第九章 分集技術(shù)和瑞克

第九章分集技術(shù)和瑞克處理移動(dòng)通信存在多徑干擾和衰落慢衰落用反饋式功率控制解決分集技術(shù)對(duì)抗衰落：多徑衰落分量獨(dú)立原理：多路徑分量強(qiáng)度同時(shí)低于門限值概率小于某一分量強(qiáng)度低于門限值9.1引言9.2分集技術(shù)頻率分集：同一數(shù)據(jù)用不同的頻率發(fā)射頻率間隔>信道的相干帶寬擴(kuò)頻系統(tǒng)隱含頻率分集時(shí)間分集：在不同時(shí)間發(fā)射冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)重復(fù)n次交織與卷積糾錯(cuò)空間分集：不同天線或不同的基站發(fā)射跟蹤多徑分量合并技術(shù)：將分散信號(hào)合并的技術(shù)（信號(hào)處理）合并與分集不相關(guān)工程上特定合并對(duì)于特定分集更有效可以同時(shí)采用多種分集IS-95采用了頻率、空間與時(shí)間分集9.3分集選擇和合并技術(shù)分集信號(hào)處理：選擇性分集（SD）等增益合并（EGC）最大比合并（MRC）9.3.1選擇性分集考慮L重分集發(fā)射系統(tǒng)分別接收L發(fā)射信號(hào)選擇最大信噪比信號(hào)接收機(jī)數(shù)目：時(shí)分1、頻分L、空分L解調(diào)前/后處理（射頻/基帶處理）選擇原理：1、選擇具有最大信噪比的信號(hào)分量2、選擇射頻信號(hào)或者基帶信號(hào)性能分析：研究最大信噪比分布由瑞利分布可以得到的概率密度函數(shù)為：9.1a9.1c其中：思考題：根據(jù)課本P587中的9.1a、b式，推導(dǎo)出9.1c式令第個(gè)分集接收機(jī)信噪比為：可以根據(jù)時(shí)的條件誤字率，給出不同調(diào)制差錯(cuò)率。最大信噪比低于λ概率：所有路徑信噪比低于λ概率概率密度函數(shù)：分布函數(shù)導(dǎo)數(shù)L個(gè)分集路徑最大信噪比的概率密度函數(shù)為：非相干M進(jìn)制頻移鍵控（NCMFSK）根據(jù)式（7.87f）9.3a給出條件差錯(cuò)率為：取平均，得無(wú)條件差錯(cuò)概率為：9.3.2等增益分集合并（EGC）思路：先得到無(wú)衰落時(shí)系統(tǒng)誤碼率再通過(guò)平均得到瑞利衰落下的誤碼性能考慮后檢測(cè)等增益L重分集合并接收機(jī)：并得出誤比特率：假定采用M進(jìn)制非相干正交系統(tǒng)，進(jìn)行平方律檢測(cè)相加統(tǒng)計(jì)量統(tǒng)計(jì)特性條件差錯(cuò)概率得符號(hào)差錯(cuò)率：得比特差錯(cuò)率曲線：非相干合并損失：合并引入的噪聲量大于信號(hào)能量增加量瑞利衰落下MFSK調(diào)制差錯(cuò)率：通過(guò)對(duì)AWGN信道差錯(cuò)率中SNR進(jìn)行平均，得到：L重等增益的二進(jìn)制正交調(diào)制在瑞利衰落下的差錯(cuò)性能：在低SNR時(shí)，L=1情況比特差錯(cuò)率最低L=3和L=4時(shí)，增益變?yōu)?5dB和28dB差錯(cuò)率為處，L=2所需的SNR比L=1要少20dB左右SNR增加時(shí)，具有最低比特差錯(cuò)率的L值不斷地增加9.3.3最大比合并分集接收（MRC）MRC:支路信號(hào)之間相位對(duì)齊（互為相干）信號(hào)包絡(luò)按支路信噪比平方根加權(quán)合并性能：得到最大的輸出信噪比，是EGC性能上界其中為合并后SNR,為各分集信道SNRIS-95前向、反向信道均使用MRCMRC分集接收原理圖：雙信道最大合并比接收：等效接收機(jī)為：9.4瑞克接收機(jī)瑞克概念：設(shè)多徑信道最大的時(shí)延擴(kuò)展為Tm，則采用寬帶信號(hào)，帶寬為W>>1/Tm其中寬帶信號(hào)具有偽隨機(jī)性，自相關(guān)函數(shù)寬度為1/W,以分離多徑信號(hào)。