分集接收部分18页PPT
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第09讲_分集接收技术
k 1 M
式中， ak为第k个信号的加权系数。
2017/8/3 Guilin University of Electronics Technology
17
分集合并技术
分类：选择不同的加权系数， 可构成不同 的合并方式。
选择合并（Selective Combining）：选择具 有最大SNR 的分枝； 等增益合并（Equal-Gain Combining）：所有 分枝等权重相干合并； 最大比合并（maximal Ratio Combining ）： 所有分枝依其SNR 进行加权相干合并。
若在最大比值合并中,取 k 1 ,当 k 1, 2,, M 即为等增益合并。 优点：无需对信号加权，各支路信号等增 益相加。实现比较简单， 其性能接近于最 大比值合并。 等增益合并器输出的信号包络
rE t rk t
k 1 M
2017/8/3
Guilin University of Electronics Technology
2017/8/3 Guilin University of Electronics Technology
5
分集的基础
技术：如何获得独立多路信号；如何合并独立多 路信号。 本质：对同一信号在不同时间/频率/空间/极化 方向的过采样。 各独立的传播路径同时经历深度衰落的概率很低。
2017/8/3
2
分集技术
基本概念：利用接收信号在结构和统计特 性方面的不同特点加以区分，并按一定规 律和原则进行合并处理来实现抗衰落。 分集有两重含义： 一是分散传输， 使接 收端能获得多个统计独立的、 携带同一 信息的衰落信号； 二是集中处理， 即接 收机把收到的多个统计独立的衰落信号进 行合并(包括选择与组合)以降低衰落的影 响。
式中， ak为第k个信号的加权系数。
2017/8/3 Guilin University of Electronics Technology
17
分集合并技术
分类：选择不同的加权系数， 可构成不同 的合并方式。
选择合并（Selective Combining）：选择具 有最大SNR 的分枝； 等增益合并（Equal-Gain Combining）：所有 分枝等权重相干合并； 最大比合并（maximal Ratio Combining ）： 所有分枝依其SNR 进行加权相干合并。
若在最大比值合并中,取 k 1 ,当 k 1, 2,, M 即为等增益合并。 优点：无需对信号加权，各支路信号等增 益相加。实现比较简单， 其性能接近于最 大比值合并。 等增益合并器输出的信号包络
rE t rk t
k 1 M
2017/8/3
Guilin University of Electronics Technology
2017/8/3 Guilin University of Electronics Technology
5
分集的基础
技术：如何获得独立多路信号；如何合并独立多 路信号。 本质：对同一信号在不同时间/频率/空间/极化 方向的过采样。 各独立的传播路径同时经历深度衰落的概率很低。
2017/8/3
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分集技术
基本概念：利用接收信号在结构和统计特 性方面的不同特点加以区分，并按一定规 律和原则进行合并处理来实现抗衰落。 分集有两重含义： 一是分散传输， 使接 收端能获得多个统计独立的、 携带同一 信息的衰落信号； 二是集中处理， 即接 收机把收到的多个统计独立的衰落信号进 行合并(包括选择与组合)以降低衰落的影 响。
4-1分集接收
图 简化的RAKE接收机的组成。
2、RAKE接收
（1）什么是RAKE接收： 其基本原理是将无线通信系统中，幅度明显大于噪声背景的多径分量取 出，对其进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则 进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分 集的效果。
（2） RAKE接收应用原因 在移动通信中信号传播的多径效应。在接收信号时有时延功率谱的扩散。 其中最典型的有两类： 连续型时延功率谱：它一般出现在繁华市区由密集建筑物反射而形成。 离散型时延功率谱：一般非繁华、非密集型建筑群区，时延功率谱是离 散型的。 如何把扩散时延功率给充分利用起来。
理论和实践都表明，在空间、频率、极化、场分量、角度及时间等方 面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性。
3、分集接收的分类：
三、分集接收基本原理
1、宏分集
目的：减小慢衰落的影响；
应用：蜂窝通信系统，也称为”多基站”分集。
方法：把多个基站设置在不同的地理位置上（如蜂窝小区的对角上）和 不同方向上，同时和小区的一个移动台进行通信（可选择其中信号最好 的一个基站通信）。只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效 应或地形的影响而出现严重的慢衰落（基站天线架设可以防止这种情发 生），这种方法就能保持通信不会中断。
1）在相同分集重数(即M相同)情况下： 最大比值合并方式:改善信噪比最多， 等增益合并方式：次之； 选择式合并方式：较差。
