(,)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(píng)價(jià)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(shí)選”）（4）頻率選擇性快衰落（“雙選”）1.移動(dòng)信道的損傷—影響數(shù)字通信系統(tǒng)的差錯(cuò)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(hào)電平（或SNR）波動(dòng)范圍達(dá)30～40dB。在該信道上的二進(jìn)制數(shù)字傳輸性能遠(yuǎn)劣于與其

2、平均SNR相同而無(wú)衰落時(shí)的性能。（可參見(jiàn)p.313圖14-3-2中m=1瑞利衰落與m=∞無(wú)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(zhǎng)個(gè)相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信道（按頻率、時(shí)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(jī)對(duì)L的信道的接收信號(hào)進(jìn)行合并，可提高接收信號(hào)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(gè)信道上發(fā)同樣

3、的信號(hào)，產(chǎn)生復(fù)本，復(fù)用是各個(gè)子信道上傳不同的信號(hào)。）分集技術(shù)抗衰落的原理可從兩個(gè)方面解釋：l衰落概率解釋—設(shè)每個(gè)信道衰落的概率為p,則L個(gè)信道同時(shí)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(guò)分集合并技術(shù)，修正無(wú)分集時(shí)，使，而。無(wú)分集分集2.分集的方法（劃分不同獨(dú)立信道的方法）有三種基本方法：空間分集，頻率分集，時(shí)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(zhǎng)，為天線波束張角（擴(kuò)散角）。【例1】短波通信：，則。

4、如，則取D為數(shù)百米。【例2】移動(dòng)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(dá)到或超過(guò)半個(gè)波長(zhǎng)，就可以產(chǎn)生空間不相關(guān)的獨(dú)立的信道，從而可以進(jìn)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(hào)，達(dá)到分集的目的。（1）頻率分集采用頻分L個(gè)獨(dú)立信道（子載波信道）來(lái)分集。要求相鄰載波間隔?！纠?】900MHz頻段在市區(qū)：,。當(dāng)寬帶信號(hào)，該信號(hào)在

5、信道中傳輸時(shí)產(chǎn)生條獨(dú)立衰落信號(hào)分量（路徑）。接收機(jī)采用L重（階）頻率分集。在接收機(jī)為RAKE接收機(jī)（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(shí)間分集采用時(shí)分L個(gè)獨(dú)立信道來(lái)分集。相鄰信道的時(shí)間間隔。即，發(fā)送信號(hào)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(jī)從不同的L個(gè)獨(dú)立的衰落信道接收信號(hào)，通過(guò)某種形式的合并方式，來(lái)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(jìn)行。主要合并方式：檢測(cè)方式合并方式合并類型各分集信道加權(quán)相干檢測(cè)最大比MRC線性合并是等增益EGC是選擇式SEC否非相干檢測(cè)平方律非線性合并下面，以PSK信號(hào)通過(guò)多徑衰落信道來(lái)說(shuō)明（空間）分集合并的方法（等效低通模型）。發(fā)送：PSK信號(hào)多徑衰落信道：劃分為L(zhǎng)個(gè)獨(dú)立的瑞利衰落信道。例如：采用多天線。第k個(gè)信道：，接收信號(hào)：，,第k個(gè)信道PSK信號(hào)：圖1（圖14-4-1）11（1）AGN信道條件下的最佳接收（無(wú)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(cè))。PSK信號(hào)等能量，且只用一個(gè)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(jī)結(jié)構(gòu)如圖示。對(duì)第k個(gè)衰落信道的判決變量；式中，為第k個(gè)信道的增益（或加權(quán)因子）。（注：這是相干接收，需要辨識(shí)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(duì)PSK信號(hào)（）,兩個(gè)波形相似（注：相反），只用一個(gè)MF，可以將式中改寫(xiě)為，且令。11圖2接收機(jī)結(jié)構(gòu)（最大比合并器）最大比合并器MF1MF2MFLRe[]判決UP2說(shuō)明：l所有MF均相同。l由信道估計(jì)器精確獲得。l當(dāng)（各信道增益相等），則稱為等增益合并，相當(dāng)于放棄對(duì)于系數(shù)的辨識(shí)，只辨識(shí)信道的相位。

8、當(dāng)不等時(shí)，則稱為最大比合并。將代入U(xiǎn)式：所以，(14-4-4)式中，，且，對(duì)所有k統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。（3）求合并器的輸出SNR：11①先將L個(gè)信道看作恒參信道，為固定值。因?yàn)槠渲校?4-4-6）（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