1、分集接收技術(shù)介紹,1. 分集接收的目的 2. 分集接收的基本概念 3. 信號(hào)的合并方式 4. RAKE接收機(jī) 5.手機(jī)分集接收技術(shù),分集接收的目的,在移動(dòng)通信、短波通信中存在著許多經(jīng)干涉而產(chǎn)生的快衰落，衰落深度可達(dá)40dB，偶爾可達(dá)80dB。分集接收就是克服這種衰落的一種方法。分集接收是利用信號(hào)和信道的性質(zhì)，將接收到的多徑信號(hào)分離成互不相關(guān)（獨(dú)立的）的多徑信號(hào)，然后將多徑衰落信道分散的能量更有效地接收起來處理之后進(jìn)行判決，從而達(dá)到抗衰落的目的。,單天線信號(hào)與采用最大比合并方式的分集接收后的信號(hào)比較,分集接收的基本概念,分集的基本思想是將接收到的多徑信號(hào)分離成不相關(guān)的（獨(dú)立的）多路信號(hào)，然后把這

2、些多路信號(hào)分離信號(hào)的能量按一定的規(guī)則合并起來，使接收到的有用信號(hào)能量最大，進(jìn)而提高接收信號(hào)的信噪比。因此，分集接收包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是如何把接收的多徑信號(hào)分離出來使其互不相關(guān)，二是將分離出來的多徑信號(hào)恰當(dāng)合并，以獲得最大信噪比。 分集的方式：分集分為宏觀分集和微觀分集兩大類。宏觀分集也稱為多基站分集，其主要作用是抗慢衰落。例如，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，把多個(gè)基站設(shè)置在不同的物理位置上（如蜂窩小區(qū)的對(duì)角線上），同時(shí)發(fā)射相同的信號(hào)，小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)選擇其中最好的基站與之通信，以減小地形、地物及大氣等對(duì)信號(hào)造成的慢衰落。,微觀分集的主要作用是抗快衰落。理論與實(shí)驗(yàn)都證明，當(dāng)信號(hào)在空間、頻率及時(shí)間等方面分離

3、時(shí)，都會(huì)呈現(xiàn)出互相獨(dú)立的衰落特性，由此按路徑分離的不同，微觀分集可分為以下幾種： (1)空間分集 (2)頻率分集 (3)時(shí)間分集 (4)極化分集 (5)角度分集 (6)場(chǎng)分量分集 (7)路徑分集,(1)空間分集,空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨(dú)立性，即在任意兩個(gè)不同的位置接收同一個(gè)信號(hào)，只要兩個(gè)位置的距離大到一定程度，則兩處所收到的衰落是不相關(guān)的。空間分集的基本結(jié)構(gòu)為發(fā)端使用一副天線發(fā)射，收端多部天線接收。 市區(qū) d0.5倍波長(zhǎng) 郊區(qū) d0.8倍波長(zhǎng),（2）頻率分集。,由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個(gè)信號(hào)所遭受的衰落是不相關(guān)的，因此，可以用兩個(gè)以上不同的頻率傳輸同一信息，以實(shí)現(xiàn)頻率分集。頻率分集

4、需要兩部以上的發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)送同一信號(hào)，并用兩部以上的接收機(jī)來接收信號(hào)。,（3）時(shí)間分集,快衰落除了具有空間和頻率的獨(dú)立性外，還具有時(shí)間的獨(dú)立性，即同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，只要兩次重發(fā)間隔足夠大，那么各次發(fā)送的信號(hào)通過信道后，出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的，接收機(jī)將重復(fù)收到同一信號(hào)進(jìn)行合并，就能減小衰落的影響。,（4）極化分集,由于兩個(gè)不同極化的電磁波具有獨(dú)立的衰落特性，所以發(fā)端和收端可以用兩個(gè)位置很近但為不同極化方向的天線發(fā)送和接收信號(hào)，以獲得分集效果。 極化分集可以看作空間分集的一種特殊情況，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，缺點(diǎn)是由于射頻功率要分配到兩副天線上，因此有發(fā)射功率要損失3d