2）在分集重数M较小时： 等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并。信噪比改善较好。 选择式合并所得到的信噪比改善量最少，其原因在于合并器输出只利用 了最强一路信号，而其它各支路都没有被利用。
快衰落：由于移动台是在不停的运动之中，所以，尽管各个反射波都 是从一个天线源辐射出来的，但由于传播路径不同，反射体的性质不同， 使得到达接收点各反射波的幅度和相位都是随机变化的。
2、RAKE接收
（1）什么是RAKE接收： 其基本原理是将无线通信系统中，幅度明显大于噪声背景的多径分量取 出，对其进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则 进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分 集的效果。
（2） RAKE接收应用原因 在移动通信中信号传播的多径效应。在接收信号时有时延功率谱的扩散。 其中最典型的有两类： 连续型时延功率谱：它一般出现在繁华市区由密集建筑物反射而形成。 离散型时延功率谱：一般非繁华、非密集型建筑群区，时延功率谱是离 散型的。 如何把扩散时延功率给充分利用起来。
理论和实践都表明，在空间、频率、极化、场分量、角度及时间等方 面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性。
3、分集接收的分类：
三、分集接收基本原理
1、宏分集
目的：减小慢衰落的影响；
应用：蜂窝通信系统，也称为”多基站”分集。
方法：把多个基站设置在不同的地理位置上（如蜂窝小区的对角上）和 不同方向上，同时和小区的一个移动台进行通信（可选择其中信号最好 的一个基站通信）。只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效 应或地形的影响而出现严重的慢衰落（基站天线架设可以防止这种情发 生），这种方法就能保持通信不会中断。
1）在相同分集重数(即M相同)情况下： 最大比值合并方式:改善信噪比最多， 等增益合并方式：次之； 选择式合并方式：较差。
2）在分集重数M较小时： 等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并。信噪比改善较好。 选择式合并所得到的信噪比改善量最少，其原因在于合并器输出只利用 了最强一路信号，而其它各支路都没有被利用。
快衰落：由于移动台是在不停的运动之中，所以，尽管各个反射波都 是从一个天线源辐射出来的，但由于传播路径不同，反射体的性质不同， 使得到达接收点各反射波的幅度和相位都是随机变化的。
分集接收
分集接收[浏览次数：约1270次]∙分集接收技术是一项主要的抗衰落技术，可以大大提高多径衰落信道传输下的可靠性，在实际的移动通信系统中，移动台常常工作在城市建筑群或其他复杂的地理环境中，而且移动的速度和方向是任意的。
分集接收技术被认为是明显有效而且经济的抗衰落技术。
目录∙分集接收的基本概念∙分集接收的原理∙分集接收的目的∙分集接收技术的分类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。
分集接收的原理∙根据信号论原理，若有其他衰减程度的原发送信号副本提供给接收机，则有助于接收信号的正确判决。
这种通过提供传送信号多个副本来提高接收信号正确判决率的方法被称为分集。
分集技术是用来补偿衰落信道损耗的，它通常利用无线传播环境中同一信号的独立样本之间不相关的特点，使用一定的信号合并技术改善接收信号，来抵抗衰落引起的不良影响。
空间分集手段可以克服空间选择性衰落，但是分集接收机之间的距离要满足大于3倍波长的基本条件。
分集的基本原理是通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不同，信号多个副本的衰落就不会相同。
接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。
如果不采用分集技术，在噪声受限的条件下，发射机必须要发送较高的功率，才能保证信道情况较差时链路正常连接。
分集接收基本原理课件
分集接收基本原理
3.隐分集与RAKE接收
❖ 如何能设法将被扩散的时延功率充分利用起来，这是工 程设计者要重点研究的问题
分集接收基本原理
3.隐分集与RAKE接收
Rake接收用信号的矢量的直观表示
Rake接收将被分离的各条路径信号相位校准、幅度 加权，并将矢量和变成代数和，从而加以充分利用。
分集接收基本原理
振 子
电场
磁场
电场 电波传输方向
磁场
电场
分集接收基本原理
2.分集接收基本原理——微分集
天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度）方向。 当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极 化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为 水平极化波。
垂直极化 Vertical
水平极化Horizontal
2.分集接收基本原理——合并
最大比值合并
aK
rK NK
rR
M
aKrK
K1
M
rK2
K1NK
分集接收基本原理
2.分集接收基本原理——合并
等增益合并 把各支路信号进行同相后再叠加，加权时各路信号的权 重相等。这样，其性能只比最大比值合并方式差一些，但 比选择合并方式性能要好得多。
