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《移動通信 第四版課件(李建東、郭梯云 ) 第4章》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、第4章抗衰落技術4.1分集接收4.2RAKE接收4.3糾錯編碼技術4.4均衡技術思考題與習題4.1.1分集接收原理1.什么是分集接收所謂分集接收,是指接收端對它收到的多個衰落特性互相獨立(攜帶同一信息)的信號進行特定的處理,以降低信號電平起伏的辦法。為說明問題,圖6-1給出了一種利用“選擇式”合并法進行分集的示意圖。圖中,A與B代表兩個同一來源的獨立衰落信號。如果在任意時刻,接收機選用其中幅度大的一個信號,則可得到合成信號如圖中C所示。由于在任一瞬間,兩個非相關的衰落信號同時處于深度衰落的概率是極小的,因此合成信號C的衰落程度會明顯減小。不過,這
2、里所說的“非相關”條件是必不可少的,倘若兩個衰落信號同步起伏,那么這種分集方法就不會有任何效果。4.1分集接收圖4-1選擇式分集合并示意圖分集有兩重含義:一是分散傳輸,使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落信號;二是集中處理,即接收機把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并(包括選擇與組合)以降低衰落的影響。2.分集方式在移動通信系統(tǒng)中可能用到兩類分集方式:一類稱為“宏分集”;另一類稱為“微分集”。“宏分集”主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中,也稱為“多基站”分集。這是一種減小慢衰落影響的分集技術,其作法是把多個基站設置在不同的地理位置上(如蜂窩
3、小區(qū)的對角上)和在不同方向上,同時和小區(qū)內的一個移動臺進行通信(可以選用其中信號最好的一個基站進行通信)。顯然,只要在各個方向上的信號傳播不是同時受到陰影效應或地形的影響而出現(xiàn)嚴重的慢衰落(基站天線的架設可以防止這種情況發(fā)生),這種辦法就能保持通信不會中斷。“微分集”是一種減小快衰落影響的分集技術,在各種無線通信系統(tǒng)中都經(jīng)常使用。理論和實踐都表明,在空間、頻率、極化、場分量、角度及時間等方面分離的無線信號,都呈現(xiàn)互相獨立的衰落特性。據(jù)此,微分集又可分為下列六種。(1)空間分集。空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性,即在任意兩個不同的位置上接收
4、同一個信號,只要兩個位置的距離大到一定程度,則兩處所收信號的衰落是不相關的。為此,空間分集的接收機至少需要兩副相隔距離為d的天線,間隔距離d與工作波長、地物及天線高度有關,在移動信道中,通常取:市區(qū)d=0.5λ(4-1)郊區(qū)d=0.8λ(4-2)(2)頻率分集。由于頻率間隔大于相關帶寬的兩個信號所遭受的衰落可以認為是不相關的,因此可以用兩個以上不同的頻率傳輸同一信息,以實現(xiàn)頻率分集。根據(jù)相關帶寬的定義,即式中,Δ為延時擴展。例如,市區(qū)中Δ=3μs,Bc約為53kHz,這樣頻率分集需要用兩部以上的發(fā)射機(頻率相隔53kHz以上)同時發(fā)送同一
5、信號,并用兩部以上的獨立接收機來接收信號。它不僅使設備復雜,而且在頻譜利用方面也很不經(jīng)濟。(3)極化分集。由于兩個不同極化的電磁波具有獨立的衰落特性,因而發(fā)送端和接收端可以用兩個位置很近但為不同極化的天線分別發(fā)送和接收信號,以獲得分集效果。(4)場分量分集。由電磁場理論可知,電磁波的E場和H場載有相同的消息,而反射機理是不同的。例如,一個散射體反射E波和H波的駐波圖形相位差90°,即當E波為最大時,H波為最小。在移動信道中,多個E波和H波疊加,結果表明EZ、HX和HY的分量是互不相關的,因此,通過接收三個場分量,也可以獲得分集的效果。場分量分集
6、不要求天線間有實體上的間隔,因此適用于較低工作頻段(例如低于100MHz)。當工作頻率較高時(800~900MHz),空間分集在結構上容易實現(xiàn)。場分量分集和空間分集的優(yōu)點是這兩種方式不像極化分集那樣要損失3dB的輻射功率。(5)角度分集。角度分集的作法是使電波通過幾個不同路徑,并以不同角度到達接收端,而接收端利用多個方向性尖銳的接收天線能分離出不同方向來的信號分量;由于這些分量具有互相獨立的衰落特性,因而可以實現(xiàn)角度分集并獲得抗衰落的效果。(6)時間分集??焖ヂ涑司哂锌臻g和頻率獨立性之外,還具有時間獨立性,即同一信號在不同的時間區(qū)間多次重發(fā),
7、只要各次發(fā)送的時間間隔足夠大,那么各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨立的,接收機將重復收到的同一信號進行合并,就能減小衰落的影響。時間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號。此外,時間分集也有利于克服移動信道中由多普勒效應引起的信號衰落現(xiàn)象。由于它的衰落速率與移動臺的運動速度及工作波長有關,因而為了使重復傳輸?shù)臄?shù)字信號具有獨立的特性,必須保證數(shù)字信號的重發(fā)時間間隔滿足以下關系:(4-3)式中,fm為衰落頻率,v為車速,λ為工作波長。例如,移動體速度v=30km/h和工作頻率為450MHz,可算得ΔT≥40ms。若移動臺處于靜止狀態(tài),即v=0,由式(
8、6-3)可知,要求ΔT為無窮大,表明此時時間分集的得益將喪失。換句話說,時間分集對靜止狀態(tài)的移動臺無助于減小此種衰落。(4-4)式中,a