寬帶信號(hào)波形為：自相關(guān)函數(shù)為：9.4.1瑞克接收機(jī)原理多徑信道的輸出可以表示為：用復(fù)包絡(luò)表示為：為路徑傳播損耗，時(shí)變實(shí)數(shù)為多路徑延時(shí)，時(shí)變量設(shè)信號(hào)：偽隨機(jī)；相關(guān)寬度：1/W將多徑信道輸出信號(hào)（接收信號(hào)）與本地信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，可以選取接收信號(hào)中延時(shí)落在周圍±1/W之內(nèi)的路徑信號(hào)。過(guò)程相關(guān)描述如下：自相關(guān)函數(shù)的形式：實(shí)際上，瑞克接收機(jī)由一組相關(guān)器組成，相鄰相關(guān)器所處理的時(shí)延為1/W,其中每個(gè)相關(guān)器從總的接收信號(hào)中提取相應(yīng)延時(shí)的多徑信號(hào)?？偣部梢苑蛛x并進(jìn)行合并的多徑信號(hào)數(shù)目為：基本的瑞克接收機(jī)結(jié)構(gòu)是一個(gè)抽頭延時(shí)線，可以將落在延時(shí)線內(nèi)的多徑信號(hào)能量收集、合并，如圖所示：9.4.2Price和Green瑞克接收機(jī)Price和Green采用的寬帶信號(hào)為給定符號(hào)間隔內(nèi)，收到的信號(hào)為：抽頭延遲線輸出為：其中：W為寬帶PN(t)的波形帶寬用m0(t)和m1(t)的和與抽頭的相關(guān)來(lái)估計(jì)該抽頭時(shí)延處的多徑增益：最后，對(duì)各抽頭信號(hào)按其增益加權(quán)求和，然后與可能消息波形進(jìn)行相關(guān)，得到傳號(hào)或空號(hào)判決量。如圖所示：該接收機(jī)是一種ＭＲＣ分集接收機(jī)，工作原理為：求和信號(hào)為相關(guān)后信號(hào)為實(shí)現(xiàn)了多徑信號(hào)對(duì)齊相干合并。思考題：試說(shuō)明(9.43d)中與(9.44b)中的異同ＩＳ－９５瑞克概念ＩＳ－９５系統(tǒng)瑞克接收：前向鏈路：“三個(gè)叉指”（三指）反向鏈路：“四個(gè)叉指”叉指：合并的徑數(shù)ＩＳ－９５系統(tǒng)瑞克接收機(jī)：分集接收，切換過(guò)程ＩＳ－９５系統(tǒng)分集接收原理：將輸入信號(hào)與Ｉ／Ｑ兩路ＰＮ碼相比較多徑表現(xiàn)：不同時(shí)刻產(chǎn)生相關(guān)峰值和相對(duì)時(shí)延ＩＳ－９５：確定哪些徑存在并進(jìn)行處理Price和Green：用一組予定義的固定抽頭數(shù)ＩＳ－９５系統(tǒng)可分辨多徑間隔為：ＩＳ－９５系統(tǒng)前向鏈路移動(dòng)臺(tái)相關(guān)器：檢測(cè)出多徑信號(hào)測(cè)出不同基站信號(hào)，形成小區(qū)列表，供分集和切換使用ＩＳ－９５系統(tǒng)反向鏈路：基站接收機(jī)用特定I/QP