移动通信原理第9次课-第8章分集与均衡要点课件.ppt
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1、第第8章章 分集与均衡分集与均衡l移动信道的快衰落对传输可靠性影响较大,本章将介绍分移动信道的快衰落对传输可靠性影响较大,本章将介绍分集和均衡技术,它们是对抗短期快衰落最有效的方法。集和均衡技术,它们是对抗短期快衰落最有效的方法。l第第2章指出移动传输信道具有章指出移动传输信道具有3类损耗和衰落:类损耗和衰落:1)路径传播损耗)路径传播损耗路径传播损耗是电波在空中传播时由距离因素产生的损耗,路径传播损耗是电波在空中传播时由距离因素产生的损耗,一般称为衰耗,它随接收点距发射台的距离(以千米数量一般称为衰耗,它随接收点距发射台的距离(以千米数量级)而变化。在自由空间传播情况下,接收电平的平均值级)
2、而变化。在自由空间传播情况下,接收电平的平均值随距离的平方衰减。随距离的平方衰减。2)长期慢衰落)长期慢衰落长期慢衰落是由阴影效应产生的损耗。当阴影长度达到数长期慢衰落是由阴影效应产生的损耗。当阴影长度达到数百波长以上时,阴影效应使得接收电平的平均值出现值得百波长以上时,阴影效应使得接收电平的平均值出现值得关注的随机起伏。其变化速率比传输信号速率低,变化周关注的随机起伏。其变化速率比传输信号速率低,变化周期长。阴影效应引起的慢衰落为无线通信所特有,它服从期长。阴影效应引起的慢衰落为无线通信所特有,它服从对数正态分布。因移动通过的阴影长度达数百波长以上时对数正态分布。因移动通过的阴影长度达数百波
3、长以上时才有显著变化,故也称之为大尺度衰落。才有显著变化,故也称之为大尺度衰落。3)短期快衰落)短期快衰落短期快衰落是由多经效应和多普勒效应引起的。当移短期快衰落是由多经效应和多普勒效应引起的。当移动距离达到数十波长时,接收电平的平均值就将发生动距离达到数十波长时,接收电平的平均值就将发生值得关注的随机起伏。接收信号电平一般遵循瑞利值得关注的随机起伏。接收信号电平一般遵循瑞利(Rayleigh)分布或萊斯)分布或萊斯(Rice)分布。因快衰落的变分布。因快衰落的变化速率较快,周期短,故叫作短期快衰落。又因引起化速率较快,周期短,故叫作短期快衰落。又因引起这种衰落出现的移动距离短,这种衰落又叫做
4、小尺度这种衰落出现的移动距离短,这种衰落又叫做小尺度衰落。这种衰落由于与空间位置和频率等有关,又称衰落。这种衰落由于与空间位置和频率等有关,又称之为选择性衰落。它包括空间选择性衰落、频率选择之为选择性衰落。它包括空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落,如表所示。性衰落和时间选择性衰落,如表所示。短期快短期快衰落衰落选择性衰落选择性衰落空间选择性衰落:不同地点和空间位置衰落特性不同空间选择性衰落:不同地点和空间位置衰落特性不同频率选择性衰落:不同频段频率选择性衰落:不同频段的的衰落特性不同衰落特性不同时间选择性衰落:不同时间衰落特性不同时间选择性衰落:不同时间衰落特性不同大尺度衰落和小尺
5、度衰落示意图大尺度衰落和小尺度衰落示意图l针对不同的衰落特性,可以采用不同的技术来针对不同的衰落特性,可以采用不同的技术来克服它们对移动通信系统性能的影响。克服它们对移动通信系统性能的影响。8.1 分集技术的基本原理分集技术的基本原理 分分集集技技术术是是一一项项典典型型的的抗抗快快衰衰落落技技术术,它它可可以以大大大大提提高高多多径径衰衰落落信信道道的的传传输输可可靠靠性性。其其中中空空间间分分集集技技术术早早已已成成功功应应用用于于模模拟拟短短波波通通信信与与模模拟拟移移动动通通信信系系统统。对对于于数数字字移移动动通通信信,特特别别是是第第二二代代移移动动通通信信,分分集集技技术术有有了
6、了更更广广泛泛的的应应用用。在在GSM系系统统的的上上行行链链路路基基站站端端,广广泛泛采采用用二二重重空空间间分分集集接接收收。在在IS-95系系统统中中,除除上上行行采采用用二二重重空空间间分分集集接接收收外外,上上下下行行链链路路均均采采用用隐隐分分集集形形式式的的RAKE接接收收,另另外外在在小小区区软软切切换换中中也也利利用用RAKE接接收收的的宏宏分分集集。本本节节将将主主要要讨讨论论分分集集的基本概念、分类以及分集合并技术。的基本概念、分类以及分集合并技术。8.1.1 基本概念与分类基本概念与分类 分分集集就就是是将将接接收收的的同同一一信信号号在在统统计计上上相相互互独独立立(
