只能按直线传播。地波的传播比较稳定，不受昼夜变化的影响，而且能够沿着弯曲的地球表面达到地平线以外的地方。但地球是个良导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，地波在传播过程中有能量损失，而且频率越高，损失的能量就越多，因此中波和中短波的传播距离不长，一般在几百千米范围
4、内，可用于进行无线电广播。长波沿地面传播的距离要远很多，但发射长波的设备庞大、造价高，因此长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等2.天波传播方式天波传播就是自发射天线发出的电磁波进入高空被不均匀的电离层反射后到达接收端的传播方式，无线电波信号一般要经多次反射后才能到达接收端。电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性，实验证明，波长短于10 m的微波能穿过电离层，波长超过3000 km的长波几乎会被电离层全部吸收。对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收越少而反射越多。因此，短波最适宜以天波的形式传播，它可以被电离层反射到几千千米以外。但是，电离层是不稳定的，白天受阳光
5、照射时电离程度高，夜晚电离程度低，因此电离层在夜间对中波和中短波的吸收减弱，这时中波和中短波也能以天波的形式传播。3.空间波传播方式当发射天线和接收天线架设得较高时，在视距范围内，电磁波既可以直接从发射天线传播到接收天线，也可以经地面反射到达接收天线，因此，接收天线处的场强是直射波和反射波的合成场强，直射波不受地面影响，而反射波则要受到反射点地质、地形的影响。空间波在大气的底层传播，传播的距离受地球曲率的影响，收、发天线之间的最大距离被限制在视距范围内，若将天线架设在高大建筑物或山顶上，则可以有效地延伸空间波的传播距离，同时还可以利用微波中继站来实现更远距离的通信。空间波在传播过程中除了受地形
6、地物影响外，还受低空大气层（即对流层）的影响。4.对流层传播方式距离地面大约10 km以内的大气层称为对流层。由于对流层中大气温度、压力和湿度的变化使得大气介电常数随高度而改变，当电波通过这些不均匀的大气层时就会经过反射、折射和散射到达接收天线。对流层传播较之电离层传播的应用更为广泛，超短波和微波均可采用对流层传播方式实现远距离传播。5.外层空间传播方式外层空间传播是指电磁波在对流层、电离层以外的外层空间进行传播的一种方式，主要用于卫星或以星际为对象的通信中，以及用于空间飞行器的搜索、定位、跟踪等。由于电磁波传播的距离很远，且主要是在大气以外的宇宙空间内进行，而宇宙空间又近似于真空状态，因此电
7、波在其中传播时，传输性能比较稳定。在外层空间传播的电磁波又称直达波，沿直线传播。22.1.3 无线电波传播的特点无线电波传播的特点根据无线电波的波长可将其分为长波、中波、短波、超短波和微波，它们具有以下传播特点：(1)长波。长波的波长很长，地面的起伏和其他参数的变化对长波传播的影响可以忽略。在通信距离小于300 km时，到达接收点的电波基本上是地波。长波穿入电离层的深度很浅，受电离层变化的影响很小，电离层对长波的吸收也很小，因此长波的传播比较稳定。虽然长波通信在接收端的场强非常稳定，但存在着对其他无线电台干扰严重以及受雷电影响比较严重的两个缺点。（2）中波。中波能以地波或天波的形式传播。中波由
8、于频率较长波高,故需要在比较深入的电离层处才能发生反射。（3）短波。与长、中波一样，短波可以靠地波和天波传播。由于短波频率较高，地面吸收效强，用地面波传播时衰减很快。一般情况下，短波的地波传播距离只有几十千米，不适用于远距离通信和广播。与地波相反，天波在电离层中的损耗却随着频率的增高而减小，因此可利用电离层对天波的一次或多次反射进行远距离无线通信。（4）超短波和微波。超短波和微波的频率很高，地波衰减很大，电波穿入电离层很深，甚至不能反射回来，因此超短波和微波一般不采用地波和天波的传播方式，而只能采用空间波、外层空间等传播方式。超短波和微波由于频带很宽，因此应用很广泛。超短波广泛用于电视、调频广
9、播、雷达等方面。利用微波通信时，可以同时传送几千路电话或几套电视节目而互不干扰。22.2 无线电波的传播损耗及效应无线电波的传播损耗及效应22.2.1 路径衰耗与慢衰落无线电波在传播过程中，无线信号存在路径衰耗、慢衰落和快衰落三种衰耗。1.路径衰耗路径衰耗是指电磁波直线传播的损耗，包括在自由空间中传播时与距离的幂次方成反比的固有衰耗以及散射和吸收等导致的衰耗等。2.慢衰落无线电波在传播路径上遇到起伏的地形、建筑物和高大的树木等障碍物时，会在障碍物的后面形成电波的阴影。接收机在移动过程中通过不同的障碍物和阴影区时,接收天线接收到的信号强度会发生变化，造成信号衰落，这种衰落称为阴影衰落，由阴影引起
