1、分集接收技術(shù)第1頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一內(nèi)容分集技術(shù)分集的概念與分集合并隱分集技術(shù)發(fā)送分集信道編碼與交織技術(shù)卷積編碼交織TURBO 編碼LDPC 編碼Guilin University of Electronics Technology22022/9/3第2頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集技術(shù)基本概念：利用接收信號(hào)在結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)特性方面的不同特點(diǎn)加以區(qū)分，并按一定規(guī)律和原則進(jìn)行合并處理來(lái)實(shí)現(xiàn)抗衰落。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

2、落信號(hào)進(jìn)行合并(包括選擇與組合)以降低衰落的影響。Guilin University of Electronics Technology32022/9/3第3頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集技術(shù) 必要條件：在接收端必須能夠接收到承載相同信息且在統(tǒng)計(jì)上相互獨(dú)立(或近似獨(dú)立)的若干不同的樣值信號(hào)。不同樣值信號(hào)的獲得可以通過不同的方式，比如空間、頻率、時(shí)間等，它主要是指如何有效的區(qū)分可接收的含同一信息內(nèi)容但統(tǒng)計(jì)上獨(dú)立的不同樣值信號(hào)。簡(jiǎn)而言之：分集就是通過多路不相關(guān)的衰落路徑傳送相同的信號(hào)并合并。Guilin University of Electronics Techno

3、logy42022/9/3第4頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集技術(shù)的目的目標(biāo): 對(duì)抗多徑信道造成的衰落和延時(shí)串?dāng)_問題：如何有效地分集多徑衰落信道分散的信號(hào),既將可獲得的含有同一信息內(nèi)容但是統(tǒng)計(jì)上獨(dú)立的不同樣值，加以有效且可靠的利用。（被動(dòng)）如何主動(dòng)利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)更有效地分集多徑衰落信道分散的信號(hào)。（主動(dòng)）Guilin University of Electronics Technology52022/9/3第5頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集的基礎(chǔ)技術(shù)：如何獲得獨(dú)立多路信號(hào)；如何合并獨(dú)立多路信號(hào)。本質(zhì)：對(duì)同一信號(hào)在不同時(shí)間/頻率/空間/

4、極化方向的過采樣。各獨(dú)立的傳播路徑同時(shí)經(jīng)歷深度衰落的概率很低。Guilin University of Electronics Technology62022/9/3第6頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集方式宏分集與微分集宏分集：主要用于蜂窩系統(tǒng)減小慢衰落影響，也稱“多基站”分集方法：利用設(shè)置在不同地理位置或方向上的多個(gè)基站，同時(shí)和一個(gè)移動(dòng)臺(tái)通信。效果：保持通信不會(huì)中斷。微分集：用于各種無(wú)線通信系統(tǒng)減小快衰落影響。 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。Guilin University o

5、f Electronics Technology72022/9/3第7頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集技術(shù)的分類Guilin University of Electronics Technology82022/9/3第8頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一常用分集技術(shù)空間分集：用2個(gè)以上天線收同一個(gè)信號(hào)；極化分集和角度分集頻率分集：用2個(gè)以上的載波頻率傳輸；時(shí)間分集：在不同時(shí)間接收同一個(gè)信號(hào)；。Guilin University of Electronics Technology92022/9/3第9頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7

6、分，星期一空間位置分集多天線陣元分集：多天線發(fā)射分集；多天線接收分集；條件：ddc，dc 為空間相關(guān)距離。Guilin University of Electronics Technology102022/9/3第10頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一極化分集使用兩個(gè)極化方向相互正交 (水平和垂直) 的天線收發(fā)信號(hào)，就可得到兩路衰落特性不相關(guān)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)極化分集。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間。Guilin University of Electronics Technology112022/9/3第11頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一角度擴(kuò)展-空間角度

