衰落有什么影响？
衰落影响之一：接收电平降低，无法保证正 常通信。 衰落影响之二：接收波形畸变，产生严重的 误码。 衰落影响之三：传播延时变化，破坏与时延 有关的同步。 衰落影响之四：在快衰落情况下，由于电平 变化迅速，影响某些跟踪过程。 所以，对抗衰落是无线通信必需认真解决的 问题。
第九讲
无线通信的抗衰落技术
内容提要
概述 非频率选择性衰落的对抗技术 频率选择性衰落的对抗技术

均衡技术 分集技术 瑞克技术

联合编码技术
概述
什么叫衰落？
在无线通信的信道传输过程中，由于大 气及地面的影响而发生传播损耗及传播 延时随时间变化的现象叫做衰落。 衰落根据其频率特性可以分为二类：非 频率选择性衰落（又称平衰落）和频率 选择性衰落。 衰落根据其时间特性可以分为二类：快 衰落和慢衰落。
衰落储备法
令平均接收电平和门限接收电平之比值为： R＝Pr,平均/Pr0 就有： 2

R
G A Pt
Eb F kT0 f b L2 A LS ,平均 N0
称R为衰落储备。 对抗非频率选择性衰落的主要方法是衰落储备法，即通过选 择足够的衰落储备来保证接收电平降低到门限以下（这种事 件可以称为中断）的概率小于某个值。

分集方式
采用什么途径接收分集信号？ 空间分集：不同天线的接收信号相互独立； 极化分集：水平极化和垂直极化的信号相互独立； 频率分集：不同频率的接收信号相互独立； 时间分集：不同时间的接收信号相互独立。
合并方式
从分集信号中以什么方式作为输出？ 选择式合并：选择最好的支路作为输出，其它支 路丢弃。 最大增益合并：调整各个支路主径的相位，使之 同相，然后进行等增益相加。 最小色散合并：调整各个支路次径的相位及幅度， 使之反相抵销。 最大比合并：调整各个支路的相位，使之同相， 然后按照各个支路的信噪比数值进行加权相加。
传播统计

注意：LS是一个随机变量，存在平均传播损耗LS,平均及传播损 耗大于某个值的概率P（LSa）。 如果信道没有衰落，传播损耗取平均传播损耗，就有：
Pr ,平均
2 GA Pt 2 LA Ls ,平均


令：Pr,平均＝Pro，即平均接收电平等于门限接收电平，无线 通信系统就能正常工作。 实际无线传播信道是有衰落的，因此在没有衰落时的平均接 收电平必需大于门限接收电平，才能保证可靠通信。
分集举例

S1(t) 相加 S2(t) 相位 幅度 检测
空间分集及其合并
分集后的接收信号
S1(t)
S2(t)
控制
最大增益合并
最小色散合并
瑞克技术
一种时间分集：瑞克接收
• 对时间上扩散的信号进行分集，尽可能多 的获取信号能量。 • 对多径信号进行分离，根据信道估计的结 果来进行多径信号合并。 • 对于CDMA系统，当多径延时大于一个码 片时，多径信号可以看成是不相关的。

如何对抗衰落？
减少通信距离；增加发送功率；调整 天线高度；选择合适路由； 在移动通信中采用微蜂窝、直放站； 采用分集技术、均衡技术、瑞克技术、 纠错技术等。

非频率选择性衰落的 对抗技术
对抗原理
非频率选择性衰落主要体现为接收电平的降 低。 统计特性：平均接收电平及接收电平降低到 某个门限值以下的概率。 抗衰落的原理：衰落储备法。
衰落储备法（续）

接收电平比平均接收电平下降Fd(dB）的概率（或称为中断 概率）为：
U中断 A f d 10
m n
Fd /10
其中A为和地形、气候有关的系数，m为频率因子，n为距离因 子。若选择衰落储备量RFd，就可以保证通信中断率的要求。 衰落储备的实现方法：增加发送功率、提高天线增益、减少 通信距离、降低噪声系数及对归一化信噪比的要求等。
瑞克接收的基本原理-多径
• 传输环境时变： 频率、相位、时间的变化
时延扩展
t0 t1 t1 t1
t0
t2
t2
t2
频率扩展
t0
t3
t3
t3
瑞克接收机原理
接收机框图
相关1 a1


a2
相关2
＋
CDMA 多径信号相关M来自积分 判决判决输出

aM
瑞克接收机工作过程



假设接收信号中可以分离出M个不同延时的多径 分量，每个分量用不同的相关器进行相关运算。 相关器1和支路1同步，相关器2和支路2同步， 等等，这样不同相关器就可以检测出各个支路的 CDMA信号能量。 对各个相关器的输出进行加权，然后相加，就得 到发送信号的最大可能的能量输出，对此输出进 行判决再生，就可以恢复出数字信息。 加权系数可以根据不同的准则，如：最大功率准 则、最大信噪比准则，等。
另一种时间分集：交织技术





原理：在无线通信中由于发生深衰落或遇到突发 干扰，误码的分布就不是平稳、纯随机的，而是 存在随机误码和突发误码。采用交织可以减少突 发误码的影响。 交织不增加额外开销。 交织可以保护信源编码中的特殊比特。 交织与纠错编码同时使用，进一步提高传输质量。 交织器二种类型：分组交织、卷积交织。 交织器会引入时延（对语音不能超过40ms）。

对抗频率选择性衰落的主要方法： －分集技术； －瑞克技术； －均衡技术； －纠错技术。
分集技术
分集原理
原理：利用无线传播环境中来自不同途径 的多径信号的统计独立性进行合并，从而 实现分集。 首先要找出来自不同途径的多径信号，这 些途径可以是不同的空间、不同的极化、 不同的频率、不同的时间。 其次要以某种方法进行合并。 应该指出：分集技术不仅能改善频率选择 性衰落，同时也能改善非频率选择性衰落。
频率选择性衰落的 对抗技术
对抗原理
频率选择性衰落主要是由于多径效应引 起的。 多径效应最严重的后果之一是在信道传 递函数中引入一个非理想的Hc(f)，破坏 奈奎斯特准则和匹配滤波准则，从而产 生码间串扰，使有效的Eb/No恶化。 对抗频率选择性衰落就是要消除非理想 Hc(f)的影响。

对抗原理（续）

无线传播方程

门限接收电平
Eb Pr 0 F kT0 f b N0
其中：Eb/N0为归一化门限信噪比的实际值，F为接收机噪声系 数，k为玻尔兹曼常数，T0为绝对温度，fb为传输比特率。 接收电平
2 GA Pr Pt 2 LA Ls
其中：Pt为发送功率，GA为收发天线增益，LA为收发天馈系统 的损耗，LS为传播路径损耗。