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移动通信分集接收技术

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2010年7月13日 / 87次阅读
标签:移动通信技术

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无线信号的多径传播使得信号到达接收机输入端时,形成幅度衰落、时间延迟扩展,导致数字信号的高误码率(Bit Error Rate,BER),严重影响通信质量。为了提高系统的抗多径性能,一个有效的方法是对信号的分集接收。

分集接收的基本思想是:将接收到的多径信号分离成不相关的(独立的)多路信号,然后将这些多路分离信号的能量按一定规则合并起来,使接收的有用信号能量很大,从而提高接收端的信噪功率比,对数字信号而言,使误码率最小。因此,分集接收技术应包括两个方面:①如何把接收的多径信号分离出来,使其互不相关;②将分离出的多径信号怎样合并起来,获得最大的信噪比的收益。

一般,根据获得独立路径信号的方法不同,分集技术可分为:空间分集、时间分集、频率分集、极化分集四种。

空间分集

空间分集,也被称作为天线分集,是无线通信中使用最多的分集形式。传统无线蜂窝系统的接收机和发射机是由立得很高的基站天线和贴近于地面的移动台天线所组成的。在这个系统中,并不能保证在接收机和发射机之间存在一个直线路径,而且移动台周围物体的大量散射可能导致信号的瑞利(Rayleigh)衰落。鉴于以上情形可以推断出:如果天线见的相隔距离等于或大于半波长,那么从不同的天线上收到的信号包络将基本上是非相关的。

天线分集的概念也被应用到基站设计中。在每个蜂窝小区的中心,为了进行分集接收,装备了多个基站接收天线。但是由于移动台接近于地面,容易产生严重的信号散射现象,因而在基站处的分集天线之间必须隔得相当远(通常是波长的几十倍)才能实现信号的非相关。空间分集既可被用于移动台,也可被用于基站,还可被同时用于两者。

极化分集

通常认为,对于空间分集在应用中的实用性来说,用在基站不如用在移动台。这是因为基站处信号的入射角度小,从而要求天线间隔较大。由于在基站使用空间分集的费用较高,这促使人们考虑使用正交极化分集。由于只使用两个正交的分集支路,所以天线可以被作成一个。

在蜂窝电话的早期应用中,所有单元用户都被装载在交通工具上,并且使用的是直立的鞭状天线。但是现在,半数以上的用户单元是便携式的,这意味着天线不再是保持直立的,而是随着手的姿势产生了倾角。这个现象使人们对极化分集产生了浓厚的兴趣。

有研究报告指出,在空中,水平极化和垂直极化路径是非相关的。由于在传输信道中进行了多次反射,使得信号在不同的极化方向上是非相关的。因为不同极化方向的反射系数不同,从而导致在每一次的反射或至少其中的一些反射中,信号的幅度和相位的变化产生了差异。经过足够多的随机反射后,不同极化方向上的信号就变成相互独立的了。但事实上,收到的信号在不同极化方向上还是有一定相关性的。

当人们把环状和线状极化天线用于建筑物中的多径环境时,收到了很好的效果。当传输路径中有障碍物时,极化分集可以惊人地减小多径延时扩展,而不明显降低接收功率。

频率分集

频率分集方式在多于一个载频上传送信号。这项技术的工作原理是基于在信道相干带宽之外的频率上不会出现同样的衰落。

频率分集技术经常用在频分双工方式的视距微波链路中。由于对流层的传播和折射,有时会在传播中发生深度衰落。在实际应用中,有一种工作方式被称为1:N保护交换方式。在这种方式中,有一个频道是空闲的,但它只是名义上的空闲,实际上是一个备用频道,可以用来提供和同一链路上N个载频(这些载频上的业务是相互独立的)中任一个载频间的频率分集切换。当需要分集时,相应的业务被切换到备用频率上。这项技术的缺点是,它不仅需要备用带宽,而且需要有和频率分集中采用的频道数相等的若干个接收机。但是对于特殊业务,这个费用也许是划算的。

时间分集

时间分集是指以超过信道相干时间间隔重复发送信号,以便让再次收到的信号具有独立的衰落环境,从而产生分集效果。现在时间分集技术已经被大量地用于扩频CDMA的接收机中,以处理多径信号。

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云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

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