分集接收rr
分集接收技术
分集接收技术分集接收技术是一种用于无线通信的技术，它可以将信号分成不同的子信道进行传输，从而提高信号的传输效率和可靠性。
本文将从分集接收技术的原理、分类和应用三个方面进行介绍。
一、分集接收技术的原理分集接收技术利用接收端多个天线接收到的信号之间的空间相关性来提高信号的传输性能。
具体来说，分集接收技术包括空分集接收和时分集接收两种方式。
空分集接收利用多个天线接收到的信号之间的空间相关性来提高信号的可靠性。
通过在接收端使用多个天线，可以接收到多个独立的信号，然后将这些信号进行合并，从而减小信号受到的干扰和衰落，提高信号的质量和可靠性。
时分集接收则是利用信号在不同时间上的冗余来提高信号的可靠性。
通过在接收端将接收到的信号进行存储，并在一段时间后进行合并，可以减小信号受到的多径干扰和衰落，提高信号的质量和可靠性。
根据信道状态信息的获取方式，分集接收技术可分为盲分集接收和非盲分集接收两种方式。
盲分集接收是指在接收端无需知道信道状态信息的情况下进行分集接收。
常用的盲分集接收技术有选择性分集接收和最大比合并接收。
选择性分集接收通过选择信号质量较好的天线接收信号，从而提高信号的质量和可靠性。
最大比合并接收则通过比较不同天线接收到的信号强度，选择信号强度最大的天线接收信号，从而提高信号的质量和可靠性。
非盲分集接收是指在接收端需要知道信道状态信息的情况下进行分集接收。
常用的非盲分集接收技术有选择性最大比合并接收和最大比合并接收。
选择性最大比合并接收是在选择性分集接收的基础上，结合信道状态信息对接收到的信号进行加权合并，从而进一步提高信号的质量和可靠性。
最大比合并接收则是在最大比合并接收的基础上，结合信道状态信息对接收到的信号进行加权合并，从而进一步提高信号的质量和可靠性。
三、分集接收技术的应用分集接收技术在无线通信系统中有着广泛的应用。
其中，最常见的应用就是在无线通信系统中的基站和终端设备中使用分集接收技术来提高信号的传输效率和可靠性。
分集接收技术
分集接收技术分集接收技术是一种用于无线通信系统中的接收技术，它能够有效地提高信号的接收质量和系统的容量。
本文将从分集接收技术的原理、分类和应用等方面进行探讨。
一、分集接收技术的原理分集接收技术是利用接收端的多个天线对信号进行并行接收，并通过合理的信号处理算法将多个接收到的信号进行合并，从而提高信号的接收效果。
其基本原理是通过接收端的多个天线接收到多个相互独立的信号，然后将这些信号进行合并处理，减小信号的误差和干扰，提高信号的质量。
根据接收端的天线数目和工作方式的不同，分集接收技术可以分为空分集接收和时分集接收两种。
1. 空分集接收空分集接收是指在接收端使用多个天线，通过对接收到的信号进行合理的加权、合并和处理，从而减小信号的误差和干扰。
常见的空分集接收技术包括最大比合并、选择合并和均衡处理等。
最大比合并是一种常用的空分集接收技术，它通过对接收到的信号进行加权和合并，选择信号质量最好的天线进行数据解调。
这种技术可以有效地提高信号的接收质量和系统的容量。
选择合并是一种简化的空分集接收技术，它只选择其中信号质量最好的一个天线进行数据解调。
虽然选择合并相对于最大比合并来说，减少了计算复杂度和硬件成本，但是其分集效果也相对较差。
均衡处理是一种用于多天线接收中的信号处理技术，它通过对接收到的信号进行均衡处理，消除信号之间的干扰和失真，从而提高信号的质量和系统的容量。
2. 时分集接收时分集接收是指在接收端通过采用不同的接收时刻对信号进行接收，并通过合理的信号处理算法将不同时刻接收到的信号进行合并，从而提高信号的接收效果。
常见的时分集接收技术包括选择性重复编码和间隔分集等。
选择性重复编码是一种常用的时分集接收技术，它通过对接收到的信号进行选择性的重复编码，从而提高信号的可靠性和系统的容量。
这种技术可以有效地提高信号的接收质量和系统的容量。
间隔分集是一种用于时分集接收中的信号处理技术，它通过在接收时刻上引入一定的间隔，使得信号之间的干扰和失真减小，从而提高信号的质量和系统的容量。
分集接收的基本原理
分集接收的基本原理嘿，你知道啥是分集接收不？这分集接收啊，那可老厉害了。
就好比在一场激烈的寻宝游戏中，你不能只盯着一个地方找宝贝吧？得四面八方都瞅瞅，这样找到宝贝的机会才更大嘛。
分集接收也是这个理儿。
它的原理呢，其实并不复杂。
咱平时接收信号，就像在茫茫大海里捞针。
信号可能会受到各种干扰，一会儿强一会儿弱。
但有了分集接收，那就不一样啦。
它就像是有好多双眼睛在同时观察，从不同的角度去捕捉那个信号。
比如说，空间分集，就像是在不同的地方都安排了一个小侦探，这些小侦探同时工作，哪个地方的信号好，就用哪个地方传来的信号。
