分集技术及在联通移动网中的应用.doc

分集技术及在联通移动网中的应用赵爱民张淑芳摘要 本文首先论述了移动通信系统中分集接收的概念，然后对分集技术进行了分类，最后介绍了分集技术在中国联通移动通信网中的应用关键词移动通信分集跳频1分集接收的概念在移动通信系统中，移动台经常工作在各种复杂的地理环境中，移动的方向和速度是任意的，发送的信号经过附近各种物体的反射、散射等而形成多路径传播，使到达接收机输入端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，从而形成短期衰落（快衰落）此外，还有长期衰落（慢衰落），它是由于电磁场受到地形或高大建筑物的阻挡或者气象条件的变化而形成的，慢衰落的信号电平起伏相对较缓分集接收就是为了克服各种衰落，提高系统性能而发展起来的移动通信中的一项重要技术，其基本思路是：将接收到的多径信号分离成不相关的（独立的）多路信号，然后将这些信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最大，对数字系统而言，使接收端的误码率最小，对模拟系统而言， 提高接收端的信噪比,2分集技术的分类根据分集的目的可分为：（1 ）宏观分集它以抗慢衰落为目的由于地面等高线的多样性，局部地区有多种多样的变化如果仅仅使用一个天线场地，由于地形是变化的，如丘陵或山坡，移动台接收不到中心位置地面信号，因此，必须采用两个独立天线场地来发射或接收两个或多个不同信号，并组合这些信号，以降低慢衰落。

选择性组合技术是宏观分集方案中最受欢迎的技术之一，它意味着总是选择两个衰落信号中最强的一个2)微观分集它是以抗快衰落为目的采用同一天线场地方式的分集技术根据获得独立路径信号的方法又可分为：空间分集、时间分集、频率分集、极化分集、角度分集和多径分集等根据信号传输的方式可分为：(1 )显分集构成明显的分集信号的传输方式，指利用多副天线接收信号的分集2) 隐分集分集作用隐含在传输信号之中的方式，在接收端利用信号处理技术实现分集隐分集是只需一副天线来接收信号的分集，因此，在数字移动通信中得到了广泛的应用目前，主要的隐分集技术有交织编码技术、跳频技术、直接扩频技术等3几种常用的显分集技术(1 )空间分集空间分集是利用多副接收天线来实现的在发端采用一副天线发射，而在接收端采用多副天线接收接收端天线之间的距离d>A/2 ( A为工作波长)，以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号，从而降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。

该技术在频分(FDMA)移动通信系统、时分系统(TDMA)及码分系统(CDMA)中都有应用2) 时间分集时间分集就是将要传输的信息分别在不同的时隙发射出去，要求重发信号的时隙间隔要大于信道相干时间，以保证重发信号在时域上的独立性，在接收端就可以得到衰落特性不相干的信号若将信号以大于相干时间的时间间隔重复传输M次，就可以得到M条独立的分集支路3) 极化分集在移动信道中，两个在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出互不相关的衰落特性利用这一特点，在发端同一地点装上垂直极化和水平极化两副发射天线，在收端同一地点装上垂直极化和水平极化两副接收天线，就可以得到两路衰落特性互不相关的极化分量极化分集实际上是空间分集的特殊情况这种方法的优点是结构紧凑，节省空间，缺点是由于发射功率要分配到两副天线上，将有3 dB的信号功率损失4) 频率分集频率分集就是将信息分别在不同的载频上发射出去，要求载频间的频率间隔要大于信道相关带宽，以保证各频率分集信号在频域上的独立性，在接收端就可 以得到衰落特性不相干的信号在移动通信系统中，可采用信号载波频率跳变扩 展频谱技术来达到频率分集的目的和空间分集相比，频率分集的优点是减少了天线数目，缺点是要占用更多的频谱资源，在发端需要多部发射机。

5） 角度分集由于地形地貌及建筑物等通信环境的不同，到达接收端的信号来自不同的方向在接收端利用方向性天线，分别指向不同的方向，则每个方向性天线收到的信号是互不相关的采用这种方案，移动台比基地台的电路更有效6） 多径分集由于地面上建筑物等的影响，以及移动台本身移动速度和方向的任意性，使得移动台接收到的信号是经过多路反射、散射的传播路径后信号的叠加由于这些信号经过的路径不同，到达接收端的时延和幅度各不相同，使接收到的信号是一个多径衰落信号通常这一多径衰落信号的时延差很小且是随机的，对于窄带系统（如模拟TACS、数字GSM系统），在同一地点，到达的各路信号是相关的，无法分离只有特定设计的扩频信号才可以进行分离，分离的手段是相关接收因此，多径分集也称码分集，它要求直扩系统的时间（T ）与带宽（W ）积的远大于1 ,即TW1 ,对于带宽为W的系统，所能分离的最小路径时延差为1/W，对于直扩序列的码片宽度为Tc的系统，所能分离的最小路径时延差为Tc，并且要求直扩序列信号的自相关性和互相关性要好使用RAKE接收技术，利用伪随机码的相关性，对各路信号分别进行相关接收，提出不同时延的相关峰，然后进行适当的合并，再进行信息解调。

