第4章 抗衰落技术 数字移动通信分析

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。
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 rM (t) akrk (t)
k 1
(4 - 4) 式中， ak为第k个信号的加权系数。
第4章 抗衰落技术
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：
据此，微分集又可分为下列六种。
第4章 抗衰落技术
(1) 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， 在移动信道中， 通常取：
在移动信道中，多个E波和H波叠加，结果表明， Ez、Hx和HY的分量是互不相关的，因此，通过接收三 个场分量，也可以获得分集效果。
优点：场分量不要求天线间有实体上的间隔，因 此，适用于较低工作频段（例如低于100MHz）。
第4章 抗衰落技术
(5) 角度分集。 角度分集的作法是使电波通过几个不同路径， 并以不同 角度到达接收端， 而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线能分离出不同方 向来的信号分量； 由于这些分量具有互相独立的衰落特性， 因而可以实现角 度分集并获得抗衰落的效果。
(1) 选择式合并。 选择式合并是指检测所有分集支路的信号， 以选 择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的 输出。 由上式可见， 在选择式合并器中， 加权系数只有 一项为1， 其余均为0。
第4章 抗衰落技术
接收机1 接收机2
图 4 - 2 二重分集选择式合并
第4章 抗衰落技术
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。
市区 d=0.5λ
(4 - 1)
郊区 d=0.8λ
(4 - 2)
在满足上述条件下，两信号的衰落相关性已经很 弱；d越大，相关性就越弱。
第4章 抗衰落技术
(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。
Bc
(6) 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。
T 1 1
2 fm 2(v / )
式中，fm为衰落频率，v为车速，λ为工作波长，例如，移动速度为30km/h， 工作频率为450MHz，可算得∆T≥40ms。
可以看成是空间分集的一种特殊情况。也需要两 幅天线。
优点：利用了不同极化的电磁波所具有的不相关 衰落特性，因此缩短了天线间的距离。
第4章 抗衰落技术
(4) 场分量分集。 由电磁场理论可知， 电磁波的E 场和H场载有相同的消息， 而反射机理是不同的。
例如，一个散射体反射E波和H波的驻波图形相差 90°相位，即当E波为最大时，H波维最小。
若移动台处于静止状态，即v=0， ∆T为无穷大，表明此时时间分集的得 益将丧失。换句话说，时间分集对静止状态的移动台无助于减小这种衰落。
第4章 抗衰落技术
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。
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，这种办法就能保持通信不会中断。
第4章 抗衰落技术
（2）“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。
第4章 抗衰落技术
相 对 电 平 /dB
10 C
0
－ 10 B A
－ 20
信 号A 信 号B 合 成 信 C号
t
图 4 - 1 选择式分集合并示意图
第4章 抗衰落技术
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
1
2
∆为时延扩展。例如，市区中∆=3µs，Bc约为53kHz，这样频率分集需要 用两部以上的发射机（频率间隔53kHz以上）同时发送同一信号，并用 两部以上的独立接收机来接收信号。
缺点：设备复杂；在频谱利用方面也不经济。
第4章 抗衰落技术
(3) 极化分集。 由于两个不同极化的电磁波具有 独立的衰落特性， 因而发送端和接收端可以用两个位 置很近但为不同极化的天线分别发送和接收信号， 以 获得分集效果。
第4章 抗衰落技术
第4章 抗衰落技术
4.1 分集接收 4.2 RAKE接收
第4章 抗衰落技术
4.1 分集接收
4.1.1 分集接收原理 1. 什么是分集接收 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。 为说明问题， 图 4 - 1 给出了一种利用 “选择式”合并法进行分集的示意图。 图中， A与B 代表两个同一来源的独立衰落信号。
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。
第4章 抗衰落技术
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”。 （1）“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)。