10、的衰落是缓慢的，因此又称为慢衰落。慢衰落反映了百米波长量级内接收电平的均值变化而产生的损耗，一般服从对数正态分布。慢衰落的衰落速率与工作频率无关，只与周围地形、地物的分布、高度和物体的移动速度有关。3.快衰落快衰落主要是由多径传播而产生的衰落。由于移动体周围有许多散射、反射和折射体，它们引起信号的多径传输，使到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度表现为快速的起伏变化。快衰落反映了十米级波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其变化率比慢衰落快，因此称为快衰落。快衰落的幅度一般服从瑞利分布，由于快衰落表示的是接收信号的短期变化，因此又称为短期衰落。快衰落可进一步划分为时间选择性衰落、频率选择性衰
11、落和空间选择性衰落三类。（1）时间选择性衰落：快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散，在不同的时间衰落特性也不一样，因此在相应的时域上其波形产生了时间选择性衰落。克服时间选择性衰落最有效的方法是采用信道交织编码技术，即将由于时间选择性衰落带来的大突发性差错信道改造成为近似于独立的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道。（2）频率选择性衰落：不同的频率衰落特性不一样，从而引起延时扩散，它是信道在时域的延时扩散而引起的频域上的选择性衰落。克服频率选择性衰落最有效的方法有自适应均衡、OFDM及CDMA系统中的RAKE接收等技术。（3）空间选择
12、性衰落：不同地点、不同传输路径的衰落特性也不同，它是由开放型的时变信道使天线的波束产生扩散而引起的空间上的选择性衰落。克服空间选择性衰落最有效的方法是空间分集和其他空域处理方法。22.2.2 传输效应传输效应电磁波在无线信道上传播时，对接收端而言，无线信号将产生以下几种效应：（1）阴影效应。在移动通信中，移动台运动过程中，由于大型建筑物和其他物体对无线电波传播路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影。这种随移动台位置的不断变化而引起的接收端场强的起伏变化称为阴影效应，阴影效应是产生慢衰落的主要原因。（2）多径效应。多径效应是指由多条路径传播引起的干涉延时效应。由于各条传播路径
13、会随时间发生变化，因此参与干涉的各分量场之间的相互关系也会随时间而变化，从而引起合成波场强随机变化的现象，最终造成总的接收场强的衰落。因此多径效应是衰落的重要成因，对于数字通信、雷达最佳检测等都有着十分严重的影响。（3）远近效应。在移动通信中，由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站间的距离也是在随机变化。若各用户发射功率相同，那么到达基站的信号强弱不同，离基站近时信号强，离基站远时信号弱。通信系统的非线性则进一步加重，出现强者更强、弱者更弱和以强压弱的现象，通常称这类现象为远近效应。由于CDMA是一个自干扰系统，所有用户使用同一频率，因此远近效应更加突出。（4）多普勒效应。无线电波收、发终端
14、之间存在沿它们二者径向的相对运动时，会产生接收端收到的信号频率相对于发送端发生变化的现象，这种现象称为多普勒效应。由多普勒效应产生的附加频率变化量称为多普勒频移，如图22.2.1所示。图22.2.1 多普勒效应示意图多普勒效应引起的多普勒频移可表示为(22.2.1)式中，fd为多普勒频移，v为移动台（接收端）的移动速度，为电波的波长，为入射波的夹角。22.3 传播路径损耗模型传播路径损耗模型22.3.1 自由空间传播模型自由空间传播模型电磁波在真空中的传播称为自由空间传播，此时的传输媒质为各向同性均匀的真空，此时产生的传输衰耗是由能量扩散所引起的。通常可以把大气看成为近似真空的均匀介质，可以等