分集接收基本原理
➢ 基本思想：不同时间发送相同信息， 时间间隔必须大于信道相干时间
➢ 对信息进行编码并将编码后的码元分 散到不同的时间段，时间间隔大于相 干时间，从而使得码字的不同部分经 历相互独立的衰落。
➢ 通过编码和交织可以实现时间分集。
分集接收基本原理
2.分集接收基本原理——微分集
时间分集——重复编码
1 234 123 41 2341 23 4 时间间隔远远大于相干时间
3.隐分集与RAKE接收
❖ 如何能设法将被扩散的时延功率充分利用起来，这是工 程设计者要重点研究的问题
分集接收基本原理
3.隐分集与RAKE接收
Rake接收用信号的矢量的直观表示
Rake接收将被分离的各条路径信号相位校准、幅度 加权，并将矢量和变成代数和，从而加以充分利用。
分集接收基本原理
振 子
电场
磁场
电场 电波传输方向
磁场
电场
分集接收基本原理
2.分集接收基本原理——微分集
天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度）方向。 当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极 化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为 水平极化波。
垂直极化 Vertical
水平极化Horizontal
2.分集接收基本原理——合并
最大比值合并
aK
rK NK
rR
M
aKrK
K1
M
rK2
K1NK
分集接收基本原理
2.分集接收基本原理——合并
等增益合并 把各支路信号进行同相后再叠加，加权时各路信号的权 重相等。这样，其性能只比最大比值合并方式差一些，但 比选择合并方式性能要好得多。
分集接收基本原理
➢ 基本思想：不同时间发送相同信息， 时间间隔必须大于信道相干时间
➢ 对信息进行编码并将编码后的码元分 散到不同的时间段，时间间隔大于相 干时间，从而使得码字的不同部分经 历相互独立的衰落。
➢ 通过编码和交织可以实现时间分集。
分集接收基本原理
2.分集接收基本原理——微分集
时间分集——重复编码
1 234 123 41 2341 23 4 时间间隔远远大于相干时间
4.2-分集接收原理
k1
(4 - 19)
利用上述关系式， 代入式(4 - 18)得
M
M
( ak2Nk )( k ) M
R k 1 M
k 1
k
ak2Nk
k 1
k 1
(4 - 20)
由上式可知， 最大比值合并器输出可能得到的最大信 噪比为各支路信噪比之和， 即
M
R max k
选择式合并又称开关式相加。 这种方式方法简单， 实现容易。 但由于未被选择的支路信号弃之不用， 因此 抗衰落不如后述两种方式。
(2) 最大比值合并。 最大比值合并是一种最佳合 并方式， 其方框图如图 4 - 3 所示。 为了书写简便， 每一支路信号包络rk(t)用rk表示。 每一支路的加权系数 ak与信号包络rk成正比而与噪声功率Nk成反比， 即
选择不同的加权系数， 就可构成不同的合并方式。
(1) 选择式合并。 选择式合并是指检测所有分集支 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。
接收机1 接收机2
图 4 - 2 二重分集选择式合并
图 4 - 2 为二重分集选择式合并的示意图。 两个支 路的中频信号分别经过解调， 然后作信噪比比较， 选择 其中有较高信噪比的支路接到接收机的共用部分。
ak
rk Nk
(4 - 5)
由此可得最大比值合并器输出的信号包络为
rk
M
ak rk
k 1
M k 1
rk2 Nk
式中， 下标R表征最大比值合并方式。
(4 - 6)
a1
接收机1
《分集接收部分》课件
计算机
用于数据采集和处 理。
实验场地
一个室内环境，用 于模拟无线通信环 境。
发射器
用于发送模拟信号 。
测量仪器
用于测量信号质量 。
实验过程与结果
实验步骤 1. 设置实验场地和设备。
2. 调整发射器，使其发出不同强度的信号。
实验过程与结果
3. 使用分集接收器接 收信号。
5. 使用测量仪器评估 信号质量。
空间分集技术可以有效地提高信号的抗干扰能力和信噪比，从而提高通信系统的性 能。
常见的空间分集技术包括：天线分集、极化分集等。
时间分集技术
时间分集技术是通过将信号分散 在不同的时间间隔内进行传输， 利用信号的独立性实现分集接收
。
时间分集技术可以有效地抵抗多 径衰落和干扰，提高信号的可靠
性。
常见的时间分集技术包括：时间 交织、频率跳变等。
频率分集技术
频率分集技术是通过将信号分散在不 同的频率上进行传输，利用信号的独 立性实现分集接收。
常见的频率分集技术包括：频带展宽 、跳频等。
频率分集技术可以有效地抵抗频率选 择性衰落和干扰，提高信号的可靠性 。
极化分集技术
极化分集技术是通过利用不同极 化方向的电磁波进行传输，实现
信号的分集接收。
资源消耗
分集接收需要更多的资源来处 理多个信号路径，包括计算资 源和存储资源。
移动性支持
在移动通信环境中，分集接收 需要快速适应信号环境的变化 ，这对系统的实时性和灵活性
提出了挑战。
分集接收的未来发展
智能化处理
利用人工智能和机器学习技术，实现 分集接收的智能化处理，提高信号接 收的效率和准确性。
高效算法研究
高速移动环境
第9讲分集接收技术
设rk的起伏服从瑞利分布， 即 k 1 可得
P ( ) P ( r N M S t k k2 k t)
M
p r k( k)
r k
2 k
e
