分集接收技术介绍.ppt

分集接收技术介绍分集接收技术介绍•1. 分集接收的目的•2. 分集接收的基本概念•3. 信号的合并方式•4. RAKE接收机•5.分集接收技术分集接收的目的•在移动通信、短波通信中存在着许多经干涉而产生的快衰落，衰落深度可达40dB，偶尔可达80dB分集接收就是克服这种衰落的一种方法分集接收是利用信号和信道的性质，将接收到的多径信号分离成互不相关（独立的）的多径信号，然后将多径衰落信道分散的能量更有效地接收起来处理之后进行判决，从而达到抗衰落的目的单天线信号与采用最大比合并方式的分集接收后的信号比较分集接收的基本概念•分集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，然后把这些多路信号分离信号的能量按一定的规则合并起来，使接收到的有用信号能量最大，进而提高接收信号的信噪比因此，分集接收包括两个方面的内容：一是如何把接收的多径信号分离出来使其互不相关，二是将分离出来的多径信号恰当合并，以获得最大信噪比•分集的方式：分集分为宏观分集和微观分集两大类宏观分集也称为多基站分集，其主要作用是抗慢衰落例如，在移动通信系统中，把多个基站设置在不同的物理位置上（如蜂窝小区的对角线上），同时发射相同的信号，小区内的移动台选择其中最好的基站与之通信，以减小地形、地物及大气等对信号造成的慢衰落。

•微观分集的主要作用是抗快衰落理论与实验都证明，当信号在空间、频率及时间等方面分离时，都会呈现出互相独立的衰落特性，由此按路径分离的不同，微观分集可分为以下几种： (1)空间分集 (2)频率分集 (3)时间分集 (4)极化分集 (5)角度分集 (6)场分量分集 (7)路径分集 (1)空间分集 •空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收到的衰落是不相关的空间分集的基本结构为发端使用一副天线发射，收端多部天线接收 •市区 d>0.5倍波长•郊区 d>0.8倍波长（2）频率分集•由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落是不相关的，因此，可以用两个以上不同的频率传输同一信息，以实现频率分集频率分集需要两部以上的发射机同时发送同一信号，并用两部以上的接收机来接收信号（3）时间分集•快衰落除了具有空间和频率的独立性外，还具有时间的独立性，即同一信号在不同的时间区间多次重发，只要两次重发间隔足够大，那么各次发送的信号通过信道后，出现的衰落将是彼此独立的，接收机将重复收到同一信号进行合并，就能减小衰落的影响。

（4）极化分集•由于两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性，所以发端和收端可以用两个位置很近但为不同极化方向的天线发送和接收信号，以获得分集效果•极化分集可以看作空间分集的一种特殊情况，其优点是设备的结构紧凑，节省空间，缺点是由于射频功率要分配到两副天线上，因此有发射功率要损失3dB（5）角度分集•角度分集的做法是使电波通过几个不同路径，并以不同角度到达接收端的，而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线能分离出不同方向上来的信号，由于这些分量具有相互独立的衰落特性，因而可以实现角度分集并获得抗衰落的效果（6）场分量分集 •由电磁场理论可知，电磁波的E场合H场分量载有相同的信息，而反射的机理不同，场分量分集的优点是不会有3dB的功率损失 （7）路径分集 •路径分集的依据是来自两个不同路径信号的时延大于某一值时，这两个衰落信号可看作互不相关的特性CDMA系统就是采用的这种技术，即RAKE接收机 3.信号的合并方式•1) 选择式合并，选择式合并是检测所有分集之路的信号，以选择其中信噪比最高的那个之路的信号作为合并器的输出•2)最大比值合并，分集的每一路都有一个加权，加权的权重依各支路信噪比来分配，信噪比大的支路权重大，信噪比小的支路权重小。

•3) 等增益合并，等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加的，其性能接近于最大比值合并•4)三种合并方式的性能比较 三种合并方式平均信噪比的改善程度如下图 4．RAKE接收机•RAKE接收机，就是利用多个并相关器检测多经信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机要求直扩系统的时间（T）带宽（W）积远大于1，即TW>>1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（chip）宽度为TC的系统，所能分离的最小路径时延差为TC，并且要求所采用的直扩序列信号的自相关性和互相关性要好•高通公司提出的CDMA系统中，基站接收机中并行相关器个数为4，移动台接收机为3•RAKE 接收机简化框图分集接收技术•分集接收框图(Qualcom)接收分集的优势•1. 提高系统抗多径衰落的性能•2. 提高网络系统容量，同样信噪比下需要的信号的能量变低，对于CDMA功率受限系统，单个MS需求的能量降低后，网络容量自然变大•以高通RFR6500为例，接收信号强度有望提高1.5-3dB，传输信息速率提高50k-100kBit/s；对于RTR6285来说，网络容量提高50%，HSDPA的平均数据吞吐量提高100%。

接收分集的主要指标要求•1）天线效率(Free space)• 主天线效率>-4dB（40%）• 副天线效率>-10dB（10%），设计目标：>-7dB(20%)•2) 包络相关系数• 它是表征主、副天线方向图的互相关性，即主副天线方向图在幅度和相位上的相似性的一个量要求<0.5•3) 天线隔离度S21<-8dB•4) VSWR：主副天线均要求小于3•5) 极化：主天线垂直极化• 副天线可以为水平、垂直或混合极化•6) 方向图：主天线为全向天线，副天线方向图与主天线互补•7) 体效应：800/900MHz 效率损失<5dB• 1800/1900/2200MHz 效率损失<3dB。