多徑衰落信道的分集技術(shù)

1、作者：Pan Hon glia ng僅供個(gè)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(píng)價(jià)引言一分集的必要性必要性：抗信道的快衰落1.移動(dòng)信道的損傷一影響數(shù)字通信系統(tǒng)的差錯(cuò)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(hào)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(shí)選”）（4）頻率選擇性快衰落（“雙選”）SNR）波動(dòng)范圍達(dá) 3040 dB。在該信道上的二進(jìn)制數(shù)字傳輸性能遠(yuǎn)劣于與其平均SNR相同而無(wú)衰落時(shí)的性能。

2、（可參見(jiàn)p.313圖14-3-2中m=1瑞利衰落與m=無(wú)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(zhǎng)個(gè)相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信道（按頻率、時(shí)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(jī)對(duì)L的信道的接收信號(hào)進(jìn)行合并，可提高接收信號(hào)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(gè)信道上發(fā)同樣的信號(hào)，產(chǎn)生復(fù)本，復(fù)用是各個(gè)子信道上傳不同的 信號(hào)。）分集技術(shù)抗衰落的原理可從兩個(gè)方面解釋?zhuān)核ヂ涓?/p>

3、率解釋一設(shè)每個(gè)信道衰落的概率為p,則L個(gè)信道同時(shí)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(wú)分集時(shí)，使，而分集的作用是：通過(guò)分集合并技術(shù),2分集的方法（劃分不同獨(dú)立信道的方法） 有三種基本方法：空間分集，頻率分集，時(shí)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(zhǎng)，為天線波束張角（擴(kuò)散角）【例1】短波通信：，則。如，則取 D為數(shù)百米?！纠?】移動(dòng)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(dá)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(dú)立的信道，從而可以進(jìn)（注：多天線.厶個(gè)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(hào)，達(dá)到分集的目的。（2）頻率分集采用頻分L個(gè)獨(dú)立信道（子載波信道）來(lái)分集。要求相鄰載波間隔?！纠?】900MHz頻段在市區(qū)：,。當(dāng)寬帶信號(hào)，該信號(hào)在信道中傳輸時(shí)產(chǎn)生條獨(dú)立衰落信號(hào)分量（路徑）。接收機(jī)采用L重（階）頻率分集。在接收機(jī)為RAKE接收機(jī)（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(shí)間分集采用時(shí)分

5、L個(gè)獨(dú)立信道來(lái)分集。相鄰信道的時(shí)間間隔。即,發(fā)送信號(hào)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(jī)從不同的L個(gè)獨(dú)立的衰落信道接收信號(hào)，通過(guò)某種形 式的合并方式，來(lái)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(jìn)行。主要合并方式：檢測(cè)方式合并方式合并類(lèi)型各分集信道加權(quán)相干檢測(cè)最大比MRC線性合并是等增益EGC是選擇式SEC否非相干檢測(cè)平方律非線性合并下面，以PSK信號(hào)通過(guò)多徑衰落信道來(lái)說(shuō)明（空間）分集合并的方法（等效低 通模型）。發(fā)送：PSK信號(hào)多徑衰落信道：劃分為L(zhǎng)個(gè)獨(dú)立的瑞利衰落信道。例如：采用多天線。第k個(gè)信道：， 接收信號(hào)：， 第k個(gè)信道PSK信號(hào)：圖 1

6、（圖 14-4-1）（圖aGn信道條件下的最佳接收（無(wú)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(cè)）。PSK信號(hào)等能量，且只用一個(gè) 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(jī)結(jié) 對(duì)第k個(gè)衰落信道的判決變量；要辨識(shí)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(duì)PSK信號(hào)（）,兩個(gè)波形相似（注：相反），只用一個(gè)MF， 可以將式中改寫(xiě)為，且令。式中，為第k個(gè)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(jī)結(jié)構(gòu)（最大比合并器） 最大比合并器MF說(shuō)明:-所有MF均相同由信道估計(jì)

7、器精確獲得。T當(dāng)（各信道增益相等）則稱(chēng)為等增益合并，相當(dāng)于放棄對(duì)于系數(shù)的辨識(shí)，只 辨識(shí)信道的相位當(dāng)不等時(shí)，則稱(chēng)為最大比合并 將代入U(xiǎn)式：所以，（14-4-4）式中，且，對(duì)所有k統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。（3）求合并器的輸出SNR:先將L個(gè)信道看作恒參信道，為固定值。 因?yàn)槠渲?，?4-4-6）（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(gè)信道的瞬時(shí)比特SNR。注1：式中，統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，所有交叉乘積項(xiàng)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(guò)接收機(jī)帶寬時(shí)，可以認(rèn)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(guò)程。經(jīng)過(guò) MF后，任意時(shí)刻抽樣值為復(fù)高 斯變量。其中，實(shí)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(lái)求其中，再將L個(gè)信道看作時(shí)變信道，為隨機(jī)變量。則上面導(dǎo)出的：若為隨機(jī)變量）為第k個(gè)信道的瞬時(shí)比特SNR （為隨機(jī)變量） 為合并器輸出的瞬時(shí)比特SNR （為隨機(jī)變量， 合并器輸出平均比特SNR為：式中，為第k個(gè)信道的平均比特SNR分集性能的評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)方法：合并器輸出瞬時(shí)SNR的PDF 精確評(píng)價(jià)，用于計(jì)算分集增益（合并增益）K 粗略評(píng)價(jià)，用于不同合并技術(shù)比較。1.合并器輸出分析方法：（1）隨機(jī)變量的特征函數(shù)（傅氏變換對(duì)），先求（參考課本p.2425特征函數(shù)”）（2）合并器輸出瞬時(shí)SNR

9、從單個(gè)信道的特征函數(shù)可以求出，其中從而可以得到這是一個(gè)具有2L個(gè)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(shí)（比特）SNR的PDF為（證明過(guò)程從略）(14-4-13)2.圖4分集增益（合并增益）設(shè)每個(gè)支路平均輸出SNR對(duì)于最大比合并，相同，均為，即1）所以，2）可以證明:：對(duì) 等增益合并 ， 3）對(duì)選擇式合并，比較：Ke比Km低略1dB,且等增益合并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(jì)等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個(gè)人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, picture

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