3.通信系统性能评估指标、抗衰落技术（分集、均衡、信道编码）

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我是靠谱客的博主贪玩皮皮虾，最近开发中收集的这篇文章主要介绍3.通信系统性能评估指标、抗衰落技术（分集、均衡、信道编码），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

通信系统性能评估

通信系统那么多，优劣也不一，我们评价一个通信系统的优劣就是要通过一些指标来完成。

通信系统的作用就是用来完成信息传输，所以我们一般可以从信息传输的效率和信息传输的质量来评估通信系统的优劣。

通信系统的信息传输效率可以定义为有效性。传输一定信息所需的频谱带宽越小、时间越短，有效性越好；反之，所需频谱带宽越大、时间越长，有效性越差。

通信系统的信息传输质量即为可靠性。信息在传输过程中的失真越小，可靠性越高；反之，失真越大，可靠性越低。

抗衰落技术

前面我们说到了影响无线信道中信号传输的问题，包括快衰落和慢衰落以及其他等方面。今天我们继续介绍一下我们在通信系统中常用的抗衰落技术。

一般而言，提高移动通信系统性能的抗衰落技术有：分集技术、均衡技术和信道编码技术。这三类技术的作用和目的有所不同，对于具体的通信系统，这些技术可以单独使用，但更多的情况下是联合使用多种抗衰落技术，以便能够得到更好的效果。

分集技术

在实际的移动通信系统中，移动台常常工作在城市建筑群或其他复杂的地理环境中，而且移动的速度和方向是任意的。发送的信号经过反射、绕射及散射等传播路径后，到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，使接收到的信号幅度出现随机起伏变化，形成多径衰落。不同路径的信号分量具有不同的传播时延、相位和振幅，并附加有信道噪声，它们的叠加会使复合信号相互抵消或增强，最终形成信号衰落，严重衰落时深度可达20～40dB。分集接收技术是对抗多径衰落的一种有效的方法，当不同的多径信号的衰落相互独立时，可以采用分集接收技术对抗衰落。

我们这里主要介绍的技术有空间分集、频率分集、时间分集、角度分集和极化分集五种。

空间分集：空间分集也称为天线分集，是无线通信系统中使用较多的一种分集方式。快衰落具有空间独立性，即在两个不同的位置接收同一信号时，只要两个位置的距离足够大，则两处所收到信号的衰落是相互独立的。空间分集就是利用快衰落的空间独立性获得抗衰落的效果，简单地说，就是在空间不同的垂直高度上设置多副天线，同时接收一个信号，然后将多个接收信号进行合成或者选择其中某一个强信号作为输出。

频率分集：频率分集是利用快衰落的频率独立性来实现抗衰落的，所谓频率独立性，是指频率间隔大于相关带宽的两个信号经衰落信道后在统计上可以认为是不相关的。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息，然后进行合成或选择输出。

时间分集：快衰落不仅具有空间独立性和频率独立性，同时还具有时间独立性，即将同一信号在不同时间区间多次重发，只要各次发送时间的间隔足够大（大于相干时间），则各次发送信号所出现的衰落将是相互独立统计的，接收机将收到的衰落独立的同一信号合并，就能减小衰落的影响。

极化分集：在移动环境下，同一地点两个极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出不相关的衰落特性。利用这一特点，在发射端的同一地点分别装上垂直极化天线和水平极化天线，在接收端的同一地点也分别装上垂直极化天线和水平极化天线，就可以得到两个衰落特性不相关的信号。极化分集实际上是空间分集的特殊情况，其分集支路只有两路。

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，则每个方向性天线接收到的多径信号是不相关的，具有互相独立的衰落特性

均衡技术

在无线通信系统中，由于多径传输、信道衰落等的影响，接收端将会产生严重的码间干扰。码间干扰可以说是在移动无线通信信道中传输高速数据时的最主要的障碍，为了克服码间干扰，提高无线通信系统的性能，在接收端需要采用均衡技术。

所谓均衡是指各种用来克服码间干扰的算法和实现方法。均衡是对信道特性的均衡，就是在接收端设计一个称为均衡器的网络，均衡器产生与信道特性相反的特性，用来减小或消除由于码间干扰引起的信号失真。

均衡技术可以分为两大类：线性均衡和非线性均衡。如果均衡器的输出未应用于均衡器的反馈逻辑中，则均衡器是线性的；反之，如果均衡器的输出被应用于反馈逻辑中并改变均衡器的后续输出，则均衡器是非线性的。线性均衡器包括线性横向均衡器、线性格型均衡器等，非线性均衡器包括判决反馈均衡器（DFE）、最大似然序列估值器（MLSE）和最大似然符号检测器（MLSD）等。均衡器的结构有很多种，并且每种结构在实现时又有很多种算法，如最小均方误差算法（LMS）、递归最小二乘法（RLS）、快速递归最小二乘法、平方根递归最小二乘法和梯度递归最小二乘法等。

我们可以通过下面这张图来加深对均衡技术的分类和理解：

信道编码

在移动通信信道上传输数字信号时，由于信道传输特性的不理想以及信道中噪声、干扰等因素的影响，将会使收到的数字信号不可避免地发生错误。为了提高通信系统的可靠性，尽量减少噪声、干扰等因素的影响，改善通信链路的性能，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，采取的最重要的措施就是信道编码。

信道干扰源可分为无源干扰和有源干扰，前者引起的差错是一种随机差错，即某个码元的出错具有独立性，与前后码元无关，而后者是由短暂原因如突然施加干扰源引起的，差错往往不是单个地而是成群成串地出现的，称为突发差错，第一个错误与最后一个错误之间的长度称为突发长度。

信道编码也称为差错控制编码，是一种有效的抗衰落技术，编码的基本思想是在原数据码流中插入一些码元，以达到在接收端能够进行检错和纠错的目的：在发送端，在需要传输的信息码元中人为地加入一些必要的监督码元，这些监督码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束），使不具有规律性的信息序列变换为具有某种规律性的码字序列，这个过程被称为信道编码。经过编码后的信息进入信道，由于信道特性的不理想，一般会在传输中发生差错。在接收端，按照预知的规则检验信息码元与监督码元之间是否满足既定的约束关系，当发现原来的信息码元与监督码元之间的关系被破坏，就能够发现错误（检错码）或者纠正其中的差错（纠错码），这个过程被称为信道解码或信道译码。

按照功能的不同，可以将其分为检错码、纠错码和纠删码。检错码仅能发现错误，常用的检错码包括：奇偶校验码、循环冗余校验码（CRC）等；纠错码不仅能发现错误而且能自动纠正错误，常用的纠错码包括：BCH码、卷积码、RS码、级联码、Turbo码、LDPC码等；纠删码能纠正删除错误。

按照信息码元和监督码元之间的约束方式不同，可分为分组码和卷积码。

按照信息码元和校验码元之间的检验关系，可分为线性码和非线性码。