7、分集Guilin University of Electronics Technology122022/9/3第12頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一頻率分集技術(shù)占用更多的頻譜資源兩個(gè)頻率成分具有相互獨(dú)立的衰落特性。條件：f2-f1 BcGuilin University of Electronics Technology132022/9/3第13頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一時(shí)間分集占用更多的時(shí)間資源利用取樣時(shí)間間隔足夠大時(shí)，兩個(gè)樣點(diǎn)間的衰落互不相關(guān)的特點(diǎn)，即時(shí)間域衰落統(tǒng)計(jì)特性的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)抗時(shí)間選擇性衰落。時(shí)間分集與空間分集相比較，優(yōu)點(diǎn)是減少了

8、接收天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目，缺點(diǎn)是占用時(shí)隙資源增大了開銷，降低了傳輸效率。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。Guilin University of Electronics Technology142022/9/3第14頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一時(shí)間分集的條件由于衰落速率與移動(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：Guilin University of Electronics Technology152022/9/3第15頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，

9、11點(diǎn)7分，星期一時(shí)間分集的實(shí)現(xiàn)針對(duì)多徑的每一徑時(shí)延不同，進(jìn)行多徑分離合并RAKE 接收機(jī)。重發(fā)時(shí)間大于信道的相關(guān)時(shí)間ARQ。用信道相關(guān)時(shí)間設(shè)計(jì)交織編碼深度。Guilin University of Electronics Technology162022/9/3第16頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集合并問題：接收端如何利用收到M(M2)個(gè)信號(hào)，以減小衰落的影響。方法：一般均使用線性合并器， 把輸入的M個(gè)獨(dú)立衰落信號(hào)相加后合并輸出。假設(shè)M個(gè)輸入信號(hào)電壓為r1(t)， r2(t), ， rM(t)， 則合并器輸出電壓r(t)為：式中， ak為第k個(gè)信號(hào)的加權(quán)系數(shù)。Gu

10、ilin University of Electronics Technology172022/9/3第17頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集合并技術(shù)分類：選擇不同的加權(quán)系數(shù)， 可構(gòu)成不同的合并方式。選擇合并（Selective Combining）：選擇具有最大SNR 的分枝；等增益合并（Equal-Gain Combining）：所有分枝等權(quán)重相干合并；最大比合并（maximal Ratio Combining）：所有分枝依其SNR 進(jìn)行加權(quán)相干合并。信號(hào)合并準(zhǔn)則：最大信噪比準(zhǔn)則；眼圖最大張開度準(zhǔn)則；誤碼率最小準(zhǔn)則Guilin University of Elec

11、tronics Technology182022/9/3第18頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一選擇式合并檢測(cè)所有支路信號(hào)，選擇其中信噪比最高的支路信號(hào)作為合并器的輸出。加權(quán)系數(shù)只有一項(xiàng)為1， 其余均為0Guilin University of Electronics Technology192022/9/3第19頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一選擇式分集合并示意圖2022/9/3Guilin University of Electronics Technology20第20頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一選擇式合并的評(píng)估選

12、擇式合并又稱開關(guān)式相加。 優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單， 實(shí)現(xiàn)容易。缺點(diǎn)：未被選擇的支路信號(hào)棄之不用，從能量接收的角度可見，有些浪費(fèi)，因此抗衰落不如后述兩種方式。Guilin University of Electronics Technology212022/9/3第21頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一等增益合并(EGC)若在最大比值合并中,取 ,當(dāng) 即為等增益合并。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需對(duì)信號(hào)加權(quán)，各支路信號(hào)等增益相加。實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單， 其性能接近于最大比值合并。等增益合并器輸出的信號(hào)包絡(luò)Guilin University of Electronics Technology222022/9/3

13、第22頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一最大比值合并(MRC)在接收端由多個(gè)統(tǒng)計(jì)不相關(guān)的分集支路，經(jīng)過相位校正，并按適當(dāng)?shù)目勺冊(cè)鲆婕訖?quán)再相加后送入檢測(cè)器進(jìn)行相干檢測(cè)。Guilin University of Electronics Technology232022/9/3第23頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一最大比值合并(MRC)最大比值合并是一種最佳合并方式。每一支路的加權(quán)系數(shù)ak與信號(hào)包絡(luò)rk(t)成正比而與噪聲功率Nk成反比， 即最大比值合并器輸出的信號(hào)包絡(luò)為 Guilin University of Electronics Technolo