2 2 r 2 k /( k)
P r 2 N p k d r 1 e k k k t k k 0
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分集合并技术
分类：选择不同的加权系数， 可构成不同的合并方式。
选择合并（Selective Combining）：选择具有最大SNR 的分枝； 等增益合并（Equal-Gain Combining）：所有分枝等权重相干合并；
最大比合并（maximal Ratio Combining）：所有分枝依其SNR 进行加权相干合并。
2019/4/4
Guilin University of Electronics Technology
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分集技术的目的
目标: 对抗多径信道造成的衰落和延时串扰
问题：
如何有效地分集多径衰落信道分散的信号,既将可获得的含有同一信息内容但是统 计上独立的不同样值，加以有效且可靠的利用。（被动） 如何主动利用信号设计技术更有效地分集多径衰落信道分散的信号。（主动）
基 站 （ 收 端 ）
2019/4/4
Guilin University of Electronics Technology
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最大比值合并(MRC)
最大比值合并是一种最佳合并方式。
每一支路的加权系数ak与信号包络rk(t)成正比而与噪声 功率Nk成反比， 即
rk t ak 最大比值合并器输出的信号包络为 Nk
无线通信与移动通信技术PPT3.6
▪ (2) 在M较小时，等增益合并接近最大比值合并 ▪ (3) 选择式合并最差(只利用了最强一路信号) 。
▪ 从平均误码率来看，最大比值合并也最佳。 ▪ 等增益合并的各种性能与最大比值合并低得不
多，但从电路实现上简单。 ▪ 等增益合并是一种较实用的方式；当分集重数
不多时，选择式合并仍然可取。
3.6 分集接收技术
▪ 3.6.2 分集的方式
接收机 1
▪ 选择式合并
接收机 2
▪ 最大比值合并
a1
接收机 1
a2
1
▪ 等增益合并
▪ 思考：类比
接收机 1 接收机 1
M
∑
∑
k=1
rk
▪ 多位裁判打分，如何计算总分？
3.6 分集接收技术
▪ 3.6.2 分集的方式
▪ (1) 相同分集重数(即M相同)情况下，最大比值 合并最优，等增益合并方式次之
3.6 分集接收技术
▪ 3.6.2 分集的分类
▪ 宏分集(基站分集，慢衰落) ▪ 微分集(快衰落)
▪ 空间分集：用2个以上的天线接收同一个信号 ▪ 频率分集：用2个以上的载波频率传输，两个载波的间 隔大于
信道的相干带宽 ▪ 极化分集：发送接收垂直和水平极化信号 ▪ 场分量分集：电磁波E场和H场不相关 ▪ 角度分集：使电波通过几个不同路径，不同角度到达 接收端 ▪ 时间分集：在不同时间重发同一个信号，大于信道的 相干时间
▪ 从平均误码率来看，最大比值合并也最佳。 ▪ 等增益合并的各种性能与最大比值合并低得不
多，但从电路实现上简单。 ▪ 等增益合并是一种较实用的方式；当分集重数
不多时，选择式合并仍然可取。
3.6 分集接收技术
▪ 3.6.2 分集的方式
接收机 1
▪ 选择式合并
接收机 2
▪ 最大比值合并
a1
接收机 1
a2
1
▪ 等增益合并
▪ 思考：类比
接收机 1 接收机 1
M
∑
∑
k=1
rk
▪ 多位裁判打分，如何计算总分？
3.6 分集接收技术
▪ 3.6.2 分集的方式
▪ (1) 相同分集重数(即M相同)情况下，最大比值 合并最优，等增益合并方式次之
3.6 分集接收技术
▪ 3.6.2 分集的分类
▪ 宏分集(基站分集，慢衰落) ▪ 微分集(快衰落)
▪ 空间分集：用2个以上的天线接收同一个信号 ▪ 频率分集：用2个以上的载波频率传输，两个载波的间 隔大于
信道的相干带宽 ▪ 极化分集：发送接收垂直和水平极化信号 ▪ 场分量分集：电磁波E场和H场不相关 ▪ 角度分集：使电波通过几个不同路径，不同角度到达 接收端 ▪ 时间分集：在不同时间重发同一个信号，大于信道的 相干时间
现代通信技术—蜂窝移动通信系统(电波传播与分集接收)
多径效应与瑞利衰落
假设基站发射的信号为
S0 a0 exp[ j(0t 0)]
式中，ω0为载波角频率，φ0为载波初相。经反射(或散射)
到达接收天线的第i个信号为Si(t)，其振幅为αi, 相移为φi。
假设Si(t)与移动台运动方向之间的夹角为θi, 其多普勒频
移值为
fi
cos
i
c c
cos2 cos2
1/ 2 1/ 2
(*)
Rv
c sin c sin
c c
cos2 cos2
1/ 2 1/ 2
(**)
式中，εc是反射媒质的等效复介电常数，它与反射媒质
的相对介电常数εr、电导率δ和工作波长λ有关，即
c r j60
接收天线
重庆邮电学院 通信与信息工程学院 张祖凡
直射波
• 直射波传播可按自由空间传播来考虑。所谓自由空 间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播， 它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能 量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。 实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性的 均匀媒质，其相对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1， 传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面 反射信号场强也可以忽略不计，在这样情况下，电 波可视作在自由空间传播。
