分集接收技術(shù)

陸地移動信道、短波電離層反射信道等隨參信道引起的多徑時散、多徑衰落、頻率選擇性衰落、頻率彌散等，會嚴重影響接收信號質(zhì)量，使通信系統(tǒng)性能大大降低。為了提高隨參信道中信號傳輸質(zhì)量，必須采用抗衰落的有效措施。常采用的技術(shù)措施有抗衰落性能好的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、擴頻技術(shù)、功率控制技術(shù)、與交織結(jié)合的差錯控制技術(shù)、分集接收技術(shù)等。其中分集接收技術(shù)是一種有效的抗衰落技術(shù)，已在短波通信、移動通信系統(tǒng)中得到廣泛應用。

所謂分集接收，是指接收端按照某種方式使它收到的攜帶同一信息的多個信號衰落特性相互獨立，并對多個信號進行特定的處理，以降低合成信號電平起伏，減小各種衰落對接收信號的影響。從廣義信道的角度來看，分集接收可看作是隨參信道中的一個組成部分，通過分集接收使包括分集接收在內(nèi)的隨參信道衰落特性得到改善。分集接收包含有兩重含義：一是分散接收，使接收端能得到多個攜帶同一信息的、統(tǒng)計獨立的衰落信號；二是集中處理，即接收端把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行適當?shù)暮喜?，從而降低衰落的影響，改善系統(tǒng)性能。分集方式為了在接收端得到多個互相獨立或基本獨立的接收信號，一般可利用不同路徑、不同頻率、不同角度、不同極化、不同時間等接收手段來獲取。因此，分集方式也有空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集、時間分集等多種方式。

1.空間分集空間分集是接收端在不同的位置上接收同一個信號，只要各位置間的距離大到一定程度，則所收到信號的衰落是相互獨立的。因此，空間分集的接收機至少需要兩副間隔一定距離的天線，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，發(fā)送端用一副天線發(fā)射，接收端用N副天線接收。

為了使接收到的多個信號滿足相互獨立的條件，接收端各接收天線之間的間距應滿足

d≥3λ式中，d為接收端各接收天線之間的間距，λ為工作頻率的波長。通常，分集天線數(shù)(分集重數(shù))越多，性能改善越好。但當分集重數(shù)多到一定數(shù)時，分集重數(shù)繼續(xù)增多，性能改善量將逐步減小。因此，分集重數(shù)在2~4重比較合適。

2.頻率分集頻率分集是將待發(fā)送的信息分別調(diào)制到不同的載波頻率上發(fā)送，只要載波頻率之間的間隔大到一定程度，則接收端所接收到信號的衰落是相互獨立的。在實際中，當載波頻率間隔大于相關(guān)帶寬時，則可認為接收到信號的衰落是相互獨立的。因此，載波頻率的間隔應滿足

式中，Δf為載波頻率間隔，Bc為相關(guān)帶寬，Δτm為最大多徑時延差。在移動通信中，當工作頻率在900MHz頻段，典型的最大多徑時延差為5μs，此時有3.時間分集時間分集是將同一信號在不同的時間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送的時間間隔足夠大，則各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是相互獨立的。時間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號。在移動通信中，多普勒頻移的擴散區(qū)間與移動臺的運動速度及工作頻率有關(guān)。因此，為了保證重復發(fā)送的數(shù)字信號具有獨立的衰落特性，重復發(fā)送的時間間隔應滿足

式中，fm為衰落頻率，v為移動臺運動速度，λ為工作波長。若移動臺是靜止的，則移動速度v=0，此時要求重復發(fā)送的時間間隔Δt為無窮大。這表明時間分集對于靜止狀態(tài)的移動臺是無效果的。以上介紹的是幾種顯分集方式，在CDMA系統(tǒng)中還采用Rake接收機形式的隱分集方式。另外，在實際應用中還可以將多種分集結(jié)合使用。例如在CDMA移動通信系統(tǒng)中，通常將空間分集與Rake接收相結(jié)合，改善傳輸條件，提高系統(tǒng)性能。

1.選擇式合并選擇式合并是所有合并方式中最簡單的一種，其原理是檢測所有接收機輸出信號的信噪比，選擇其中信噪比最大的那一路信號作為合并器的輸出，其原理圖如圖2所示。選擇式合并的平均輸出信噪比為合并增益為

圖2選擇式合并原理圖

圖3等增益合并、最大比值合并原理

式中，為合并前每條支路的平均信噪比。

3.最大比值合并最大比值合并方法最早是由Kahn提出的，其原理可參見圖3。最大比值合并原理是各條支路加權(quán)系數(shù)與該支路信噪比成正比。信噪比越大，加權(quán)系數(shù)越大，對合并后信號貢獻也越大。若每條支路的平均噪聲功率是相等的，可以證明，當各支路加權(quán)系數(shù)為時，分集合并后的平均輸出信噪比最大。式中，Ak為第k條支路信號幅度，σ2為每條支路噪聲平均功率。

最大比值合并后的平均輸出信噪比為合并增益為可見，合并增益與分