5、B。,（5）角度分集,角度分集的做法是使電波通過幾個(gè)不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端的，而接收端利用多個(gè)方向性尖銳的接收天線能分離出不同方向上來的信號(hào)，由于這些分量具有相互獨(dú)立的衰落特性，因而可以實(shí)現(xiàn)角度分集并獲得抗衰落的效果。,（6）場(chǎng)分量分集,由電磁場(chǎng)理論可知，電磁波的E場(chǎng)合H場(chǎng)分量載有相同的信息，而反射的機(jī)理不同，場(chǎng)分量分集的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)有3dB的功率損失。,（7）路徑分集,路徑分集的依據(jù)是來自兩個(gè)不同路徑信號(hào)的時(shí)延大于某一值時(shí)，這兩個(gè)衰落信號(hào)可看作互不相關(guān)的特性。CDMA系統(tǒng)就是采用的這種技術(shù)，即RAKE接收機(jī)。,3.信號(hào)的合并方式,1) 選擇式合并，選擇式合并是檢測(cè)所有分集之路的信號(hào)，

6、以選擇其中信噪比最高的那個(gè)之路的信號(hào)作為合并器的輸出。,2)最大比值合并，分集的每一路都有一個(gè)加權(quán)，加權(quán)的權(quán)重依各支路信噪比來分配，信噪比大的支路權(quán)重大，信噪比小的支路權(quán)重小。,3) 等增益合并，等增益合并無需對(duì)信號(hào)加權(quán)，各支路的信號(hào)是等增益相加的，其性能接近于最大比值合并。 4)三種合并方式的性能比較 三種合并方式平均信噪比的改善程度如下圖,4RAKE接收機(jī),RAKE接收機(jī)，就是利用多個(gè)并相關(guān)器檢測(cè)多經(jīng)信號(hào)，按照一定的準(zhǔn)則合成一路信號(hào)供解調(diào)用的接收機(jī)。要求直擴(kuò)系統(tǒng)的時(shí)間（T）帶寬（W）積遠(yuǎn)大于1，即TW1。對(duì)于帶寬為W的系統(tǒng)，所能分離的最小路徑時(shí)延差為1W。對(duì)于直擴(kuò)序列的碼片（chip）寬度

7、為TC的系統(tǒng)，所能分離的最小路徑時(shí)延差為TC，并且要求所采用的直擴(kuò)序列信號(hào)的自相關(guān)性和互相關(guān)性要好。 高通公司提出的CDMA系統(tǒng)中，基站接收機(jī)中并行相關(guān)器個(gè)數(shù)為4，移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)為3。,RAKE 接收機(jī)簡(jiǎn)化框圖,手機(jī)分集接收技術(shù),手機(jī)分集接收框圖(Qualcom),手機(jī)接收分集的優(yōu)勢(shì),1. 提高系統(tǒng)抗多徑衰落的性能 2. 提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量，同樣信噪比下需要的信號(hào)的能量變低，對(duì)于CDMA功率受限系統(tǒng)，單個(gè)MS需求的能量降低后，網(wǎng)絡(luò)容量自然變大。 以高通RFR6500為例，接收信號(hào)強(qiáng)度有望提高1.5-3dB，傳輸信息速率提高50k-100kBit/s；對(duì)于RTR6285來說，網(wǎng)絡(luò)容量提高50%，HSDPA的平均數(shù)據(jù)吞吐量提高100%。,手機(jī)接收分集的主要指標(biāo)要求,1）天線效率(Free space) 主天線效率-4dB（40%） 副天線效率-10dB（10%），設(shè)計(jì)目標(biāo)：-7dB(20%) 2) 包絡(luò)相關(guān)系數(shù) 它是表征主、副天線方向圖的互相關(guān)性，即主副天線方向圖在幅度和相位上的相似性的一個(gè)量。要求0.5。 3) 天線隔離度S21-8dB 4) VSWR：主副天線均要求小