14、gy242022/9/3第24頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一分集合并性能的分析與比較指標(biāo)選擇：合并前、后信噪比的改善程度模擬通信信噪比決定話音質(zhì)量；數(shù)字通信系統(tǒng)信噪比(或載噪比)決定誤碼率衡量指標(biāo)：載噪比的累積概率分布，提高可通率。改善因子（合并增益）平均信噪比改善的分貝數(shù)。所謂平均信噪比的改善，是指分集接收機(jī)合并器輸出的平均信噪比較無(wú)分集接收機(jī)的平均信噪比改善的分貝數(shù)。2022/9/325Guilin University of Electronics Technology第25頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一合并性能分析與比較的前提假設(shè)它們

15、都滿足下列三個(gè)條件：每一支路的噪聲均為加性噪聲且與信號(hào)不相關(guān)，噪聲均值為零，具有恒定均方根值；信號(hào)幅度的衰落速率遠(yuǎn)低于信號(hào)的最低調(diào)制頻率；各支路信號(hào)的衰落互不相關(guān)，彼此獨(dú)立。Guilin University of Electronics Technology262022/9/3第26頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一選擇式合并的性能選擇式合并器的輸出信噪比，即當(dāng)前選用的那個(gè)支路送入合并器的信噪比。設(shè)第k個(gè)支路的信號(hào)功率為r2k/2，噪聲功率為Nk, 可得第k支路的信噪比為2022/9/327Guilin University of Electronics Technol

16、ogy第27頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一通常，信噪比必須達(dá)到某一門限值t， 才能保證接收機(jī)輸出的話音質(zhì)量(或者誤碼率)達(dá)到要求。顯然，在選擇式合并的分集接收機(jī)中，只有全部M個(gè)支路的信噪比都達(dá)不到要求，才會(huì)出現(xiàn)通信中斷。若第k個(gè)支路中kt的概率為Pk(kt)， 則在M個(gè)支路情況下中斷概率以PM(St)表示時(shí)， 可得2022/9/328Guilin University of Electronics Technology第28頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一由選擇式合并的信噪比可知，kt， 即r2k/2Nkt， 或因此設(shè)rk的起伏服從瑞利分布，

17、即 可得 2022/9/329Guilin University of Electronics Technology第29頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一則如果各支路的信號(hào)具有相同的方差， 即各支路的噪聲功率也相同， 即 N1=N2= N令平均信噪比為 ，則由此可得M重選擇式分集的可通率為2022/9/330Guilin University of Electronics Technology第30頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一選擇式合并輸出載噪比累積概率分布曲線2022/9/331Guilin University of Electronic

18、s Technology第31頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一選擇式合并的改善因子在選擇式合并方式中，由信噪比S的概率密度P(S) 可求得平均信噪比為Guilin University of Electronics Technology322022/9/3第32頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一選擇式合并平均信噪比的改善因子由上式可見，選擇式合并的平均信噪比改善因子隨分集重?cái)?shù)(M)增大而增大，但增大速率較小。改善因子常以dB計(jì)，即上式可寫成2022/9/333Guilin University of Electronics Technology第3

19、3頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一等增益合并的性能各支路加權(quán)系數(shù)ak(k=1, 2, , M)都等于1， 等增益合并器輸出的信號(hào)包絡(luò)rE若各支路的噪聲功率均等于N， 則2022/9/334Guilin University of Electronics Technology第34頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一等增益合并分集系統(tǒng)載噪比的累積概率分布曲線2022/9/335Guilin University of Electronics Technology第35頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一等增益合并的改善因子等增益合并

20、時(shí)， 合并后的平均信噪比為因?yàn)橐鸭俣ǜ髦沸盘?hào)不相關(guān)， 即有 2022/9/336Guilin University of Electronics Technology第36頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一最后得出等增益合并的信噪比改善因子為顯然當(dāng)M(分集重?cái)?shù))較大時(shí)， 趨于常數(shù)，信噪比的改善程度趨緩。2022/9/337Guilin University of Electronics Technology第37頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一最大比值合并的性能 最大比值合并器輸出的信號(hào)包絡(luò)如下：2022/9/338Guilin Universi