2
d
2 d
d 2hthr d
由路径差Δd引起的附加相移Δφ为
2 d 式中，2π/λ称为传播相移常数。
d
这时接收场强E可表示为
E E0(1 Re j ) E0(1 R )e j( )
重庆邮电学院 通信与信息工程学院 张祖凡
3.4分集接收
交织编码的目的是把一个较长的连续 突发差错离散成随机的非连续差错，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，但处理时间也越 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。
交织编码技术举例如下：
1．空间分集
空间分集在发端采用一副天线发射， 而在接收端采用多副间隔距离d≥λ/2（λ为 工作波长）的天线接收，以保证接收天线 输出信号的衰落特性是相互独立的。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FDMA、 TDMA及CDMA移动通信系统中都有应用。
6．场分量分集
由电磁场理论可知，电磁波的E场和H 场载有相同的消息，而反射机理是不同的 ，例如一个散射体反射E波和H波的驻波图 形相位差90°，即当E波为最大时，H波最 小。因此利用场分量的这个特点也可以实 现分集。
7．多径分集
移动台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。 现以三条路径为例简述RAKE接收机的 工作原理，如下图3-27所示。
1 最大比值合并
最大比合并是在接收端有N个分集支路 ，经过相位调整后，按适当的增益系统， 同相相加，再送入检测器进行检测。利用 切比雪夫不等式，设N为每支路噪声功率， 可以证明当可变加权系数为时，分集合并 后的信噪比达到最大值。最大比合并的平 均输出信噪比、最大比合并增益分别如（ 式3-20）、（式3-21）所示。
【优】覆盖增强策略 分集收发最全PPT资料
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
。
敏度，减少25%-30%的站点数量。
通信技术专业教学资源库 广东交通职业技术学院
谢谢
主讲： 崔春雷
。 0dB
，可低以改对善上解行灵调敏度所，需减少25E%b-30/%N的o站点的数量要。 求，在有功控条
在下行中，通过提供TSTD（时分发射分集）、STTD（空时发射分集）等多种分集方式，使UE的RAKE接收径的数目和质量得到提高，从而增加覆盖范围，提高系统容量，减少基站数
件下增益为 2.5~3.0dB ，可以改善上行灵 目。
。 STTD（空时发射分集）等多种分集方式，使
0dB ，可以改善上行灵敏度，减少25%-30%的站点数量。
UE的RAKE接收径的数目和质量得到提高，从 《移动网络规划和优化分析》课程
在下行中，通过提供TSTD（时分发射分集）、STTD（空时发射分集）等多种分集方式，使UE的RAKE接收径的数目和质量得到提高，从而增加覆盖范围，提高系统容量，减少基站数
目。
而增加覆盖范围，提高系统容量，减少基站 《移动网络规划和优化分析》课程
在下行中，通过提供TSTD（时分发射分集）、STTD（空时发射分集）等多种分集方式，使UE的RAKE接收径的数目和质量得到提高，从而增加覆盖范围，提高系统容量，减少基站数
目。
数目。 0dB ，可以改善上行灵敏度，减少25%-30%的站点数量。
目。 0dB ，可以改善上行灵敏度，减少25%-30%的站点数量。
同一信号以克服衰落，其作用是在不增加发射机功 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
。
敏度，减少25%-30%的站点数量。
通信技术专业教学资源库 广东交通职业技术学院
谢谢
主讲： 崔春雷
。 0dB
，可低以改对善上解行灵调敏度所，需减少25E%b-30/%N的o站点的数量要。 求，在有功控条
在下行中，通过提供TSTD（时分发射分集）、STTD（空时发射分集）等多种分集方式，使UE的RAKE接收径的数目和质量得到提高，从而增加覆盖范围，提高系统容量，减少基站数
件下增益为 2.5~3.0dB ，可以改善上行灵 目。
。 STTD（空时发射分集）等多种分集方式，使
0dB ，可以改善上行灵敏度，减少25%-30%的站点数量。
UE的RAKE接收径的数目和质量得到提高，从 《移动网络规划和优化分析》课程
在下行中，通过提供TSTD（时分发射分集）、STTD（空时发射分集）等多种分集方式，使UE的RAKE接收径的数目和质量得到提高，从而增加覆盖范围，提高系统容量，减少基站数
目。
而增加覆盖范围，提高系统容量，减少基站 《移动网络规划和优化分析》课程
在下行中，通过提供TSTD（时分发射分集）、STTD（空时发射分集）等多种分集方式，使UE的RAKE接收径的数目和质量得到提高，从而增加覆盖范围，提高系统容量，减少基站数
目。
数目。 0dB ，可以改善上行灵敏度，减少25%-30%的站点数量。
目。 0dB ，可以改善上行灵敏度，减少25%-30%的站点数量。
