移動(dòng)通信 第四版課件(李建東、郭梯云 ) 第4章

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1、第4章抗衰落技術(shù)4.1分集接收4.2RAKE接收4.3糾錯(cuò)編碼技術(shù)4.4均衡技術(shù)思考題與習(xí)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(duì)它收到的多個(gè)衰落特性互相獨(dú)立(攜帶同一信息)的信號(hào)進(jìn)行特定的處理，以降低信號(hào)電平起伏的辦法。為說(shuō)明問(wèn)題，圖6－1給出了一種利用“選擇式”合并法進(jìn)行分集的示意圖。圖中，A與B代表兩個(gè)同一來(lái)源的獨(dú)立衰落信號(hào)。如果在任意時(shí)刻，接收機(jī)選用其中幅度大的一個(gè)信號(hào)，則可得到合成信號(hào)如圖中C所示。由于在任一瞬間，兩個(gè)非相關(guān)的衰落信號(hào)同時(shí)處于深度衰落的概率是極小的，因此合成信號(hào)C的衰落程度會(huì)明顯減小。不過(guò)，這

2、里所說(shuō)的“非相關(guān)”條件是必不可少的，倘若兩個(gè)衰落信號(hào)同步起伏，那么這種分集方法就不會(huì)有任何效果。4.1分集接收?qǐng)D4-1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(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號(hào)；二是集中處理，即接收機(jī)把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)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(dòng)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(shù)，其作法是把多個(gè)基站設(shè)置在不同的地理位置上(如蜂窩

3、小區(qū)的對(duì)角上)和在不同方向上，同時(shí)和小區(qū)內(nèi)的一個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信(可以選用其中信號(hào)最好的一個(gè)基站進(jìn)行通信)。顯然，只要在各個(gè)方向上的信號(hào)傳播不是同時(shí)受到陰影效應(yīng)或地形的影響而出現(xiàn)嚴(yán)重的慢衰落(基站天線的架設(shè)可以防止這種情況發(fā)生)，這種辦法就能保持通信不會(huì)中斷。“微分集”是一種減小快衰落影響的分集技術(shù)，在各種無(wú)線通信系統(tǒng)中都經(jīng)常使用。理論和實(shí)踐都表明，在空間、頻率、極化、場(chǎng)分量、角度及時(shí)間等方面分離的無(wú)線信號(hào)，都呈現(xiàn)互相獨(dú)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?？臻g分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨(dú)立性，即在任意兩個(gè)不同的位置上接收

4、同一個(gè)信號(hào)，只要兩個(gè)位置的距離大到一定程度，則兩處所收信號(hào)的衰落是不相關(guān)的。為此，空間分集的接收機(jī)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(zhǎng)、地物及天線高度有關(guān)，在移動(dòng)信道中，通常?。邯ナ袇^(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(guān)帶寬的兩個(gè)信號(hào)所遭受的衰落可以認(rèn)為是不相關(guān)的，因此可以用兩個(gè)以上不同的頻率傳輸同一信息，以實(shí)現(xiàn)頻率分集。根據(jù)相關(guān)帶寬的定義，即式中，Δ為延時(shí)擴(kuò)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(jī)(頻率相隔53kHz以上)同時(shí)發(fā)送同一

5、信號(hào)，并用兩部以上的獨(dú)立接收機(jī)來(lái)接收信號(hào)。它不僅使設(shè)備復(fù)雜，而且在頻譜利用方面也很不經(jīng)濟(jì)。(3)極化分集。由于兩個(gè)不同極化的電磁波具有獨(dú)立的衰落特性，因而發(fā)送端和接收端可以用兩個(gè)位置很近但為不同極化的天線分別發(fā)送和接收信號(hào)，以獲得分集效果。(4)場(chǎng)分量分集。由電磁場(chǎng)理論可知，電磁波的E場(chǎng)和H場(chǎng)載有相同的消息，而反射機(jī)理是不同的。例如，一個(gè)散射體反射E波和H波的駐波圖形相位差90°，即當(dāng)E波為最大時(shí)，H波為最小。在移動(dòng)信道中，多個(gè)E波和H波疊加，結(jié)果表明EZ、HX和HY的分量是互不相關(guān)的，因此，通過(guò)接收三個(gè)場(chǎng)分量，也可以獲得分集的效果。場(chǎng)分量分集

6、不要求天線間有實(shí)體上的間隔，因此適用于較低工作頻段(例如低于100MHz)。當(dāng)工作頻率較高時(shí)(800～900MHz)，空間分集在結(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)。場(chǎng)分量分集和空間分集的優(yōu)點(diǎn)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(guò)幾個(gè)不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端，而接收端利用多個(gè)方向性尖銳的接收天線能分離出不同方向來(lái)的信號(hào)分量；由于這些分量具有互相獨(dú)立的衰落特性，因而可以實(shí)現(xiàn)角度分集并獲得抗衰落的效果。(6)時(shí)間分集?？焖ヂ涑司哂锌臻g和頻率獨(dú)立性之外，還具有時(shí)間獨(dú)立性，即同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，

7、只要各次發(fā)送的時(shí)間間隔足夠大，那么各次發(fā)送信號(hào)所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的，接收機(jī)將重復(fù)收到的同一信號(hào)進(jìn)行合并，就能減小衰落的影響。時(shí)間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號(hào)。此外，時(shí)間分集也有利于克服移動(dòng)信道中由多普勒效應(yīng)引起的信號(hào)衰落現(xiàn)象。由于它的衰落速率與移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度及工作波長(zhǎng)有關(guān)，因而為了使重復(fù)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)具有獨(dú)立的特性，必須保證數(shù)字信號(hào)的重發(fā)時(shí)間間隔滿足以下關(guān)系：(4-3)式中，fm為衰落頻率，v為車速，λ為工作波長(zhǎng)。例如，移動(dòng)體速度v=30km/h和工作頻率為450MHz，可算得ΔT≥40ms。若移動(dòng)臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，即v=0，由式(

8、6-3)可知，要求ΔT為無(wú)窮大，表明此時(shí)時(shí)間分集的得益將喪失。換句話說(shuō)，時(shí)間分集對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的移動(dòng)臺(tái)無(wú)助于減小此種衰落。(4-4)式中，a