图4.11 单信道调制跳频系统框图
跳频扩频具有时变、伪随机的载波，所有可能载波频率的集合称为跳频集，跳频之间的持续时间称为跳频周期Th。对跳频扩频系统，若总的跳频带宽和瞬时带宽分别为Wss和B, 则其处理增益为Wss/B。单信道调制跳频系统方框见图4.11，该图中, 接收机频率合成器生成的频率模式和接收到的信号中的频率同步，混合器输出的是一个固定差频的解跳信号。
跳频可以分为快跳和慢跳两类，如果一次发射信号期间有不止一个频率跳跃，则称为快跳频；如果在频率跳跃的时间间隔中有一个或多个信号发射，则称为慢跳频。
在跳时扩频中，时间间隔远大于信号速率的倒数，该时间间隔被划分为大量的时隙。编码信号以一个或多个码字组成一个码块，在一个伪随机选择的时隙中发送。PSK调制可用来发送编码比特，图4.12是跳时扩频系统方框图。除前面介绍的直接系列扩频（DS）、跳频扩频（FH）和跳时扩频（TH）外，其他类型的扩频信号可通过DS、FH和TH的组合得到，详见相关资料。
信息 序列 编码器 缓存器和交织器 PN序列发生器 门电路 PSK调制器 PN序列发生器 信道 门电路 PSK调制器 缓存器和交织器 时间同步 译码器 图4.12 跳时（TH）扩频系统框图 4. 多用户检测技术
输出
多用户检测技术能抗多址干扰和多径干扰，其核心技术是多用户检测器。图4.13是多用户检测器的一般结构。图4.13a是传统的单用户检测接收机。它将多址干扰和多径干扰等效为加性高斯白噪声来处理，这是一种消极的处理方式；图4.13b是充分利用已知伪随机码结构信息与统计信息联合检测的多用户接收机；图4.13c和4.13d是考虑了无线信道多径特点的多径多用户最佳接收机结构，在图4.13c中, 多径合并放在多用户检测之前，在图4.13d中, 多径合并放在多用户检测之后。
a b
c d
图4.13 多用户检测器的一般结构图
多用户检测的主要优点是：消除或减弱多址干扰的有效手段；消除或减弱多径干扰的有效手段；消除和减弱远近效应的有效手段；改善系统性能、提高系统容量和增大小区覆盖范围的有效手段。主要缺点是：增加了延时和设备复杂性。
多用户检测器分为最优检测器（最大似然MLSD检测器）和准优型多用户检测器。准优型多用户检测器又分为线性多用户检测和非线性多用户检测。线性多用户检测器又分为非自适应型多用户检测器和自适应型多用户检测器。非线性多用户检测器又分为干扰抵消型、序列检测、分组检测和基于神经网络的多用户检测等。多用户检测技术的发展方向是各种组合优化技术。例如，空时二维信号处理技术、多用户检测与多载波调制相结合的技术、多用户检测与信道编码相结合的技术和多用户检测与功率控制相结合的技术等。
4.6无线宽带通信信号处理技术
4.6.1无线宽带通信技术
第一代无线通信系统的技术特征是模拟通信，信号处理方式为模拟信号处理；第二代无线通信系统的技术特征是数字通信，信号处理方式为统计信号处理，并且主要是一维时域处理；第三代无线通信系统的技术特征是二维处理，例如，3G的无线接口标准是：IMT-DS(Direct Spread) 、
IMT-MC(Multi Carrier)、IMT-TD(Time-Code)、IMT-SC(Single Carrier)和IMT-FT(Frequency -Time)。CDMA、多载波、时频和频时二维处理是其主要技术特征。3G技术达到的最高传输速率是：高速运动144kb/s、步行速率384kb/s和室内环境2Mb/s。要达到更高的无线传输速率，必需采用新的无线通信信号处理技术，例如，三维处理和超宽无线电技术。下面分别介绍空时编码、时频处理、空时频三维处理和超宽无线电。 (1) 空时编码
空时编码(space-time coding) 是无线通信的一种新的编码和信号处理技术，它通过使用多个发射天线发送信号，在不同天线发送的信号之间引入时域和空域相关性，使得在接收端可以利用多个天线进行分集接收，见图4.14所示。它使用N个发射天线和M个接收天线进行空时编码，离散时刻k的信息码元s(k)用空时编码器编码成N个码元c1(k)，?，cn(k)。每个码元从不同的天线同时发送出去，编码器选择N个码元发送是为了在接收端能够获得最大的编码增益和分集增益。
图4.14 空时编码传输方案
空时编码又可分为空时格形码(space-time trellis codes) 和空时分组码(space-time block codes) 两种形式。空时格形码在不牺牲发射带宽的前提下，可以获得最大的编码增益和分集增益。它的主要缺点是译码时需要使用Viterbi译码器的向量形式，导致天线数目一定时，译码复杂度随数据传输速率的增大呈指数增加，显得不大实用。Naguib讨论了不同M进制PSK码在具有不同状态数时的空时格形码的各种形式。Alamouti讨论了空时分组码，它的译码方法较简单，并且能抑制干扰，因而能增加无线通信系统的容量和提高数据传输速率。
(2) 时频处理
