移动通信原理与系统 第4章 抗衰落和链路性能增强技术.ppt

第4章 抗衰落和链路性能增强技术 4.1概述 4.2分集技术 4.3 信道编码技术 4.4 均衡技术 4.2 分集技术 4.2.1 分集技术原理 1. 什么是分集 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。 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三种。 (1) 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。 (2) 频率分集。 由于频率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) 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， 3. 合并方式 接收端收到M(M≥2)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 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。 (2) 最大比值合并。 (3) 等增益合并 图 4 - 2 二重分集选择式合并 图 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。 (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。 4.2.2 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： (1) 每一支路的噪声均为加性