分集接收技术

分集接收技术
分集接收技术
分集接收技术是一项主要的抗衰落技术，它可以大大提高多径衰落信道下的传输可靠性，其本质就是采用两种或两种以上的不同方法接收同一信号以克服衰落，其作用是在不增加发射机功率或信道带宽的情况下充分利用传输中的多径信号能量，以提高系统的接收性能。

分集接收的基本思路
将接收到的多径信号分离成不相关的（独立的）多路信号，即选取了一个信号的两个或多个独立的采样，这些样本的衰落是互不相关的，这意味着所有样本同时低于一个给定电平的概率比任何一个样本低于该值的概率要小得多。

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。

分集接收的分类
几种常见的分集方法
空间分集：不同天线的接收信号相互独立
极化分集：水平极化和垂直极化的信号相互独立
频率分集：不同频率的接收信号相互独立
时间分集：不同时间的接收信号相互独立
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上接收同一个
信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。

⏹空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为d的天线，间隔距离d与工作波长、地
物及天线高度有关，在移动信道中，
市区 d=0.5λ，郊区 d=0.8λ
在满足上式的条件下，两信号的衰落相关性已很弱；d 越大， 相关性就越弱。

⏹ 在900MHz 的频段工作时，两副天线的间隔也只需0.27m.
频率分集
⏹ 理论依据：频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的。

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。

根据相关带宽的定义，即
式中，Δ为延时扩展。

例如，市区中Δ=3μs, B c 约为53kHz 。

⏹ 频率分集需要用两部以上的发射机(频率相隔53kHz 以上)同时发送同一信号，并用
两部以上的独立接收机来接收信号。

它不仅使设备复杂，而且在频谱利用方面也很不经济。

极化分集
⏹ 理论依据：由于两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性， 所以发送端和接收端
可以用两个位置很近但为不同极化的天线分别发送和接收信号，以获得分集效果。

⏹ 极化分集可以看成空间分集的一种特殊情况，它也要用两副天线(二重分集情况)，
但仅仅是利用不同极化的电磁波所具有的不相关衰落特性，因而缩短了天线间的距离。

⏹ 在极化分集中，由于射频功率分给两个不同的极化天线， 因此发射功率要损失 3
dB 。

时间分集
⏹ 同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次
发送信号所出现的衰落将是彼此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行合并，就能减小衰落的影响。

⏹ 时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号。

此外，时间分集也有利于克服移动
信道中由多普勒效应引起的信号衰落现象。

由于它的衰落速率与移动台的运动速度及工作波长有关，为了使重复传输的数字信号具有独立的特性，必须保证数字信号的重发时间间隔满足以下关系：
)/(2121λυ=≥∆m f T ∆=π21c B
分集合并的准则
分集信号以什么方式合并输出
选择式合并：选择最好的支路作为输出
等增益合并：调整各个支路的相位，使之同相，然后进行等增益相加
最大比值合并：调整各个支路的相位，使之同相，然后按照各个支路的信噪比数值
进行加权相加
分集合并的理论
假设M 个输入信号电压为r 1(t )，r 2(t ), …，r M (t )，则合并器输出电压r (t )为
式中，a k 为第k 个信号的加权系数。

选择式合并
选择式合并是检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。

由上式可见，在选择式合并器中，加权系数只有一项为1，其余均为0
最大比值合并
最大比值合并是一种最佳合并方式。

每一支路信号包络r k (t )用r k 表示。

每一支路的加权系数a k 与信号包络r k 成正比而与噪声功率N k 成反比，即
由此可得最大比值合并器输出的信号包络为
∑==+⋅⋅⋅++=M
k k k M M t r a t r a t r a t r a t r 1
2211)
()()()()(
k b
k N r a =∑∑====M k k
k M k k k R N r r a r 121
M ≡ 1N k r k 2
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。

等增益合并器输出的信号包络为
平均信噪比的改善：指分集接收机合并器输出的平均信噪比较无分集接收机的平均信噪比改善的分贝数
三种分集合并的性能的比较
选择式合并
等增益合并 最大比值合并
三种分集合并性能曲线
∑==M k k E r r 1
M k =1r k ∑
===M k S S k M D 101)(γγ4
)1(1)(0πγγ-+==M M D E E M M D R R ==0)(γγ
RAKE接收机的工作原理图
RAKE接收机的工作原理
移动台RAKE接收部分主要由相关器1~3、搜寻相关器和合并器等组成。

伪随机码调制过的信号由发端发射，经多条不同的路径延时和损耗后与噪声一起进入接收机，经过变频、中频放大和A／D变换后，进入RAKE接收部分。

该部分的搜寻相关器从到达的各路信号中找出三路最强的信号，并给出这三路信号中伪随机码的参考相位，使本地码的三个发生器的输出码相位分别与这三路信号中的伪随机码同步，经过各自解扩，相关解调输出同一信息的数据，经相应的合并后进行译码。