时频处理亦称为多载波调制MCM(Multi-carrier Modulation)，它的基本原理是将所要传 输的数据流分成若干个并行的子数据流，并用这些子数据流去并行调制若干个载波，最后合成输出。无线通信系统中主要采用的MCM技术是：正交频分复用OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和多载波码分多址MC-CDMA(Multi-carrier Code Division Multiplexing Access)。
图4.15 OFDM传输方案 OFDM传输方案见图4.15，该方案的特点是：当子载波数目很大时，OFDM占用带宽仅为FDM的一半；
与单载波系统比较，OFDM技术抗多径衰落能力强、信道均衡技术简单、并可用于快速时变信道中；OFDM可利用FFT技术实现调制和解调，计算高效。
OFDM在频率选择性深衰落情况下，相应子载波上的数据被破坏，造成子信道上信息的丢失。将OFDM与CDMA结合，信号就能在多个载波上扩展，能更有效地利用未遭破坏子载波上包含的信息恢复原始数据，实现频率分集。Prasad将MC-CDMA归纳为频域扩展的多载波系统和时域扩展的多载波系统，研究表明：MC-CDMA信号能够用结构相当简单的接收机来检测；这种接收机采用FFT技术和可变增益分集合并，其每一支路的增益仅仅由该子载波的信道衰落所控制；MC-CDMA系统可在高时变信道中工作，并达到令人满意的误比特率。
(3) 空时频三维处理
Liu等人介绍了基于空时编码和OFDM技术的无线宽带传输方案，该方案的OFDM载波数为256，子载波间隔3.5khz，最大可用带宽为1Mhz，最大多普勒频率为200hz。仿真结果表明：当Eb/N=2.7～4dB时(取决于延时扩展)，可获得的数据传输速率大于1.5Mb/s。
图4.16 基于两对收发天线的并行传输方案
若采用图4.16所示的基于两对收发天线的并行传输方案，分别在两条无线信道上传输数据，数据传输速率为2ｘ1Mb/s/Mhz；若采用N对收发天线，数据传输速率为Nｘ1Mb/s/Mhz。
(4) 超宽UW(Ultra-wideband) 无线电
超宽UW(Ultra-wideband) 无线电不同于传统的无线通信技术。 传统无线通信技术发射特定频率的正弦波作为载波，Time Domain公司开发的超宽无线电技术PulsON 发射的是具有宽带频谱的超低功率无载波脉冲，脉冲宽度为10ns～1ns。超宽无线电技术PulsON采用脉冲位置调制(Pulse position modulation) 方式，将需要传输的数字信息调制到脉冲与脉冲之间的时间间隔中。超宽无线电技术的特点是：
a.抗多径---超宽无线电发射1ns左右的窄脉冲，具有很高的时间分辨能力，相应的多径分辨率小于30 cm，抗多径性能良好。而传统无线通信中需要采用复杂的信号处理，才能实现宽带无线通信；
b.抗干扰---超宽无线电技术采用跳时扩频信号，扩展后的频谱为几GHz，是－般扩频系统的一百左右。因此，同等数码率条件下处理增益比－般扩频系统高20dB左右，即抗干扰能力强；
c.辐射功率极低---超宽无线电手机发射功率小于1mw，即可实现几公里的通信距离。超宽无
线电手机电磁波辐射仅为目前手机的几百分之一，是真正的绿色环保手机。在无线通信技术日益普及，电磁波辐射日益严重的今天，开发超宽无线电通信技术具有重要意义；
d.通信容量大和穿透能力强---在无线蜂窝移动通信系统中，超宽无线电通信系统容量远大于GSM和CDMA，超宽无线电通信系统一个小区内可支持移动通信用户数可达1万以上。它与传统无线通信系统兼容工作，互不干扰，在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种全新的无线电资源。此外，相对于传统无线通信系统，超宽无线电辐射频率低，穿透能力强。
4.5.2智能天线
1.自适应阵列天线
我们知道，使用阵列天线可以加强所需要方向的信号接收，同时抑制不需要的干扰。通过改变阵元的个数、阵元间距以及每个阵元的附加相位，可以将天线主波束对准所需要信号的方向，同时在干扰的入射方向放置一个零点。下面以二元阵为例，讨论通过复加权方Es（t） EI（t） 法改变主波束方向和零点的方法。
如图4.17所示，假设阵元均为无方向性天线，间距为d=λ/2。信号电场d 阵元1 阵元2 jω0t
Ese垂直于二元阵，θs=90°，干扰电场从θI=60°的方向入射，天线阵的中心w1+jw2 W3+jw4 点干扰和信号的相位为零，则经过复加权后合成信号输出为
+ 阵输出y（t） Esej?0t[(w1?jw2)?(w3?jw4)] ?Esej?0t[(w1?w3)?j(w2?w4)]图4.17 具有复数加权的二元阵
由于振元1接收到的干扰超前相位π/4，阵元2接收到的干扰滞后相位π/4, 经复加权处理后的合成干扰输出为
EIej(?t??/4)(w1?jw2)?EIej(?t??/4)(w3?jw4)
?EIej?t(1/2)[(1?j)(w1?jw2)?(1?j)(w3?jw4)] ?(1/2)EIej?t[(w1?w2?w3?w4)?j(w2?w1?w3?w4)]
令w1?w3?1 w2?w4?1
w1?w2?w3?w4?0