15、效为自由空间传播，它只与波长和距离有关。假设电磁波在发射端以球面波辐射，则接收点处的功率Pr满足Friis自由空间传播公式，即（22.3.1）式中，Pt为发射端的发射功率，Gt、Gr分别为发射天线和接收天线的增益；为无线电波的波长；d为收发端之间的距离。若用分贝(dB)表示，则传播损耗为有效发射功率与接收功率之间的差值，即当GtGr=1时，即天线具有单位增益时，则有由于=c/f，c为光速（c=3108 m/s），则上式可改写为(22.3.2)由式(22.3.2)可见，距离增加，则传输损耗增大；频率越高，则损耗越大。实际中，由于移动通信系统分布于很不规则的地区，电磁波的传播环境非常复杂，在估算传
16、播路径损耗时，必须对不同的频段采用不同的电波传播模型，室内和室外电波传播环境也有很大的不同，因此选用的模型也有很大的差异。室外传播模型主要考虑各种地形、植被、建筑物分布等的影响，主要有Longley-Rice模型、Okumura模型、Hata模型等。室内无线信道模型具有不同的特征，会受到天线安装位置、建筑物的布局和材料、建筑物内门窗开关状态等因素的影响。通常，室内信道分为视距(LOS)和阻挡(OBS)两种模型，常用的室内模型有对数距离路径损耗模型、衰减因子模型等。22.3.2 室外传播模型室外传播模型1.Longley-Rice模型Longley-Rice模型为预测不同种类地形中点对点无线通信
17、信号的模型，适用频率范围为400 MHz100 GHz。可用软件来实现该模型，用来计算电波传播通过不规则地形、频率在20 MHz10 GHz之间的传输损耗。对于给定的传播路径，软件以传输频率、路径长度、垂直极性或水平极性、天线高度、表面绕射、地球有效半径、地面导电性和气候作为参数，同时也需要天线水平线距离、水平倾斜角、倾斜交叉水平距离、地形不规则性和其他特定参数。Longley-Rice模型有两种方式：一种是点到点预测方式，若可以获取详细的地形、地貌数据，就能很容易地确定特定路径参数；另一种是区域预测方式，若不能获取地形、地貌数据，则用Longley-Rice方法估计特定路径参数。此外，该模型
18、还有很多改进修正方法。2.Okumura（奥村）模型Okumura（奥村）模型是一个统计模型，可广泛应用在区域无线信号的预测方面，适用的频率范围为1501920 MHz，适用距离为1100 km，要求的天线高度为301000 m，则传播路径损耗的中值L50为L50=LF+Amu（f，d）G（hte）G（hre）GAREA（22.3.3）式中，LF为自由空间的传播损耗，Amu为相对于自由空间的衰耗，GAREA为环境增益，G(hte)和G(hre)分别表示基站天线和移动台天线的高度增益因子，表示为3.Hata模型将Okumura模型中用曲线表示的数据归纳为公式就得到了Hata模型，该模型以市区传输
19、损耗为标准，其他地区在此基础上进行修正，适用的频率范围为1501920 MHz。传播路径损耗的中值L50为式中，fc为信号的载波频率，d为以km为单位的收发天线间的距离，(hre)为移动台天线的校正因子。(22.3.6)22.3.3 室内传播模型室内传播模型1.对数距离路径损耗模型在对数距离路径损耗模型中，传播路径损耗的公式为(22.3.7)式中，d0为参考点，L(d0)为参考点处的自由路径损耗，n为平均路径损耗指数，该指数与周围环境和建筑物类型有关，X为正态分布的随机变量。2.衰减因子模型衰减因子模型灵活性强且精度高，理论预测值与实际测量值的标准偏差为4 dB，其传播路径损耗公式为式中，nS
20、F表示同一层的路径损耗因子，FAF为不同层的路径损耗附加值。22.4 无线通信中的多址技术无线通信中的多址技术在无线通信时，收发双方一般采用一个信道进行通信，这个信道可以是两个不同的频段，也可以是一个频段。若采用双工通信方式，则采用两个不同频段为收发双向传输信道;若采用单工通信方式，则可采用一个频段进行收发双向通信。由于无线频谱资源是有限的且需要通信的用户非常多，当所有用户都单独使用一个信道通信时，无线频谱资源将不能满足要求，因此，需要采用多个用户共享一个或多个无线频谱资源。多个用户共享无线频谱资源的方式就是无线通信的多址通信方式，也称为多址技术。多址问题可以认为是一个滤波问题。许多用户可以同
21、时使用同一频谱，然后采用不同的滤波和处理技术，使不同用户的无线信号互不干扰地被分别接收和解调。多址技术的数学基础是信号的正交分割原理，即在发送端对信号进行适当的设计，使无线通信系统中各用户的信号有所差别，而接收端则具有信号识别能力，能从混合信号中选择出自己所需的信号。一个无线电信号可以用若干个参量来表示，最基本的是信号的频率、信号出现的时间和信号所处的空间，信号之间的差别可集中反映在信号参量上。在无线通信中，信号的分割和识别可利用信号的任一种参量来实现。考虑到实际存在的噪声和其他因素的影响，最有效的分割和识别方法是设法利用某些信号所具有的正交性来实现多址连接。目前，在无线通信中应用的多址技术有
