多徑衰落信道的分集技術(shù)

1、作者：Pan Hon glia ng僅供個人學(xué)習(xí)6.3多徑衰落信道的分集技術(shù)（課本14.4節(jié)）分集技術(shù)及其性能本節(jié)討論：1、分集的必要性2、分集的原理與方法3、合并的方法4、分集性能的評價引言一分集的必要性必要性：抗信道的快衰落1.移動信道的損傷一影響數(shù)字通信系統(tǒng)的差錯率性能大尺度衰落小尺度衰落 噪聲與干擾 瑞利衰落信道： 接收信號電平（或（1）頻率非選擇性慢衰落（瑞利衰落、平坦衰落）（2）頻率選擇性慢衰落（“頻選”）（3）頻率非選擇性快衰落（“時選”）（4）頻率選擇性快衰落（“雙選”）SNR）波動范圍達 3040 dB。在該信道上的二進制數(shù)字傳輸性能遠劣于與其平均SNR相同而無衰落時的性能。

2、（可參見p.313圖14-3-2中m=1瑞利衰落與m=無衰落的平均誤比特率比較）2.抗（快）衰落的辦法發(fā)端：抗衰落的調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、提高發(fā)送電平等收端：分集接收技術(shù)二、 分集的原理與方法1.分集的原理發(fā)送：同樣的信息信道：劃分為L個相互統(tǒng)計獨立的衰落信道（按頻率、時間、空間等劃分） 接收：合并技術(shù)（最大比合并，等增益合并，選擇性合并）接收機對L的信道的接收信號進行合并，可提高接收信號電平（SNR）。（注：分集與復(fù)用是相反的技術(shù)：1）分集重在提高可靠性，復(fù)用關(guān)注有效性；2）分集是各個信道上發(fā)同樣的信號，產(chǎn)生復(fù)本，復(fù)用是各個子信道上傳不同的 信號。）分集技術(shù)抗衰落的原理可從兩個方面解釋：衰落概

3、率解釋一設(shè)每個信道衰落的概率為p,則L個信道同時衰落的概率為。（注：這里衰落指的是信道衰減很大的意思。）衰落信噪比解釋一從瑞利衰落的信噪比形式看：（指數(shù)衰減函數(shù)）修正無分集時，使，而分集的作用是：通過分集合并技術(shù),2分集的方法（劃分不同獨立信道的方法） 有三種基本方法：空間分集，頻率分集，時間分集。（1）空間分集不相關(guān)衰落所要求的空間間隔距離為：其中，為載波波長，為天線波束張角（擴散角）【例1】短波通信：，則。如，則取 D為數(shù)百米?！纠?】移動通信：城市中，則。分集天線數(shù)L： 此外，“極化分集可視為空間分集。間隔達到或超I形成陣列，即不一定利用定解集接理論可以證明只要天線 就可以產(chǎn)生空間不相關(guān)

4、的獨立的信道，從而可以進（注：多天線.厶個波-行空間分集或復(fù)用。）空間分集示意圖用不同的天線（極化天線，方向性天線）接收不相關(guān)信道的信號，達到分集的目的。（2）頻率分集采用頻分L個獨立信道（子載波信道）來分集。要求相鄰載波間隔。【例3】900MHz頻段在市區(qū)：,。當(dāng)寬帶信號，該信號在信道中傳輸時產(chǎn)生條獨立衰落信號分量（路徑）。接收機采用L重（階）頻率分集。在接收機為RAKE接收機（RAKE相關(guān) 器，或RAKE匹配濾波器）。（注：OFDM 跟頻率分集正好相反，屬于復(fù)用（Spectral Multiplexing），子載 波間隔應(yīng)該小于相干帶寬。這樣才能保證子信道的平坦性。）（3）時間分集采用時分

