3.1分集技术(Diversity Reception).doc

§3-1 分集技术（Diversity Reception） 移动通信的最大特点是具有多径效应。多径传播（瑞利衰落衰落）时，信号瞬时值快速变动，而阴影衰落（对数正态衰落）时，信号平均值（中值）慢速变动。这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素，使接收信号被大大地恶化。虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高度等方法能取得改善，但采用这些方法在移动通信中比较昂贵，有时也显得不切实际。而采用分集技术便可在接收终端上大大降低深衰落的影响，从而改善传输的可靠性。 所谓分集技术：就是利用多条路径传输相同信息，且具有近似相等的平均信号强度和相互独立的衰落特性的信号路径，在接收端通过适当的合并技术后输出。由此可以降低信号电平起伏，即衰落。 可见分集技术有二重含义：分散传输、集中处理。 分集的基本思想：把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。其通常可以减小平坦衰落信道上接收信号的衰落深度和衰落持续时间。 分集的抗衰落原理：设其中某一信号分量的强度低于检测门限的概率为p，则所有M个信号分量的强度都低于检测门限的概率远低于p。 对于阴影衰落造成的宏观信号衰落可使用宏观分集；对于多径传播造成微观衰落可使用微观分集。宏分集（也叫多基站分集）：为了消除阴影区域产生的信号衰落，将多个基站设置在不同的地理位置和不同的方向上同时和小区内的一个移动台进行通信。微分集：在一个局部区域接收到无线信号在空间、角度、频率、时间等方面呈现出独立性，因此对应的分集方法有空间分集、极化分集、角度分集、频率分集、时间分集和分量分集等多种。 一、分集方法 依照信号传输的形式可分为：显分集和隐分集。显分集：构成明显分集信号的传输形式，多指利用多付天线接收信号的分集。 隐分集：分集作用隐含在传输信号的方式中，而在接收端利用信号处理技术实现信号的分集，一般只需一付天线。 1、空间分集(space diversity) ①利用不同接收地点收到的信号衰落的独立性，实现抗衰落的功能。 ②场强随空间的随机变化，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。水平间隔效果好于垂直间隔。空间距离≥相干距离，弱散射下天线的相干距离更大。 ③经过测试和统计，CCIR建议为了获得满意的分集效果，移动单元两天线间距大于0.6个波长，即d＞0．6l，并且最好选在l/4的奇数倍附近。若减小天线间距，即使小到l/4，也能起到相当好的分集效果。 ④收端N （N=2～4）部天线接收，N越大，效果越好，但当N较大时，分集增益的增加却变得缓慢，且工程复杂。 ⑤天线分集效果的好坏不仅与天线间的距离有关，还与天线的排列、合并方式，特别是天线的布置尤为重要。 其实，空间分集还包括极化分集（在收端天线安装水平与垂直极化天线）和角度分集（采用方向性天线）。极化分集在移动环境下，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的衰落特性。角度分集由于地形地貌的影响，多径信号到达接收点的方向可能不一样，在接收端采用方向性天线，就可以实现角度分集。 2、频率分集(frequency diversity) ①将待发送的信息分别调制在不同的载波上发送，载波间隔≥相干带宽1/L（L为时延扩散）。市区的时延扩展相对郊区更大，因此载波间隔更小。 ②市区的时延扩展大于郊区和开阔地，因此，相干带宽（市区）≤相干带宽（郊区） ③应用：与空间分集相比，减少了接收天线与相应设备的数目，但占用更多的频率资源，且发端需要多部发射机。移动通信中，常使用跳频技术实现频率分集 3、时间分集 (time diversity) （对静止的MS无用） ①将待发送的信号每隔一定时间间隔重复发送，在收端可得到N条独立的分集支路，时间间隔≥相干时间1/B（B为多卜勒频移的扩散区间，与移动台的速度有关），处于静止状态，时间分集基本不可实现。 ②速度越快，最大多普勒频移越大，相干时间越短，时间分集的时间间隔相对而言更小。 ③应用：与空间分集相比，减少了接收天线的数目，占用了更多的时隙资源，降低了传输效率。移动通信中，大量应用于CDMA系统的RAKE接收机中，以处理多径信号，有时也叫多径分集。 4、多用户分集：利用不同用户的信道衰落，好的多传获得大容量！ 二、合并方式(Combining Techniques of Diversity ) 信号合并的目的就是要使它他的信噪比有改善，分集增益的效果常用分集增益或改善因子来描述，有时也用中断概率来描述。最佳的分集就在于最有效的减小信噪比低于正常工作门限信噪比的时间。 合并后信号表示式：--------------------------------------------------------（3-1） 其中分集的重数为M，第i条分集支路上的信号电压为r