(,)多径衰落信道的分集技术

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1、6.3多径衰落信道的分集技术（课本14.4节）6.3.1分集技术及其性能本节讨论：1、分集的必要性2、分集的原理与方法3、合并的方法4、分集性能的评价一、引言—分集的必要性必要性：抗信道的快衰落（1）频率非选择性慢衰落（瑞利衰落、平坦衰落）（2）频率选择性慢衰落（“频选”）（3）频率非选择性快衰落（“时选”）（4）频率选择性快衰落（“双选”）1.移动信道的损伤—影响数字通信系统的差错率性能l大尺度衰落l小尺度衰落l噪声与干扰瑞利衰落信道：接收信号电平（或SNR）波动范围达30～40dB。在该信道上的二进制数字传输性能远劣于与其

2、平均SNR相同而无衰落时的性能。（可参见p.313图14-3-2中m=1瑞利衰落与m=∞无衰落的平均误比特率比较）2.抗（快）衰落的办法发端：抗衰落的调制技术、编码技术、提高发送电平等收端：分集接收技术二、分集的原理与方法1.分集的原理发送：同样的信息信道：划分为L个相互统计独立的衰落信道（按频率、时间、空间等划分）接收：合并技术（最大比合并，等增益合并，选择性合并）接收机对L的信道的接收信号进行合并，可提高接收信号电平(SNR)。（注：分集与复用是相反的技术：1）分集重在提高可靠性，复用关注有效性；2）分集是各个信道上发同样

3、的信号，产生复本，复用是各个子信道上传不同的信号。）分集技术抗衰落的原理可从两个方面解释：l衰落概率解释—设每个信道衰落的概率为p,则L个信道同时衰落的概率为。11（注：这里衰落指的是信道衰减很大的意思。）l衰落信噪比解释—从瑞利衰落的信噪比形式看：（指数衰减函数）分集的作用是：通过分集合并技术，修正无分集时，使，而。无分集分集2.分集的方法（划分不同独立信道的方法）有三种基本方法：空间分集，频率分集，时间分集。（1）空间分集不相关衰落所要求的空间间隔距离为：其中，为载波波长，为天线波束张角（扩散角）。【例1】短波通信：，则。

4、如，则取D为数百米。【例2】移动通信：城市中，则。12。。MS。L空间分集示意图分集接收（合并）分集天线数L：一般取。11此外，“极化分集”，“角度分集”也可视为空间分集。（注：多天线不一定形成阵列，即不一定利用定向性。理论可以证明只要天线间隔达到或超过半个波长，就可以产生空间不相关的独立的信道，从而可以进行空间分集或复用。）用不同的天线（极化天线，方向性天线）接收不相关信道的信号，达到分集的目的。（1）频率分集采用频分L个独立信道（子载波信道）来分集。要求相邻载波间隔。【例3】900MHz频段在市区：,。当宽带信号，该信号在

5、信道中传输时产生条独立衰落信号分量（路径）。接收机采用L重（阶）频率分集。在接收机为RAKE接收机（RAKE相关器，或RAKE匹配滤波器）。（注：OFDM跟频率分集正好相反，属于复用（SpectralMultiplexing），子载波间隔应该小于相干带宽。这样才能保证子信道的平坦性。）（2）时间分集采用时分L个独立信道来分集。相邻信道的时间间隔。即，发送信号每隔秒重复发送一次，共重复L次。11合并的方法在分集接收中，接收机从不同的L个独立的衰落信道接收信号，通过某种形式的合并方式，来改善系统的性能。合并可以在频带（射频或中频）

6、或基带中进行。主要合并方式：检测方式合并方式合并类型各分集信道加权相干检测最大比MRC线性合并是等增益EGC是选择式SEC否非相干检测平方律非线性合并下面，以PSK信号通过多径衰落信道来说明（空间）分集合并的方法（等效低通模型）。发送：PSK信号多径衰落信道：划分为L个独立的瑞利衰落信道。例如：采用多天线。第k个信道：，接收信号：，,第k个信道PSK信号：图1（图14-4-1）11（1）AGN信道条件下的最佳接收（无分集）：判决变量：（注：l表示低通）式中，为本地载波相位(相干检测)。PSK信号等能量，且只用一个MF。（2）在

7、衰落信道条件下，采用最大比合并(MRC)分集接收，接收机结构如图示。对第k个衰落信道的判决变量；式中，为第k个信道的增益（或加权因子）。（注：这是相干接收，需要辨识信道系数和相位，即完整的平坦信道。）合并后的判决变量：注：在上两式中，对PSK信号（）,两个波形相似（注：相反），只用一个MF，可以将式中改写为，且令。11图2接收机结构（最大比合并器）最大比合并器MF1MF2MFLRe[]判决UP2说明：l所有MF均相同。l由信道估计器精确获得。l当（各信道增益相等），则称为等增益合并，相当于放弃对于系数的辨识，只辨识信道的相位。

8、当不等时，则称为最大比合并。将代入U式：所以，(14-4-4)式中，，且，对所有k统计独立。（3）求合并器的输出SNR：11①先将L个信道看作恒参信道，为固定值。因为其中，（14-4-6）（14-4-7）由此可以求出误码率（给定（即）条件下)即误信率为U小于零的概率，故得到其