对移动信道特性进行均衡课件.ppt

1、第4章 抗衰落技术4.3 天线阵列与空时联天线阵列与空时联合处理技术合处理技术第4章 抗衰落技术4.3.1 天线阵列是解决问题的重要方法天线阵列是解决问题的重要方法空间分集空间分集-对抗衰落、提高信噪比、降低发射功率智能天线智能天线-减小干扰，对抗衰落、降低发射功率、提高载干比空间复用空间复用-降低信噪比要求、提高信道容量、降低发射功率 并行传输-提高信道容量第4章 抗衰落技术1.天线阵列处理技术天线阵列处理技术特点：多天线技术多天线技术本质：空间过采样，分集技术空间过采样，分集技术基本分类：根据天线间的位置 天线信号不相关天线信号不相关-分集技术分集技术 天线信号相关天线信号相关-智能天线技

2、术智能天线技术(角分集技术角分集技术)空间复用空间复用-蜂窝，蜂窝，MIMO，分布式，分布式目的：对抗多径效应，对抗衰落，对抗干扰对抗多径效应，对抗衰落，对抗干扰第4章 抗衰落技术2.空时信号处理技术空时信号处理技术天线阵列技术波束成形技术分集技术发射分集接收分集CDTDTDTDMIMO2D RAKE空时编码扇区化切换波束一次成形定波束自适应波束盲波束非盲波束第4章 抗衰落技术4.3.2 智能天线智能天线1.智能天线的波束成形技术智能天线的波束成形技术 形成方向图，在不同的到达方向上给予不同的天线增益，可以提高接收信号的信噪比，从而提高系统的容量。可以将频率相近但空间可分离的信号分离开。第4章

3、 抗衰落技术2.智能天线的基本概念智能天线的基本概念基本概念：基于天线阵列原理，利用天线阵的波基于天线阵列原理，利用天线阵的波束赋形产生多个独立的波束，并自适应的调整束赋形产生多个独立的波束，并自适应的调整波束方向来跟踪每一个用户，达到提高信号干波束方向来跟踪每一个用户，达到提高信号干扰噪声比扰噪声比(SINR)，增加系统容量的目的，增加系统容量的目的。理解：利用信号传输的空间特性来抑制干扰利用信号传输的空间特性来抑制干扰 利用信号与干扰的来波方向利用信号与干扰的来波方向(空间特性空间特性)不同不同区分信号和干扰区分信号和干扰 智能天线形成的波束可实现空间滤波智能天线形成的波束可实现空间滤波

4、波束随用户移动变化很快波束随用户移动变化很快第4章 抗衰落技术3.天线阵列和天线方向图天线阵列和天线方向图天线阵列：线阵和园阵线阵和园阵不同加权系数形成不同方向波束不同加权系数形成不同方向波束dcosjnkdneE coscos1cos11)(jkdjNkdNnjnkdeeeF5 阵元天线波束自适应波束第4章 抗衰落技术4.智能天线的组成智能天线的组成包括：多个接收机，AD变换器和天线阵列处理器第4章 抗衰落技术5.智能天线的权系数更新智能天线的权系数更新基于基于DOA(到达角）到达角）的技术权系数更新法的技术权系数更新法 原则：原则：基于基于SINR最大化的最大化的BF；基于基于ML(Max

5、imum Likelihood最大似然最大似然)标准的标准的BF；基于基于MMSE（Minimum Mean Square Error,最小均方最小均方误差）标准的误差）标准的BF；DOA估计估计 常规法：离散付里叶变换、常规法：离散付里叶变换、MVDR估计器、最大包络法估计器、最大包络法 超分辩：超分辩：MUSIC，ESPRIT基于训练序列的权系数更新基于训练序列的权系数更新基于信号结构的权系数更新基于信号结构的权系数更新：利用接收信号的时间和空间特性：利用接收信号的时间和空间特性SSBFSSBF需要存储例如恒包络调制信号的恒模需要存储例如恒包络调制信号的恒模(CM)(CM)特性、数特性、数