同一信号以克服衰落，其作用是在不增加发射机功 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
【实用】覆盖增强策略 分集收发PPT文档
2. 分集收发的类别
空间分集
频率分集 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
。
分集技术 显分集 微宏分分集集 时 极 角路 场间 化 度径 分分 分 分分 量集 集 集集 分集 在 目《《《通《在目其。通其。分《在目《分《在目在分0其 。在通在目《《分其。d下。移移移信移下。本信本集移下。移集移下。上集本上信下。移移集本B ，行动 动 动 技 动 行 质 技 质 接 动 行 动 接 动 行 行 接 质行 技 行 动 动 接 质可中 网网网术网中就术就收网中网收网中中收就 中术中网网收就以， 络络络专络，是专是技络，络技络，，技是 ，专，络络技是改通 规规规业规通采业采术规通规术规通通术采 通业通规规术采善过 划划划教划过用教用是划过划是划过过是用 过教过划划是用上提 和和和学和提两学两一和提和一和提采一两 采学提和和一两行供 优优优资优供种资种项优供优项优供用项种 用资供优优项种灵化化化源化或源或主化化主化四主或 四源化化主或TTTTTSSSSS敏TTTTT分分分库分两库两要分分要分天要两天库分分要两DDDDD度析析析析种种的析析的析线的种 线析析的种（ （（（（，》》》》以以抗》》抗》收抗以 收》》抗以时 时时时时减课课课课上上衰课课衰课分衰上 分课课衰上分 分分分分少程程程程的的落程程落程集落的 集程程落的发 发发发发2不不技技，技不 ，技不射 射射射射5%同同术术可术同 可术同分 分分分分-3方方，，以，方 以，方集 集集集集0%法法它它降它法 降它法） ））））的接接可可低可接 低可接、 、、、、站收收以以对以收 对以收SSSSSTTTTT点同同大大解大同 解大同TTTTTDDDDD数一一大大调大一 调大一（ （（（（量信信提提所提信 所提信空 空空空空。号号高高需高号 需高号时 时时时时以以多多多以 多以发 发发发发EEbb克克径径径克 径克射 射射射射//NN服服衰衰衰服 衰服分 分分分分oo 衰衰落落落衰 落衰的的集 集集集集落落信信信落 信落要要） ）））），，道道道， 道，求求等 等等等等其其下下下其 下其，，多 多多多多作作的的的作 的作在在种 种种种种用用传传传用 传用有有分 分分分分是是输输输是 输是功功集 集集集集在在可可可在 可在控控方 方方方方不不靠靠靠不 靠不条条式 式式式式增增性性性增 性增件件， ，，，，加加。。。加 。加下下使 使使使使发发发 发增增UUUUUEEEEE射射射 射益益的 的的的的机机机 机为为RRRRRAAAAA功 功 功功22KKKKK..EEEEE率率率 率接 接接接接或或或 或收 收收收收信信信 信径 径径径径道道道 道的 的的的的带带带 带数 数数数数宽宽宽 宽目 目目目目的的的 的和 和和和和情情情 情质 质质质质况况况 况量 量量量量下下下 下得 得得得得充充充 充到 到到到到分分分 分提 提提提提利利利 利高 高高高高用用用 用， ，，，，传传传 传从 从从从从输输输 输而 而而而而中中中 中增 增增增增的的的 的加 加加加加多多多 多覆 覆覆覆覆径径径 径盖 盖盖盖盖信信信 信范 范范范范号号号 号围 围围围围能能能 能， ，，，，量量量 量提 提提提提，，， ，高 高高高高以以以 以系 系系系系提提提 提统 统统统统高高高 高容 容容容容系系系 系量 量量量量统统统 统， ，，，，的的的 的减 减减减减接接接 接少 少少少少收收收 收基 基基基基性性性 性站 站站站站能能能 能数 数数数数 交织编码技术 《移动网络规划和优化分析》课程 隐分集 跳频技术 在上行中，通过采用四天线收分集，可以降低对解调所需 Eb/No 的要求，在有功控条件下增益为 2.
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分集接收部分
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
所谓分集接收， 是指接收端按照某种方式使它收到的携 带同一信息的多个信号衰落特性相互独立，并对多个信号进 行特定的处理，以降低合成信号电平起伏，减小各种衰落对 接收信号的影响。从广义信道的角度来看，分集接收可看作 是随参信道中的一个组成部分，通过分集接收使包括分集接 收在内的随参信道衰落特性得到改善。
为了使接收到的多个信号满足相互独立的条件， 接收
d≥3λ 式中，d为接收端各接收天线之间的间距，λ为工作频率 的波长。通常，分集天线数(分集重数)越多，性能改善越好。 但当分集重数多到一定数时，分集重数继续增多，性能改善 量将逐步减小。因此，分集重数在 2~4 重比较合适。
2. 频率分集
频率分集是将待发送的信息分别调制到不同的载波频率 上发送，只要载波频率之间的间隔大到一定程度，则接收端 所接收到信号的衰落是相互独立的。在实际中，当载波频率 间隔大于相关带宽时，则可认为接收到信号的衰落是相互独 立的。因此，载波频率的间隔应满足
N
r(t)a 1 r1(t)a 2r2(t) a N rN (t) a iri(t) i 1
式中，ai为第i个信号的加权系数。
选择不同的加权系数，就可构成不同的合并方式。常用的 三种合并方式是：选择式合并、等增益合并和最大比值合并。 表征合并性能的参数有平均输出信噪比、合并增益等。
1.