21、ty of Electronics Technology第38頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一由于各支路信噪比為：即 代入（1）式，根據(jù)許瓦爾茲不等式 2022/9/339Guilin University of Electronics Technology第39頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一則有利用上述關(guān)系式， 代入（2）式可見，最大比值合并器輸出可能得到的最大信噪比為各支路信噪比之和， 即2022/9/340Guilin University of Electronics Technology第40頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11

22、點(diǎn)7分，星期一最大比值合并時(shí)各支路加權(quán)系數(shù)與本路信號(hào)幅度成正比，而與本路的噪聲功率成反比，合并后可獲得最大信噪比輸出。若各路噪聲功率相同，則加權(quán)系數(shù)僅隨本路的信號(hào)振幅變化。 最大比值合并信噪比R的概率密度函數(shù)：累積概率分布： 2022/9/341Guilin University of Electronics Technology第41頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一由上式畫出的最大比值合并分集系統(tǒng)的累積概率分布曲線如圖下頁(yè)所示。不難得知，在同樣條件下，與選擇式合并分集系統(tǒng)相比，最大比值合并分集系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗衰落性能。例如，二重分集(M=2)與無(wú)分集(M=1)相比，在

23、超過縱坐標(biāo)概率為99%情況下有13dB增益，優(yōu)于選擇式合并分集系統(tǒng)(10 dB增益)。2022/9/342Guilin University of Electronics Technology第42頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一最大比值合并輸出載噪比的累積概率分布曲線 2022/9/343Guilin University of Electronics Technology第43頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一最大比值合并的改善因子因?yàn)?，最大比值合并器輸出可能得到的最大信噪比為各支路信噪比之和，因此最大比值合并的信噪比改善因子?022/9/3

24、44Guilin University of Electronics Technology第44頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一例 4 - 1 在二重分集情況下， 試分別求出三種合并方式的信噪比改善因子。解:選擇式合并或最大比率合并或2022/9/3Guilin University of Electronics Technology45第45頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一等增益合并或2022/9/3Guilin University of Electronics Technology46圖 4 - 8 給出了三種合并方式的AKD-(M)與M的

25、關(guān)系曲線。 第46頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一三種合并方式的D(M)與M關(guān)系Guilin University of Electronics Technology472022/9/3第47頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一NFSK二重分集系統(tǒng)平均誤碼率 加性高斯噪聲情況下，NFSK誤碼率公式為信噪比(或載噪比)瑞利衰落信道下，需用平均誤碼率表征， 記作Pe， 即 P()為載噪比的概率密度函數(shù)Guilin University of Electronics Technology482022/9/3第48頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)

26、7分，星期一NFSK選擇式合并的平均誤碼率此時(shí)，P()即為P(S),代入S可知：二重分集時(shí)， M=2, 此時(shí)平均誤碼率用Pe,2表示， 則有Guilin University of Electronics Technology492022/9/3第49頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一無(wú)分集時(shí)(即M=1)的平均誤碼率Pe,1為如果平均載噪比01, 則Guilin University of Electronics Technology502022/9/3第50頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一NFSK最大比值合并的平均誤碼率采用二重分集時(shí)， 載噪比R

27、的概率密度P(R)為由此可得平均誤碼率為Guilin University of Electronics Technology512022/9/3第51頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一DPSK多重分集系統(tǒng)平均誤碼率 恒參信道下，DPSK的誤碼率為瑞利衰落信道下， 平均誤碼率為式中， P()為的概率密度函數(shù)， Guilin University of Electronics Technology522022/9/3第52頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)7分，星期一DPSK選擇式合并的平均誤碼率選擇式合并的P()用P(S)表示， 由前面分析已知P(S)為無(wú)分集時(shí)(M=1)的平均誤碼率Pe,1為 Guilin University of Electronics Technology532022/