6、字调制信号的字调制信号的FA(finite alphabet)FA(finite alphabet)特性等特性等第4章 抗衰落技术6.智能天线的作用智能天线的作用提高提高SINR，改善通信质量，改善通信质量增加系统容量，提高用户数量增加系统容量，提高用户数量提高频谱利用率提高频谱利用率扩大通信覆盖区域扩大通信覆盖区域降低基站发射功率降低基站发射功率自动跟踪用户信号，位置定位自动跟踪用户信号，位置定位减小用户发射功率，提高电池寿命减小用户发射功率，提高电池寿命抗干扰，抗衰落，抗多径效应抗干扰，抗衰落，抗多径效应第4章 抗衰落技术7.智能天线的应用与发展趋势智能天线的应用与发展趋势主要用于基站主要

7、用于基站 上行接收技术上行接收技术 下行发射技术下行发射技术DBF FDD，空间特征信息与频率相关，空间特征信息与频率相关发展趋势：发展趋势：软件天线软件天线 空时二维接收空时二维接收 空时二维接收与多用户检测结合空时二维接收与多用户检测结合 空间也成为一种资源与功率控制结合空间也成为一种资源与功率控制结合第4章 抗衰落技术4.3.3 空时发送分集技术空时发送分集技术正交发送分集(OTD)时间切换发送分集(TSTD)选择发送分集(STD)空时发送分集(STTD)分层的空时处理BLAST(Bell LAyered Space-Time architecture)空时栅格编码第4章 抗衰落技术4.

8、3.4 空时空时2D RAKE接收机接收机TcW(Lr-1)1,1+MF*.TcW(Lr-2)1,1*TcW01,1TcW(Lr-1)1,Mr*TcW(Lr-2)1,Mr*TcW01,MrMr.1.第4章 抗衰落技术4.3.5多天线系统多天线系统1.多天线系统多天线系统第4章 抗衰落技术2.多天线系统的组成多天线系统的组成终端发送终端发送天线个数：K基站接收基站接收天线个数：L基站发送基站发送天线个数：M终端接收终端接收天线个数：N小孔径：天线间距小于1/2大孔径：天线间距大于1/2第4章 抗衰落技术05 10910 10915 10920 10925 109Path Loss dBChann

9、el Capacity bit/s020406080 100 120 140 160 180 200M=1,N=1M=10,N=1M=10,N=2M=10,N=3M=10,N=4M=10,N=5W=,M=10Bandwidth W=100 MHz3.信道容量信道容量第4章 抗衰落技术4.MIMO的物理概念的物理概念利用空间散射信道，在各个收发天线对之间形成多路独立的传输信道。传输相同数据可以提高传输可靠性传输不同的数据可以提高传输容量M elementsN elementsTransmitReceive第4章 抗衰落技术5.单天线系统信道容量单天线系统信道容量全向单天线系统全向单天线系统：在收

10、、发两个全向天线之间只存在一条信道，这时的容量由仙农公式得到：其中：SNRomni-接收机入口处的信噪比 C-信道容量：bps B-接收机带宽：Hz)1(log2OmniSNRBC第4章 抗衰落技术6.香农信道容量香农信道容量第4章 抗衰落技术7.智能天线的信道容量智能天线的信道容量波束成形天线系统波束成形天线系统：将发射功率相等的分配到M个全向发射天线上，M个全向收、发天线采用相位波束成形技术，则信道容量为：)(log2)1(log2SNR22OmniOmniBeamsSNRMBSNRMBC足够大第4章 抗衰落技术8.MIMO系统的信道容量系统的信道容量如果发射功率分散到M个独立的信道中，并