7、或或近近似似独独立立)的的若若干干不不同同样样值值集集中中起起来来加加以以有有效效利利用用。统统计计上上相相互互独独立立的的不不同同样样值值可可以以是是不不同同空空间间的的、不不同同频频率率的的和和不同时间的信号分量。不同时间的信号分量。分集技术的分类分集技术的分类按按“分分”划划分分,即即按按照照接接收收信信号号样样值值特特性性,可可分分为为空空间间、频频率率和和时时间间三三大大基基本本类类型型;按按“集集”划划分分,即即按按集集合合和和合合并并方方式式划划分分,可可分分为为最最大大比比值值合合并并、等等增增益益合合并并和和选选择择合合并并;按按照照合合并并的的位位置置可可分分为为射射频频合
8、合并并、中中频频合合并并和和基基带带合合并并,而而最最常常用用的的为为基基带带合合并并;分分集集还还可可以以划划分分为为接接收收端端分分集集、发发送送端端分分集集以以及及发发/收收联联合合分分集集,如如多多入入/多多出出(MIMO)系系统统;也也可可以以划划分分为为显显分分集集与与隐隐分分集集:一一般般称称采采用用多多套套设设备备来来实实现现分分集集为为传传统统的的显显分分集集,空空间间分分集集是是典典型型的的显显分分集集;称称采采用用一一套套设设备备而而利利用用信信号号设设计计与与处理来实现的分集为隐分集。处理来实现的分集为隐分集。68.1.2 典型的分集与合并技术典型的分集与合并技术1.空
9、间分集空间分集空间分集是空间分集是将将不同不同空间位置上的天线空间位置上的天线接收到的在统计接收到的在统计上不相关的信号集中起来实现抗衰落的技术。上不相关的信号集中起来实现抗衰落的技术。为了使基站接收天线之间的距离基本满足接收信号不为了使基站接收天线之间的距离基本满足接收信号不相关的要求,天线之间的距离相关的要求,天线之间的距离d须大于信号的相关区须大于信号的相关区间。市区两天线距离间。市区两天线距离d2.86。空间分集接收天线的。空间分集接收天线的数量数量N=24,当,当N增加到增加到3以上时,分集增益增加缓慢。以上时,分集增益增加缓慢。空间分集有两类形式。空间分集有两类形式。1)极化分集极
10、化分集在同一位置安装一副与地面成在同一位置安装一副与地面成450的正交双极的正交双极化接收天线,分别接收不同的极化波,然后合化接收天线,分别接收不同的极化波,然后合并。并。2)角度分集角度分集基站安装天线主瓣指向不同的定向天线,接收基站安装天线主瓣指向不同的定向天线,接收来自不同角度的多径信号。来自不同角度的多径信号。在空间分集中,由于在接收端采用了在空间分集中,由于在接收端采用了N副天线,副天线,若它们尺寸、形状、增益相同,那么空间分集若它们尺寸、形状、增益相同,那么空间分集除了可以获得抗衰落的分集增益以外,还可以除了可以获得抗衰落的分集增益以外,还可以获得设备增益,比如二重空间分集的两套设
11、备,获得设备增益,比如二重空间分集的两套设备,可获可获3dB设备增益。设备增益。2.频率分集频率分集频频率率分分集集利利用用不不同同频频段段衰衰落落上上的的差差异异,来来实实现现抗抗(频频率率选选择择性性)衰衰落落。方方法法是是发发射射机机将将信信号号调调制制到到不不同同的的载载波波频频率率上上发发射射出出去去,接接收收终终端端将将接接收收到到的的衰衰落落各各不不相相同同的的载载波波合合并并起起来来抗抗频频率率选选择择衰衰落落。不不同同的的载载波波之之间间的的间间隔隔D Df大大于于第第二二章章分析中所指出的频率相干区间分析中所指出的频率相干区间D DF,即,即其其中中L为为接接收收信信号号的
12、的时时延延功功率率谱谱宽宽度度。对对城城市市中中使使用用800900MHz频频段段的的IS-95和和GSM来来说说,L5m ms。因因此此,不不同同载载波波之之间间的的间间隔隔只只有有不不小小于于200kHz,才能有理想的分集效果。,才能有理想的分集效果。3.时间分集时间分集当取样时间间隔足够大时,一个随机衰落信号当取样时间间隔足够大时,一个随机衰落信号两个相邻取样值间的衰落是互不相关的。时间两个相邻取样值间的衰落是互不相关的。时间分集就是利用这种不同时间上的衰落差异来实分集就是利用这种不同时间上的衰落差异来实现抗时间选择性衰落。发射机将同一信号多次现抗时间选择性衰落。发射机将同一信号多次重发
13、,接收机重复接收同一信号。为了使重发重发,接收机重复接收同一信号。为了使重发信号的衰落互不相干,重发的时间间隔信号的衰落互不相干,重发的时间间隔D Dt必须必须大于时间相关区间大于时间相关区间D DT,即,即,D DtD DT1/B式中,式中,B是移动用户高速移动时产生的多普勒频是移动用户高速移动时产生的多普勒频移的扩散区间。可见,时间分集对于静止和准移的扩散区间。可见,时间分集对于静止和准静止状态的低速用户几乎无用。静止状态的低速用户几乎无用。接收机可以同时采用上述几种分集技术以便获接收机可以同时采用上述几种分集技术以便获得尽可能大的分集增益和抗快衰落能力。得尽可能大的分集增益和抗快衰落能力
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