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1、第4章 抗衰落技术,4.1 分集接收 4.2 RAKE接收 4.3 纠错编码技术 4.4 均衡技术 思考题与习题,4.1 分集接收,4.1.1 分集接收原理 1. 什么是分集接收 所谓分集接收， 是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立(携带同一信息)的信号进行特定的处理， 以降低信号电平起伏的办法。 为说明问题， 图 4 - 1 给出了一种利用“选择式”合并法进行分集的示意图。 图中， A与B代表两个同一来源的独立衰落信号。,图 4 - 1 选择式分集合并示意图,分集有两重含义： 一是分散传输， 使接收端能获得多个统计独立的、 携带同一信息的衰落信号； 二是集中处理， 即接收机把收到的多个统
2、计独立的衰落信号进行合并(包括选择与组合)以降低衰落的影响。,2. 分集方式 在移动通信系统中可能用到两类分集方式： 一类称为“宏分集”； 另一类称为“微分集”。 “宏分集”主要用于蜂窝通信系统中， 也称为“多基站”分集。 这是一种减小慢衰落影响的分集技术， 其作法是把多个基站设置在不同的地理位置上(如蜂窝小区的对角上)和在不同方向上， 同时和小区内的一个移动台进行通信(可以选用其中信号最好的一个基站进行通信)。 显然， 只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落(基站天线的架设可以防止这种情况发生)， 这种办法就能保持通信不会中断。,“微分集”是一种减小快衰
3、落影响的分集技术， 在各种无线通信系统中都经常使用。 理论和实践都表明， 在空间、 频率、 极化、 场分量、 角度及时间等方面分离的无线信号， 都呈现互相独立的衰落特性。 据此， 微分集又可分为下列六种。,(1) 空间分集。 空间分集的依据在于快衰落的空间独立性， 即在任意两个不同的位置上接收同一个信号， 只要两个位置的距离大到一定程度， 则两处所收信号的衰落是不相关的。为此， 空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为d的天线， 间隔距离d与工作波长、 地物及天线高度有关， 在移动信道中， 通常取： 市区 d=0.5 (4 - 1) 郊区 d=0.8 (4 - 2),(2) 频率分集。 由于频率
4、间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的， 因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息， 以实现频率分集。 根据相关带宽的定义， 即,(3) 极化分集。 由于两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性， 因而发送端和接收端可以用两个位置很近但为不同极化的天线分别发送和接收信号， 以获得分集效果。 (4) 场分量分集。 由电磁场理论可知， 电磁波的E场和H场载有相同的消息， 而反射机理是不同的。 ,(5) 角度分集。 角度分集的作法是使电波通过几个不同路径， 并以不同角度到达接收端， 而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线能分离出不同方向来的信号分量； 由于这些分量具有互相独立的衰落特性
5、， 因而可以实现角度分集并获得抗衰落的效果。,(6) 时间分集。 快衰落除了具有空间和频率独立性之外， 还具有时间独立性， 即同一信号在不同的时间区间多次重发， 只要各次发送的时间间隔足够大， 那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的， 接收机将重复收到的同一信号进行合并， 就能减小衰落的影响。时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号。 此外， 时间分集也有利于克服移动信道中由多普勒效应引起的信号衰落现象。,由于它的衰落速率与移动台的运动速度及工作波长有关， 因而为了使重复传输的数字信号具有独立的特性， 必须保证数字信号的重发时间间隔满足以下关系：,(4 - 3),3. 合并方式 接收端收到
6、M(M2)个分集信号后， 如何利用这些信号以减小衰落的影响， 这就是合并问题。 一般均使用线性合并器， 把输入的M个独立衰落信号相加后合并输出。 假设M个输入信号电压为r1(t)， r2(t), ， rM(t)， 则合并器输出电压r(t)为,(4 - 4),式中， ak为第k个信号的加权系数。,选择不同的加权系数， 就可构成不同的合并方式。 常用的有以下三种方式： (1) 选择式合并。 选择式合并是指检测所有分集支路的信号， 以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。 由上式可见， 在选择式合并器中， 加权系数只有一项为1， 其余均为0。,图 4 - 2 二重分集选择式合并,图
7、4 - 2 为二重分集选择式合并的示意图。 两个支路的中频信号分别经过解调， 然后作信噪比比较， 选择其中有较高信噪比的支路接到接收机的共用部分。 选择式合并又称开关式相加。 这种方式方法简单， 实现容易。 但由于未被选择的支路信号弃之不用， 因此抗衰落不如后述两种方式。,(2) 最大比值合并。 最大比值合并是一种最佳合并方式， 其方框图如图 4 - 3 所示。 为了书写简便， 每一支路信号包络rk(t)用rk表示。 每一支路的加权系数ak与信号包络rk成正比而与噪声功率Nk成反比， 即,(4 - 5),由此可得最大比值合并器输出的信号包络为,(4 - 6),式中， 下标R表征最大比值合并方式
8、。,图 4 - 3 最大比值合并方式,图 4 - 4 等增益合并,(3) 等增益合并。 等增益合并无需对信号加权， 各支路的信号是等增益相加的， 其方框图如图 4 - 4所示。 等增益合并方式实现比较简单， 其性能接近于最大比值合并。 等增益合并器输出的信号包络为,(4 - 7),式中， 下标E表征等增益合并。,4.1.2 分集合并性能的分析与比较 众所周知， 在通信系统中信噪比是一项很重要的性能指标。 在模拟通信系统中， 信噪比决定了话音质量； 在数字通信系统中， 信噪比(或载噪比)决定了误码率。 分集合并的性能系指合并前、 后信噪比的改善程度。 为便于比较三种合并方式， 假设它们都满足下列三个条件：,