22、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)以及它们的混合应用方式等。这几种多址方式在频率、时间、空间和码空间的分布如图22.4.1所示。图22.4.1 四种多址方式空间分布图22.4.1 频分多址与时分多址技术频分多址与时分多址技术1.频分多址（FDMA）FDMA是以传输信号载波频率的不同来区分信道建立多址接入的方式。FDMA将通信系统的总频段划分为若干个等间隔的频道分配给不同的用户使用，这些频道互不重叠。FDMA以频率来区分信道，因此频道就是信道。模拟信号和数字信号都可以采用FDMA方式传输，早期的模拟蜂窝移动通信采用的就是这种多址方式，现代数字移
23、动通信一般不单独采用这种方式，更多的是将其与其他多址方式结合在一起使用。2.时分多址(TDMA)TDMA是以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入的方式。TDMA是在一个带宽的无线载波上将时间分割成周期性的帧，每帧再分割成若干个时隙，每个时隙就是一个通信信道，根据一定的时隙分配原则使各个用户在每帧内指定的时隙发送信号，在满足定时和同步的条件下，接收端可以分别在各时隙中接收各用户发送的信号而互不干扰。22.4.2 码分多址技术码分多址技术码分多址（CDMA）是以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入的方式。其原理是基于扩频技术的，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据用一个带宽远大于信号带
24、宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码与接收的带宽信号做相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号，即解扩，以实现信息通信。CDMA是利用地址码的正交性来实现多址通信的，但通常可根据扩频的不同实现方法将CDMA分为直接扩频、跳频、跳时及混合扩频等技术。1.直接扩频（DS-CDMA）直接扩频技术也称为直接序列码分多址(DS-CDMA)技术，是一种应用非常广泛的扩频技术。它在第二代移动通信(2G)中已经得到了成功应用，而且还是第三代移动通信(3G)的核心技术，在IMT-2000的众多标准中，大部分都采用了DS-CDMA。此外，在军
25、事通信和卫星通信中，DS-CDMA也得到了广泛的应用。实际上，DS-CDMA是依据香农定理的理论发展起来的，即在信号平均功率受限的白噪声信道中，系统信息传输速率的极限C(b/s)与信道带宽B(Hz)、信噪比S/N间存在如下关系：(22.4.1)式(22.4.1)表明：在所需最高传输速率C不变的情况下，通过码调制来展宽带宽B可以在信噪比很低的情况下实现可靠通信。2.跳频码分多址(FH-CDMA)FH-CDMA在军事抗干扰通信中是一种常见的通信方式。其基本原理是优选一组正交的地址/扩频跳频码，为每个用户分配一个唯一的跳频码，并用该跳频码控制信号载频在一组分布较宽的跳频集中进行跳变。实际上，可以简单
26、地将FH-CDMA看做是一种由跳频码控制的多进制频移键控(MF-SK)。3.跳时码分多址(TH-CDMA)TH-CDMA主要用在军事通信领域。与FH-CDMA不同，它用一组正交跳时码控制各个用户的通信信号在一帧时间内的不同位置进行伪随机跳变，因此，TH-CDMA可以看做是一种由伪随机码控制的多进制脉位调制(MPPM)。4.混合码分多址(HCDMA)HCDMA是指CDMA之间或CDMA与其他多址方式之间混合使用的多址方式，以达到克服单一多址方式使用的弱点，从而获得优势互补的效果。组合的具体方式多种多样。CDMA各个方式之间的常用组合形式有跳频与跳时相结合的FH/TH-CDMA、跳频与直接序列相结
27、合的FH/DS-CDMA、跳时与直接序列相结合的TH/DS-CDMA。CDMA 与其他多址方式的组合形式有FDMA与DS-CDMA相结合的FD/DS-CDMA、TDMA 与DS-CDMA相结合的TD/DS-CDMA以及TDMA与FH-CDMA相结合的TD/FH-CDMA 等。22.4.3 空分多址技术及随机接入多址技术空分多址技术及随机接入多址技术1.空分多址(SDMA)SDMA技术的原理是利用用户的地理位置不同，在与用户通信的过程中采用天线的波束成形技术，使不同的波束方向对准不同的用户，达到多用户共享频率资源、时间资源和码资源的目的。一般来说，SDMA通常都不是独立的，而是与其他多址方式结合