5、L個獨立信道來分集。相鄰信道的時間間隔。即,發(fā)送信號每隔秒 重復(fù)發(fā)送一次，共重復(fù)L次。三、合并的方法在分集接收中，接收機從不同的L個獨立的衰落信道接收信號，通過某種形 式的合并方式，來改善系統(tǒng)的性能。合并可以在頻帶（射頻或中頻）或 基帶中進行。主要合并方式：檢測方式合并方式合并類型各分集信道加權(quán)相干檢測最大比MRC線性合并是等增益EGC是選擇式SEC否非相干檢測平方律非線性合并下面，以PSK信號通過多徑衰落信道來說明（空間）分集合并的方法（等效低 通模型）。發(fā)送：PSK信號多徑衰落信道：劃分為L個獨立的瑞利衰落信道。例如：采用多天線。第k個信道：， 接收信號：， 第k個信道PSK信號：圖 1

6、（圖 14-4-1）（圖aGn信道條件下的最佳接收（無分集）：判決變量：（注：I表示低通）式中，為本地載波相位（相干檢測）。PSK信號等能量，且只用一個 MF。構(gòu)如圖示（2）在衰落信道條件下，采用最大比合并（MRC分集接收，接收機結(jié) 對第k個衰落信道的判決變量；要辨識信 道系數(shù)和相位，即完整的平坦信道。）合并后的判決變量：注：在上兩式中，對PSK信號（）,兩個波形相似（注：相反），只用一個MF， 可以將式中改寫為，且令。式中，為第k個信道的增益（或加權(quán)因子）。（注：這是相干接收，需UMF2 JRe判決丿1 HlP2圖2接收機結(jié)構(gòu)（最大比合并器） 最大比合并器MF說明:-所有MF均相同由信道估計

7、器精確獲得。T當(dāng)（各信道增益相等）則稱為等增益合并，相當(dāng)于放棄對于系數(shù)的辨識，只 辨識信道的相位當(dāng)不等時，則稱為最大比合并 將代入U式：所以，（14-4-4）式中，且，對所有k統(tǒng)計獨立。（3）求合并器的輸出SNR:先將L個信道看作恒參信道，為固定值。 因為其中，（14-4-6）（14-4-7）由此可以求出誤碼率（給定（即）條件下）即誤信率為U小于零的概率，故 得到其中式中，為第k個信道的瞬時比特SNR。注1：式中，統(tǒng)計獨立，所有交叉乘積項的均值為零。注2： MF輸入為ZM-WSS-A-CG 噪聲，k表示子信道當(dāng)噪聲帶寬超過接收機帶寬時，可以認為的自相關(guān)為，功率譜為和MF輸出噪聲為平穩(wěn)、低通、復(fù)

8、高斯過程。經(jīng)過 MF后，任意時刻抽樣值為復(fù)高 斯變量。其中，實高斯變量與復(fù)高斯變量具有相同的數(shù)字特征也可以從頻率域來求其中，再將L個信道看作時變信道，為隨機變量。則上面導(dǎo)出的：若為隨機變量）為第k個信道的瞬時比特SNR （為隨機變量） 為合并器輸出的瞬時比特SNR （為隨機變量， 合并器輸出平均比特SNR為：式中，為第k個信道的平均比特SNR分集性能的評價評價方法：合并器輸出瞬時SNR的PDF 精確評價，用于計算分集增益（合并增益）K 粗略評價，用于不同合并技術(shù)比較。1.合并器輸出分析方法：（1）隨機變量的特征函數(shù)（傅氏變換對），先求（參考課本p.2425特征函數(shù)”）（2）合并器輸出瞬時SNR

9、從單個信道的特征函數(shù)可以求出，其中從而可以得到這是一個具有2L個自由度的分布，查表（或求反傅里葉變換）可以證明,最大比合并器輸出瞬時（比特）SNR的PDF為（證明過程從略）(14-4-13)2.圖4分集增益（合并增益）設(shè)每個支路平均輸出SNR對于最大比合并，相同，均為，即1）所以，2）可以證明:：對 等增益合并 ， 3）對選擇式合并，比較：Ke比Km低略1dB,且等增益合并實現(xiàn)簡單圖5K(dB)版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, picture

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