移动通信-抗衰落技术-20110536-周延文

安徽财经大学

（《移动通信》课程论文）

抗衰落技术

学 院：管理科学与工程学院 专 业：电子信息工程 姓 名：周延文 学 号：20110536 任课教师：许晓丽 论文成绩：

2014年10月

卫星移动系统抗衰落技术

摘要:卫星通信以其覆盖面广，通信容量大、经济效益高等优点，已经运用到各个领域，如:军事、气象、海洋、科研、广播等。卫星通信也有其固有的缺点，即除了自由空间造成的传输损耗外，受大气层的影响较大。所以要采取一定的技术手段来克服大气层对信号造成的这种损耗。本文就大气层对信号造成的衰落做了详细的分析，并研究了抗衰落的技术措施。 关键词:卫星通信;信道衰落;抗衰落

1.引言

卫星通信以其覆盖广、通信容量大、通信距离远、不受地理环境限制、质量

优和经济效益高等特点，受到人们的关注，并迅速发展，与光纤通信、数字微波通信一起成为现代远距离通信的支柱。虽然地面宽带网络技术日新月异，但是它只能让经济发达、人口密集的城市地区的人们享受宽带服务，而对于农村、人烟稀少地区和经济落后的地区，仅靠地面网络是无法经济有效地提供宽带服务的。卫星作为惟一能够实现全球无缝隙覆盖的通信手段，其作用无可替代。 卫星通信现在已经应用到各个领域，按其业务种类可分为:商用卫星、军用卫星、气象卫星、科研卫星、广播卫星等。目前卫星研究的热点和趋势是移动卫星通信和宽带通信。

然而卫星通信信道复杂，多径传播、多普勒频移、电离层闪烁、信道中不同媒质对电波产生的漫射与散射、遮蔽效应等，都将导致接收点的信号强度随时间随机地或慢地发生变化，亦即信号产生了衰落。

卫星移动通信信道是典型的衰落信道，在不同的环境中通常被表述为Rayleigh衰落Rician衰落和遮蔽Rician衰落。信号的衰落会降低信号的接收质量，严重时可能导致通信中断，常用的抗衰落技术主要有:分集抗衰落技术、自适应均衡抗衰落技术、编码抗衰落技术等。

2.分集接收抗衰落技术

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分集技术(Diversity Techniques)的基本思想是利用分散传输和集中处理来降低多径衰落的影响，进而改善传输的可靠性，分集技术的要求使各衰落信号间不相关或相关性很小。

2.1分集信号的产生方法

理论研究表明，衰落具有时域、空域和频域的独立性，接收端可在空域、时域和频域得到互不相关的衰落信号。实现分集的方式有以下几种: （1）空间分集(Space Diversity)

接收端在不同地点接收互相独立的多径信号，可通过发端采用一副发射天线，收端采用多副接收天线来实现。由于低轨卫星同时配置多副收、发天线比较困难，Sendonaris[2]等人提出了一种新的空间分集技术—协作分集技术，该技术使多个具有单天线的移动终端互为协作伙伴共享彼此的天线，以获得等效多天线系统带来的分集增益。

如图1所示，用户信号一方而可以直接到达接收端，另一方而可以通过协作

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后再到达接收端，在接收基站形成分集接收信号。文献[3]提出将协作分集技术应用在低轨卫星移动通信系统用户下行链路(卫星和终端用户之间的通信链路)中以减小信道衰落的影响，通过仿真结果证明了协作分集技术相对于传统无协作系统有较大的性能优势。

从图2可以看出，在同等误码条件10-4下，Rayleigh衰落信道协作误码率比无协作时提高大约11 dB，在Rician衰落信道下协作误码率比无协作时提高 2dB。

（2）频率分集((Frequency Diversity)

频率分集在发送端用多个载波发送携带相同信息的信号，相邻载波之间的间

隔应大于信道的相关带宽，频率分集是克服频率选择性衰落的有效途径。时频调

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制技术[4]叮SK, Time- frequency shift keying)将时移键控（TSK)和频移键控（FSK）组合起来，是目前广泛采用的抗衰落和抗多径技术之一，时频调制信号按一定的规则在一个或一组二进制符号的不同时隙发射不同频率信号来实现信号传输。

尽管，时频调制方式有较好的抗衰落和抗多径性能，但是调制后的分集信号频谱展宽，宽度与分集重数成正比，尤其在多重频率分集和传输速率较高时，实现困难。文献[s]提出了正交调幅相加法、正弦调相法、线性调频法等几种利用恒幅多频载波来实现频率分集的方法避免了非恒幅多载波的功率分散以及时频调制载波频谱展宽的特点，使得调制后的分集信号具有恒幅特性和较高的频谱利用率，适用于多重频率分集的通信系统。

（3）时间分集(Time Diversity)

时间分集将给定的信号在时间上相差一定的间隔重复传输M次，有利于克服移动信道中由多普勒效应引起的快衰落、慢衰落，其缺点是浪费时间资源。由于时间分集的衰落速率与移动台的运动速度及工作波长有关，因此当移动台处于静止状态时，时间分集基本上是有用处的。 （4）极化分集(Polarization Diversity)

极化分集是指发送端用两个正交极化波发射，接收端用两个正交极化的天线

接收。在移动环境下，两个在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出不相关衰落特性。极化分集实际上是空间分集的特例，其分集支路只有两路。文献[6]的实验和仿真结果说明了在提高信道容量和通信性能方而极化分集和空间分集具有相同的效果。

2.2分集信号的合并技术

任何一种分集方式，接收机都必须将收到的互不相关的M条路径的衰落进行

合并，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。对于具体的合并技术可分为选择式合并、最大比合并、等增益合并和开关式合并。 选择式合并是从M 个接收信号中选择具有最高基带信噪比的基带信号作为输出;而最大比合并是将M个接收信号的平方按不同的系数进行加权，加权系数与接收信号的强度A;成正比而与噪声功率N,成反比，信噪比越大的支路对最终接收信号的贡献越大;最大比合并可以获得较高的分集增益，但实现加权系数的调整需要付出较高的代价;等增益合并是将M个接收信号按相同的系数进行加权后输出，其合并性能仅次于最大比合并，但易于实现，因此应用较多。开关式合

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