(,)多徑衰落信道的分集技術(shù)

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1、6.3多徑衰落信道的分集技術(shù)（課本14.4節(jié)）6.3.1分集技術(shù)及其性能本節(jié)討論：1、分集的必要性2、分集的原理與方法3、合并的方法4、分集性能的評價一、引言—分集的必要性必要性：抗信道的快衰落（1）頻率非選擇性慢衰落（瑞利衰落、平坦衰落）（2）頻率選擇性慢衰落（“頻選”）（3）頻率非選擇性快衰落（“時選”）（4）頻率選擇性快衰落（“雙選”）1.移動信道的損傷—影響數(shù)字通信系統(tǒng)的差錯率性能l大尺度衰落l小尺度衰落l噪聲與干擾瑞利衰落信道：接收信號電平（或SNR）波動范圍達30～40dB。在該信道上的二進制數(shù)字傳輸性能遠劣于與其

2、平均SNR相同而無衰落時的性能。（可參見p.313圖14-3-2中m=1瑞利衰落與m=∞無衰落的平均誤比特率比較）2.抗（快）衰落的辦法發(fā)端：抗衰落的調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、提高發(fā)送電平等收端：分集接收技術(shù)二、分集的原理與方法1.分集的原理發(fā)送：同樣的信息信道：劃分為L個相互統(tǒng)計獨立的衰落信道（按頻率、時間、空間等劃分）接收：合并技術(shù)（最大比合并，等增益合并，選擇性合并）接收機對L的信道的接收信號進行合并，可提高接收信號電平(SNR)。（注：分集與復(fù)用是相反的技術(shù)：1）分集重在提高可靠性，復(fù)用關(guān)注有效性；2）分集是各個信道上發(fā)同樣

3、的信號，產(chǎn)生復(fù)本，復(fù)用是各個子信道上傳不同的信號。）分集技術(shù)抗衰落的原理可從兩個方面解釋：l衰落概率解釋—設(shè)每個信道衰落的概率為p,則L個信道同時衰落的概率為。11（注：這里衰落指的是信道衰減很大的意思。）l衰落信噪比解釋—從瑞利衰落的信噪比形式看：（指數(shù)衰減函數(shù)）分集的作用是：通過分集合并技術(shù)，修正無分集時，使，而。無分集分集2.分集的方法（劃分不同獨立信道的方法）有三種基本方法：空間分集，頻率分集，時間分集。（1）空間分集不相關(guān)衰落所要求的空間間隔距離為：其中，為載波波長，為天線波束張角（擴散角）。【例1】短波通信：，則。

4、如，則取D為數(shù)百米。【例2】移動通信：城市中，則。12。。MS。L空間分集示意圖分集接收（合并）分集天線數(shù)L：一般取。11此外，“極化分集”，“角度分集”也可視為空間分集。（注：多天線不一定形成陣列，即不一定利用定向性。理論可以證明只要天線間隔達到或超過半個波長，就可以產(chǎn)生空間不相關(guān)的獨立的信道，從而可以進行空間分集或復(fù)用。）用不同的天線（極化天線，方向性天線）接收不相關(guān)信道的信號，達到分集的目的。（1）頻率分集采用頻分L個獨立信道（子載波信道）來分集。要求相鄰載波間隔?！纠?】900MHz頻段在市區(qū)：,。當寬帶信號，該信號在

5、信道中傳輸時產(chǎn)生條獨立衰落信號分量（路徑）。接收機采用L重（階）頻率分集。在接收機為RAKE接收機（RAKE相關(guān)器，或RAKE匹配濾波器）。（注：OFDM跟頻率分集正好相反，屬于復(fù)用（SpectralMultiplexing），子載波間隔應(yīng)該小于相干帶寬。這樣才能保證子信道的平坦性。）（2）時間分集采用時分L個獨立信道來分集。相鄰信道的時間間隔。即，發(fā)送信號每隔秒重復(fù)發(fā)送一次，共重復(fù)L次。11合并的方法在分集接收中，接收機從不同的L個獨立的衰落信道接收信號，通過某種形式的合并方式，來改善系統(tǒng)的性能。合并可以在頻帶（射頻或中頻）

6、或基帶中進行。主要合并方式：檢測方式合并方式合并類型各分集信道加權(quán)相干檢測最大比MRC線性合并是等增益EGC是選擇式SEC否非相干檢測平方律非線性合并下面，以PSK信號通過多徑衰落信道來說明（空間）分集合并的方法（等效低通模型）。發(fā)送：PSK信號多徑衰落信道：劃分為L個獨立的瑞利衰落信道。例如：采用多天線。第k個信道：，接收信號：，,第k個信道PSK信號：圖1（圖14-4-1）11（1）AGN信道條件下的最佳接收（無分集）：判決變量：（注：l表示低通）式中，為本地載波相位(相干檢測)。PSK信號等能量，且只用一個MF。（2）在

7、衰落信道條件下，采用最大比合并(MRC)分集接收，接收機結(jié)構(gòu)如圖示。對第k個衰落信道的判決變量；式中，為第k個信道的增益（或加權(quán)因子）。（注：這是相干接收，需要辨識信道系數(shù)和相位，即完整的平坦信道。）合并后的判決變量：注：在上兩式中，對PSK信號（）,兩個波形相似（注：相反），只用一個MF，可以將式中改寫為，且令。11圖2接收機結(jié)構(gòu)（最大比合并器）最大比合并器MF1MF2MFLRe[]判決UP2說明：l所有MF均相同。l由信道估計器精確獲得。l當（各信道增益相等），則稱為等增益合并，相當于放棄對于系數(shù)的辨識，只辨識信道的相位。

8、當不等時，則稱為最大比合并。將代入U式：所以，(14-4-4)式中，，且，對所有k統(tǒng)計獨立。（3）求合并器的輸出SNR：11①先將L個信道看作恒參信道，為固定值。因為其中，（14-4-6）（14-4-7）由此可以求出誤碼率（給定（即）條件下)即誤信率為U小于零的概率，故得到其