移动通信—第4章抗衰落

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1、第4章抗衰落技术4.1分集接收4.2RAKE接收4.3纠错编码技术4.4均衡技术4.1分集接收衰落是影响通信质量的主要因素，快衰落的深度可以达到30～40dB，利用加大发射功率（1000～10000倍）来克服这种深度衰落是不现实的，而且会造成对其它电台的干扰。TDMA系统中采用自适应均衡技术，各种移动通信系统使用不同的纠错编码技术、自动功率控制技术等，都能起到抗衰落、提高通信质量的作用。分集接收是抗衰落的一种有效措施，CDMA采用的是路径分集（即RAKE接收）。4.1.1分集接收原理1.什么是分集接收所谓分集接收是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

2、，以降低信号电平起伏的办法。分集的含义：（1）分散传输：接收端能获得统计独立的、携带同一信息的的衰落信号；（2）集中处理：接收机把收到的多个统计独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；图3–37选择式分集合并示意“非相关”条件必不可少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”。“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)。显然，

3、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(基站天线的架设可以防止这种情况发生)，这种办法就能保持通信不会中断。“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。据此，微分集又可分为下列六种：(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

4、及天线高度有关，在移动信道中，通常取：市区d=0.5λ郊区d=0.8λ在满足上式的条件下，两信号的衰落相关性已很弱；d越大，相关性就越弱。由上式可知，在900MHz的频段工作时，两副天线的间隔也只需0.27m。因此空间分集不仅可以用于基站还可用于移动台。(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。根据相关带宽的定义，即式中，Δ为延时扩展。例如，市区中Δ=3μs,Bc约为53kHz。这样频率分集需要用两部以上的发射机(频率相隔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

5、信号。它不仅使设备复杂，而且在频谱利用方面也很不经济。(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，所以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。极化分集可以看成空间分集的一种特殊情况，它也要用两副天线(二重分集情况)，但仅仅是利用不同极化的电磁波所具有的不相关衰落特性，因而缩短了天线间的距离。在极化分集中，由于射频功率分给两个不同的极化天线，因此发射功率要损失3dB。天线向周围空间辐射电磁波，电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化和水平极化

6、。(4)场分量分集：由电磁场理论可知，电磁波由两个相互正交的振荡场组成，E场（电场）和H场（磁场），它们载有相同的消息，而反射机理是不同的。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，也可以获得分集的效果。场分量分集不要求天线间有实体上的间隔，适用于较低工作频段，空间分集适用于较高工作频段（容易实现）。场分量分集和空间分集的优点是这两种方式不像极化分集那样要损失3dB的辐射功率。(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

7、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。角度分集在较高频率时容易实现。(6)时间分集：快衰落除了具有空间和频率独立性之外，还具有时间上的独立性。同一信号在不同的时间多次重发，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。时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号（数据通信中对延时的要求要稍微低一些）。时间分集有利