从而既克服了多径效应问题，又等效增加了接收功率（或发射功率）4交织编码技术交织编码的目的是把一个较长的突发差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的编码（FEC）技术消除随机差错交织深度越大，则离散度越大，抗突发差错能力也就越强但交织深度越大，交织编码处理时间越长，从而造成数据传输时延增大，也就是说，交织编码是以时间为代价的因此，交织编码属于时间隐分集在实际移动通信环境下的衰落，将造成数字信号传输的突发性差错利用交织编码技术可离散并纠正这种突发性差错，改善移动通信的传输特性5跳频技术由于移动通信电波传播多径效应引起的瑞利衰落与传输的发射频率有关，不同频率的信号遭受的衰落不同，而且随着频率差别增大时，衰落更加独立，当两个频率相距足够远时（如1 MHz ），可认为它们是完全独立的（不相关的）通过跳频，包含字码一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏，从而提高系统的抗干扰能力可见，跳频相当于频率分集跳频有慢跳频（SFH ）和快跳频（FFH ）两种慢跳频的跳频速率低于信息比特率，即连续几个信息比特跳频一次GSM系统中，传输频率在一个完整的突发脉冲传输期间保持不变，属于慢跳频快跳频的跳频速率高于或等于信息比特率，即每个信息比特跳频一次以上。

跳频的实现方式有两种，一是基带跳频，其原理是将话音信号随着时间的变换使用不同频率的发射机发射，基带跳频适合于发射机数量较多的高话务量小区二是射频跳频，又称合成器跳频，它是话音 信号使用固定的发射机，在一定跳频序列的控制下，频率合成器合成不同的频率 来进行发射射频跳频比基带跳频有更高的性能改善和抗同频干扰能力，但它只 有当每个小区有4个以上频率时效果才比较明显，且需使用HHBRID合成器，会引入一定的衰耗，减小覆盖范围GSM系统的跳频是在时一频域内的时隙和频隙上进行的，换句话说，是在一定的时间间隔不断地在不同的频隙上跳变为了保证在小区内的跳频信道之间不发生干扰，采用正交跳频组网方式，即小区内的跳频图案是相互正交的，从而不会使频率不同用户的通信在同一个时一频隙内发生碰撞由于使用了跳频技术，不同的频率组中可以包含相同的频率，而能保证平均C/I值达到系统要求，从而提高了系统频谱利用率从跳频组网而言，相邻小区为非正交跳频网因此，相邻小区用户通信期间必然会发生时一频隙的重叠（碰撞）而形成干扰，一个好的跳频网的设计可使这种干扰降至最小6应用实例中国联通东营分公司使用的是北方电讯的GSM设备，基站有S8000型等。

它采用了极化分集、空间分集、交织编码、跳频等多种显分集和隐分集技术经实际应用与测试证明，在基站间距较小、高楼林立的市区，若安装环境较差，可采用体积较小的极化分集天线，它可以获得与空间分集同样甚至更好的效果；而在开阔的郊区及农村，则应采用增益较高的空间分集天线主集天线，同时作为TX1和TX2两个载频的发射天线，天线2为分集天线，同时作为TX3和TX4两个载频的发射天线射频模块包括三部分：一是双工器，为接收频带和发射频带分别提供通道，从而使同一根天线既可接收信号又可发射信号，互不干扰；二是低噪声放大器（LNA ），其主要作用是把天线接收下来的 信号进行放大；三是合路器，它是把两个或更多个TX信号合到一起用一根天线发射出去分离器的作用是把同一根天线接收到的不同频率的信号进行分离这 样，主集、分集两根天线分别接收的四个频率的信号，经过主集、分集两个分离 器分别分离，然后分别送到各个收信机（RX1、RX2、RX3、RX4 ），每个收信 机比较来自主集天线和分集天线的两路信号，选择较好的一路送回基站控制器（BSC）,直至交换机作者单位：（中国联通东营分公司）。