选择式合并是所有合并方式中最简单的一种， 其原理 是检测所有接收机输出信号的信噪比，选择其中信噪比最大 的那一路信号作为合并器的输出， 其原理图如图 2所示。
分集接收包含有两重含义：一是分散接收，使接收端能 得到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号；二是集中 处理，即接收端把收到的多个统计独立的衰落信号进行适当 的合并，从而降低衰落的影响，改善系统性能。
为了在接收端得到多个互相独立或基本独立的接收信号， 一般可利用不同路径、不同频率、不同角度、不同极化、不 同时间等接收手段来获取。因此，分集方式也有空间分集、 频率分集、角度分集、极化分集、时间分集等多种方式。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
2. 等增益合并
等增益合并原理如图 3 所示。当加权系数k1=k2=…=kN时， 即为等增益合并。假设每条支路的平均噪声功率是相等的，
合并增益为
rMr[1(N1)4]
GMrrM
1(N1)
4
发送端
… …
可变增益加权k1 可变增益加权k2
可变增益加权kN
相 输出
加 接收端
图 3 等增益合并、 最大比值合并原理
在移动通信中，多普勒频移的扩散区间与移动台的运动 速度及工作频率有关。因此，为了保证重复发送的数字信号 具有独立的衰落特性，重复发送的时间间隔应满足
t 1 1
2fm 2(v/)
式中，fm为衰落频率，v为移动台运动速度，λ为工作波长。 若移动台是静止的，则移动速度v=0，此时要求重复发送的 时间间隔Δt为无穷大。这表明时间分集对于静止状态的移动台 是无效果的。
选择式合并的平均输出信噪比为
N 1
rM r0 k 1 k
合并增益为
GM
rm r0
N1 k1 k
发送端逻
辑
kN
接收端
图 2 选择式合并原理图
式中， r M 为合并器平均输出信噪比，r 0 为支路信号最
大平均信噪比。可见，对选择式分集，每增加一条分集路径， 对合并增益的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。
1. 空间分集
空间分集是接收端在不同的位置上接收同一个信号，只 要各位置间的距离大到一定程度，则所收到信号的衰落是相 互独立的。因此，空间分集的接收机至少需要两副间隔一定 距离的天线，其基本结构如图 1所示。图中，发送端用一副 天线发射，接收端用N副天线接收。
发送端
…
分 集 接 收 输出 接收端
图1 空间分集示意图
分集接收技术
陆地移动信道、短波电离层反射信道等随参信道引起的 多径时散、多径衰落、频率选择性衰落、频率弥散等，会严 重影响接收信号质量，使通信系统性能大大降低。为了提高 随参信道中信号传输质量，必须采用抗衰落的有效措施。常 采用的技术措施有抗衰落性能好的调制解调技术、扩频技术、 功率控制技术、与交织结合的差错控制技术、分集接收技术 等。其中分集接收技术是一种有效的抗衰落技术，已在短波 通信、移动通信系统中得到广泛应用。
1 f Bc=
m
式中，Δf为载波频率间隔，Bc为相关带宽，Δτm为最大多 径时延差。
在移动通信中，当工作频率在900MHz频段，典型的最大
多径时延差为5 μs， 此时有
11
f Bc=m5106200kHZ
3. 时间分集
时间分集是将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，则各次发送信号所出现的衰 落将是相互独立的。时间分集主要用于在衰落信道中传输数 字信号。
以上介绍的是几种显分集方式，在CDMA Rake接收机形式的隐分集方式。另外，在实际应用中还可以将 多种分集结合使用。例如在CDMA移动通信系统中，通常将空 间分集与Rake接收相结合，改善传输条件，提高系统性能。
合并方式
在接收端采用分集方式可以得到N个衰落特性相互独立的 信号， 所谓合并就是根据某种方式把得到的各个独立衰落信号 相加后合并输出，从而获得分集增益。合并可以在中频进行， 也可以在基带进行，通常是采用加权相加方式合并。假设N个 独立衰落信号分别为r1(t), r2(t), …, rN(t)，则合并器输出为
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
所谓分集接收， 是指接收端按照某种方式使它收到的携 带同一信息的多个信号衰落特性相互独立，并对多个信号进 行特定的处理，以降低合成信号电平起伏，减小各种衰落对 接收信号的影响。从广义信道的角度来看，分集接收可看作 是随参信道中的一个组成部分，通过分集接收使包括分集接 收在内的随参信道衰落特性得到改善。
为了使接收到的多个信号满足相互独立的条件， 接收
d≥3λ 式中，d为接收端各接收天线之间的间距，λ为工作频率 的波长。通常，分集天线数(分集重数)越多，性能改善越好。 但当分集重数多到一定数时，分集重数继续增多，性能改善 量将逐步减小。因此，分集重数在 2~4 重比较合适。
2. 频率分集
频率分集是将待发送的信息分别调制到不同的载波频率 上发送，只要载波频率之间的间隔大到一定程度，则接收端 所接收到信号的衰落是相互独立的。在实际中，当载波频率 间隔大于相关带宽时，则可认为接收到信号的衰落是相互独 立的。因此，载波频率的间隔应满足
N
r(t)a 1 r1(t)a 2r2(t) a N rN (t) a iri(t) i 1
式中，ai为第i个信号的加权系数。
选择不同的加权系数，就可构成不同的合并方式。常用的 三种合并方式是：选择式合并、等增益合并和最大比值合并。 表征合并性能的参数有平均输出信噪比、合并增益等。
1.