11、且各个信道具有相同的路径损耗，则信道容量为：)(log)1(log22OmniSNROmniMIMOSNRMBSNRMBC足够大第4章 抗衰落技术9.多天线系统的信道容量比较多天线系统的信道容量比较第4章 抗衰落技术10.多天线系统适用的传输环境多天线系统适用的传输环境发射分集发射分集 瑞利衰落接收分集接收分集 瑞利衰落，白噪声信道智能天线智能天线 莱斯衰落信道，白噪声信道空间复用空间复用 瑞利信道第4章 抗衰落技术4.4 均衡技术均衡技术第4章 抗衰落技术4.4.1 均衡技术均衡技术概念：对移动信道特性进行均衡，矫正信道传输函对移动信道特性进行均衡，矫正信道传输函数使其满足无失真传输条件数使

12、其满足无失真传输条件目标：抵消信道的时变多径传播特性引起的码间串抵消信道的时变多径传播特性引起的码间串扰消除信道的频率选择性。扰消除信道的频率选择性。分类：频域均衡频域均衡：校正幅频和群延时，模拟：校正幅频和群延时，模拟 时域均衡时域均衡：使冲击响应无码间串扰，数字：使冲击响应无码间串扰，数字应用：信号不可分离多径，时延扩展足够大信号不可分离多径，时延扩展足够大抗时变性：自适应参数调整，自适应均衡自适应参数调整，自适应均衡第4章 抗衰落技术4.4.2 时域均衡原理时域均衡原理Nyquist第一准则，理想传输，信道失真均衡：利用信道均衡器使总的脉冲响应函数接近理想状利用信道均衡器使总的脉冲响应函

13、数接近理想状态，消除非理想信道引起的码间串扰态，消除非理想信道引起的码间串扰实现方法：横向滤波器，调节权系数使其它时刻的信横向滤波器，调节权系数使其它时刻的信号在分析时为零。号在分析时为零。00NkNkknknxCy第4章 抗衰落技术4.4.3 均衡准则与分类均衡准则与分类均衡准则均衡准则-“估计”问题，系数收敛 最小峰值失真准则，最小峰值失真准则，使干扰的峰值最小使干扰的峰值最小 最小均方误差准则最小均方误差准则，估值的误差均方值最小，估值的误差均方值最小分类分类)()()(MLSDMLSEDFE最大似然符号检测器最大似然序列估值器判决反馈均衡器非线性线性均衡器自适应均衡器第4章 抗衰落技术

14、4.4.4 自适应均衡器自适应均衡器自适应均衡算法自适应均衡算法DFE自适应均衡器自适应均衡器 最小均方误差算法(LMS)递归最小二乘算法(RLS)快速递归最小二乘算法(F-RLS)平方根递归最小二乘算法(SR-RLS)梯度递归最小二乘算法(G-RLS)最大似然比算法(MLR)快速卡尔曼算法(FKA)自适应估值均衡器自适应估值均衡器维特比算法信道估计器输入信道估计值输出第4章 抗衰落技术4.4.5 均衡在蜂窝系统的应用均衡在蜂窝系统的应用GSM 标准中未建议结构，要求均衡的时延为16s 常用1：判决反馈自适应均衡器，均衡算法为快速卡尔曼算法(FKA)常用2：最大似然序列估计(MLSE)的自适应

15、均衡器，均衡算法为修正的Viterbi算法(不要求输入的噪声统计独立)。IS-54 判决反馈均衡器，均衡算法为递归最小二乘法(RLS)，使指数加权的平方误差最小。第4章 抗衰落技术4.4.6 Rake接收与均衡的区别接收与均衡的区别早期Price提出的Rake接收机区别区别：均衡用于不可分离多径的情况，均衡用于不可分离多径的情况，RAKE是多径分集是多径分集 均衡希望多径数少，延迟小，均衡希望多径数少，延迟小，RAKE希望能分辩的希望能分辩的多径数多多径数多 均衡通过消除符号间干扰来提高均衡通过消除符号间干扰来提高SINR，分集通过，分集通过相关接收，分离多径，并合并对抗衰落和多径效应相关接收，分离多径，并合并对抗衰落和多径效应 均衡对衰落无效。没有利用多径的能量和信息均衡对衰落无效。没有利用多径的能量和信息