28、使用的，也就是说对于处于同一波束内的不同用户，需要对FDMA、TDMA或CDMA等多址方式加以区分。2.随机接入多址采用无线通信进行数据的传输和交换时，大多采用采用随机接入多址技术，以适应数据业务的非实时性、分组性和突发性的业务特点。在随机接入多址方式中，每个用户可以随意发送信息，如果发生碰撞，则采用相应的退避算法重发,直至发送成功。随机接入多址方式有纯ALOHA(P-ALOHA)、时隙ALOHA(S-ALOHA)、预约ALOHA(R-ALOHA)方式等。1）P-ALOHAP-ALOHA方式又称为“经典ALOHA”方式，是一种完全随机的多址方式，不需要定时和同步，用户根据其需要向公用信道发送信
29、息，若发生信息碰撞，则退避随机时间后再重新发送。P-ALOHA的信道利用率不是很高，其最大信道利用率为18.4%，并且会出现不稳定的现象，因此需要进一步改进和提高。2）S-ALOHAS-ALOHA是一种同步的随机多址方式，将时间分成许多等间隔的时隙，将各站点对应一个时隙，所发送的信息放在各自的时隙里。时隙的定时由系统时钟来决定，各站点的发送控制设备必须与该时钟同步。由于S-ALOHA方式不是随机发送信息，因此减小了相互之间的碰撞，提高了信道的利用率，使信道的最大利用率提高到了36.8%。因为该方式需要全网定时和同步，所以增加了系统的复杂性。3）R-ALOHAR-ALOHA是在S-ALOHA的基
30、础上考虑到系统内各站点业务量不均匀现象而提出的，其目的是为了解决长、短报文的兼容问题。R-ALOHA的基本原理是对于发送数据量较大的站点，在它提出预约申请后，将用较长的分组在预约的对隙中进行发送。对于短报文，则仍然使用非预约的S-ALOHA方式进行传输。这样既解决了长报文时的延迟问题，又保留了S-ALOHA传输短报文时信道利用率高的优点。22.5 无线抗衰落及抗干扰技术无线抗衰落及抗干扰技术22.5.1 分集技术分集技术分集技术是充分利用多径信号的能量来改善传输性能的技术。其基本思想是利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的路径传输相同的信号，在接收端对这些信号进行处理，以降低多
31、径衰落引起的接收电平的起伏波动影响，从而提高传输的可靠性。分集技术分为两部分内容，即分离技术和接收合并技术。通过分离与合并来提高接收端的信噪比，从而获得分集增益。为了在接收端得到相互独立的路径，可以通过空域、时域和频域等方法来实现，具体的实现方法有以下几种：（1）空间分集：也称天线分集，是移动通信中应用较多的分集形式。其原理是采用多副接收天线来接收信号，然后进行合并。为了保证接收信号的衰落特性不相关，要求天线之间的距离足够大，在理想情况下，接收天线之间的距离只要波长的一半即可。（2）时间分集：将同一信号在不同时间区间多次重发，只要各次发送时间间隔足够大，就可以得到多条衰落特性独立的分集支路。时
32、间分集利用位于不同时间区间的信号经过衰落信道后在统计上的互不相关特性，来实现抗时间选择性衰落的功能。（3）频率分集：采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率同时发送和接收同一信号，然后进行合成或选择。频率分集利用位于不同频段的信号经衰落信道后在统计上的不相关特性，来实现抗频率选择性衰落的功能。（4）极化分集：在移动环境下，两副在同一地点、极化方向相互正交的天线发出的信号呈现不相关的衰落特性，利用这一特点，在发射端和接收端各安装两副天线，即水平极化天线和垂直极化天线，这样就可以得到两路衰落特性不相关的信号。（5）角度分集：由于地形、地貌、接收环境的不同，使得到达接收端的不同路径的信号可能来自
33、不同的方向，这样在接收端可以采用方向性天线，分别指向不同的到达方向，而每个方向性天线接收到的多径信号是不相关的。任何一种分集方式，接收端都必须对接收到的互不相关的多条相互独立的衰落信号进行合并，通过合并技术得到抵消了衰落的信号，从而获得分集增益。22.5.2 多用户检测技术多用户检测技术CDMA系统中，由于分配给各用户的扩频码非严格正交，因此会引起用户之间的相互干扰，称为多址干扰(Multiple Access Interfence,MAI)；同时，由于移动用户的动态变化也会使远近效应问题变得突出，从而严重降低系统性能。传统的检测技术不能很好地解决上述问题，需要寻找多用户通信时性能更好的检测方