选择式合并是所有合并方式中最简单的一种， 其原理 是检测所有接收机输出信号的信噪比，选择其中信噪比最大 的那一路信号作为合并器的输出， 其原理图如图 2所示。
分集接收包含有两重含义：一是分散接收，使接收端能 得到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号；二是集中 处理，即接收端把收到的多个统计独立的衰落信号进行适当 的合并，从而降低衰落的影响，改善系统性能。
为了在接收端得到多个互相独立或基本独立的接收信号， 一般可利用不同路径、不同频率、不同角度、不同极化、不 同时间等接收手段来获取。因此，分集方式也有空间分集、 频率分集、角度分集、极化分集、时间分集等多种方式。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
2. 等增益合并
等增益合并原理如图 3 所示。当加权系数k1=k2=…=kN时， 即为等增益合并。假设每条支路的平均噪声功率是相等的，
合并增益为
rMr[1(N1)4]
GMrrM
1(N1)
4
发送端
… …
可变增益加权k1 可变增益加权k2
可变增益加权kN
相 输出
加 接收端
图 3 等增益合并、 最大比值合并原理
在移动通信中，多普勒频移的扩散区间与移动台的运动 速度及工作频率有关。因此，为了保证重复发送的数字信号 具有独立的衰落特性，重复发送的时间间隔应满足
t 1 1
2fm 2(v/)
式中，fm为衰落频率，v为移动台运动速度，λ为工作波长。 若移动台是静止的，则移动速度v=0，此时要求重复发送的 时间间隔Δt为无穷大。这表明时间分集对于静止状态的移动台 是无效果的。
选择式合并的平均输出信噪比为
N 1
rM r0 k 1 k
合并增益为
GM
rm r0
N1 k1 k
发送端逻
辑
kN
接收端
图 2 选择式合并原理图
式中， r M 为合并器平均输出信噪比，r 0 为支路信号最
大平均信噪比。可见，对选择式分集，每增加一条分集路径， 对合并增益的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。
1. 空间分集
空间分集是接收端在不同的位置上接收同一个信号，只 要各位置间的距离大到一定程度，则所收到信号的衰落是相 互独立的。因此，空间分集的接收机至少需要两副间隔一定 距离的天线，其基本结构如图 1所示。图中，发送端用一副 天线发射，接收端用N副天线接收。
发送端
…
分 集 接 收 输出 接收端
图1 空间分集示意图
分集接收技术
陆地移动信道、短波电离层反射信道等随参信道引起的 多径时散、多径衰落、频率选择性衰落、频率弥散等，会严 重影响接收信号质量，使通信系统性能大大降低。为了提高 随参信道中信号传输质量，必须采用抗衰落的有效措施。常 采用的技术措施有抗衰落性能好的调制解调技术、扩频技术、 功率控制技术、与交织结合的差错控制技术、分集接收技术 等。其中分集接收技术是一种有效的抗衰落技术，已在短波 通信、移动通信系统中得到广泛应用。
1 f Bc=
m
式中，Δf为载波频率间隔，Bc为相关带宽，Δτm为最大多 径时延差。
在移动通信中，当工作频率在900MHz频段，典型的最大
多径时延差为5 μs， 此时有
11
f Bc=m5106200kHZ
3. 时间分集
时间分集是将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，则各次发送信号所出现的衰 落将是相互独立的。时间分集主要用于在衰落信道中传输数 字信号。
以上介绍的是几种显分集方式，在CDMA Rake接收机形式的隐分集方式。另外，在实际应用中还可以将 多种分集结合使用。例如在CDMA移动通信系统中，通常将空 间分集与Rake接收相结合，改善传输条件，提高系统性能。
合并方式
在接收端采用分集方式可以得到N个衰落特性相互独立的 信号， 所谓合并就是根据某种方式把得到的各个独立衰落信号 相加后合并输出，从而获得分集增益。合并可以在中频进行， 也可以在基带进行，通常是采用加权相加方式合并。假设N个 独立衰落信号分别为r1(t), r2(t), …, rN(t)，则合并器输出为