34、法。多用户检测(Multiple User Detection,MUD)技术是一种以信息论中最佳联合检测理论为基础的抗多址干扰技术，其概念是由K.Schneider于1979年提出来的。1986年S.Verdu 给出了基于最大似然序列估计(Maximum Likelihood Sequence Estimation,MLSE)的最佳多用户检测算法。CDMA系统中MUD的定义如下：联合考虑同时占用某个信道的所有用户或某些用户，消除或减弱其他用户对任一用户的影响，并同时检测出所有这些用户或某些用户的信息的一种信号检测方法。MUD有时又称为联合检测(Joint Detection)。MUD在传统检测
35、技术的基础上，充分利用造成MAI的所有用户信息对多用户进行联合检测，以有效地消除MAI和远近效应问题。典型的多用户检测原理如图22.5.1所示。图22.5.1 多用户检测原理22.5.3 多载波传输技术多载波传输技术1.多载波传输多载波传输技术是将数据流分解成若干个子比特流，这样，每个子数据流比原先数据流的传输速率低很多，用不同的子载波来调制这样的子数据流，从而构成了多个低速率信号并行发送的传输系统，即多载波传输系统。传统多载波技术采用频分复用方式，将高速数据流利用多个独立的载波传输，这样可以降低每个载波上的信息传送量。一般不同载波信号间保留一定的频率间隔来防止干扰，这样就降低了全部的频谱利用
36、率，如图22.5.2所示。图22.5.2 频分多路复用调制2.频分正交复用频分正交复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术是一种特殊的多载波传输技术，适合在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据。OFDM技术能有效对抗多径效应，消除ISI对抗频率选择性衰落，且信道利用率高，已被欧洲数字音频广播(DAB)系统、欧洲数字视频广播(DVB)系统、IEEE802.11无线局域网等采用。OFDM技术的主要思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道采用一个子载波进行调制，且各子载波并行传输，如图22.5.3所示。图2
37、2.5.3 OFDM频谱在OFDM发送端，先将串行输入的数据流变换成多路并行信号，每一路子信号用一个子载波调制，最后将所调制的多路调制信号叠加起来发送出去。接收的步骤基本上是发送的逆过程。在OFDM的实现中，一般不采用直接实现方式，而采用傅里叶变换的方式来实现，原理框图如图22.5.4所示。图22.5.4 OFDM系统原理框图图22.5.4(a)中，数字序列信号以串行的形式输入到“串/并”转换器，将原来的一路速率为R(b/s)的高速数码流变换为M路的低速数码流，变换后的各路低速数码流的速率变为R/M(b/s)。将这M路的数字码流送入反傅里叶变换器IFFT，得到N个时域离散信号，然后加入L bi
38、t的循环前缀(Cyclic Prefix,CP)，CP一般选择N个时域信号的后L位（如N个时域离散信号为d0,d1,d2,d3,d4,d5，若L=2，则循环前缀为 d4,d5），加入循环前缀后的信号长度变成了N+L，即成为d4,d5,d0,d1,d2,d3,d4,d5。加入CP的目的是使OFDM信号码元更具有循环性，便于消除码间干扰，最后经过并/串转换器，再经过适当的滤波和调制后发送出去。接收端对OFDM信号的接收是发送端的逆过程。由FFT/IFFT实现的OFDM系统较简单，因此在实际中常采用该方式。本本 章章 小小 结结无线电波是一种能在自由空间传播的电磁波，根据无线电波的波长可将其分为长波
39、、中波、短波、超短波和微波。无线电波是以能量的形式在空间中传播的，其传播速度与空间中的媒质有关，当在不同媒质的分界面传播时，电磁波会产生反射、折射、绕射和散射边界效应。由于能量的扩散与媒质的吸收，传输距离越远，信号强度越小。无线电波的传播方式是指无线电波从发射点到接收点的传播路径，主要有地波传播、天波传播、空间波传播、对流层传播、外层空间传播等方式。无线电波在传播过程中的无线信号存在路径衰耗、慢衰落和快衰落三种衰耗。电磁波在无线信道上传播时，对接收端而言，无线信号将产生阴影、多径、远近和多普勒效应。目前，在无线通信中应用的多址技术有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)以及它们的混合应用方式等。