这样一来，即使某个地方的信号被干扰了，还有其他地方的信号可以用呢。
频率分集呢，也很有门道。
你可以把它想象成不同颜色的气球。
每个颜色的气球代表一个不同的频率。
如果一个颜色的气球被风吹跑了，还有其他颜色的气球在呢。
信号也是这样，通过在不同的频率上传输，就算某个频率的信号不好了，还有其他频率的信号可以保证接收的质量。
时间分集呢，就像是拍照片。
你不能只拍一张照片吧，得多拍几张。
万一哪张照片拍糊了，还有其他照片可以用。
信号也是这样，在不同的时间点发送相同的信息，这样即使某个时间点的信号不好，还有其他时间点的信号可以保证接收的效果。
分集接收的好处可多啦。
它可以大大提高信号的可靠性，让你的通信更加顺畅。
比如说，你在打电话的时候，不会突然断线；你在看视频的时候，不会卡顿。
这多爽啊！而且，它还可以提高信号的质量，让你的声音更清晰，图像更清晰。
这就像是给你的耳朵和眼睛做了一次按摩，让你享受更好的视听体验。
总之，分集接收是一种非常厉害的技术。
它就像一个超级英雄，时刻保护着我们的通信。
有了它，我们的生活变得更加便捷，更加美好。
所以啊，我们应该好好了解它，利用它，让它为我们的生活带来更多的惊喜。
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.手机分集接收技术
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。
• 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
（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。
• 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
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。
分集接收技术
分集接收技术多路径传播的信号到达接收机的输入端时，形成幅度衰落、时延扩展及多普勒频谱扩展，从而导致数字信号的高误码率，严重影响通信质量。
为了提高系统抗多径效应的性能，可以采用的一个有效方法是对多路径传播的信号进行分集接收。
分集接收是指接收端先将接收到的多径信号分离成互不相关的（独立的）多路信号，再将这些多路分离信号按一定的规则合并起来，使接收到的有用信号的能量最大化，从而提高接收端的信噪功率比（对数字信号而言，使误码率最小）。
合并技术主要分为3种：最大比值合并、等增益合并和选择式合并。
1. 空间分集在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。
当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且两者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，由这一设想引出了利用两副接收天线独立地接收同一信号，再合并输出的方案，如此，衰落的程度将会大大减小，这就是空间分集。
空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统。
其中，空间分集接收就是在空间不同的垂直高度上设置几副天线，使其同时接收一个发射天线的微波信号，然后合成或选择其中一个强信号。
接收端天线之间的距离d应大于波长的1/2，以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的。
从相应的合并电路中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路信号作为输出信号，可以降低信道衰落的影响，提高传输的可靠性。
空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需另外设置单独的接收天线。
2. 频率分集频率分集是采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率同时发送和接收同一信息，然后进行合成或选择，利用位于不同频段的信号经衰落信道后在统计上的不相关特性，即不同频段衰落统计特性上的差异，来实现抗频率选择性衰落的功能。
实现时可以将待发送的信息分别调制在频率不相关的载波上进行发射。
频率不相关的载波是指不同的载波之间的间隔应大于频率相干区间，即载波频率的间隔应满足要求。
频率分集与空间分集相比较，其优点是在接收端可以减少接收天线及相应设备的数量，缺点是要占用更多的频带资源，因此，一般又称它为带内（频带内）分集，并且在发送端可能需要采用多个发射机。
分集接收技术
选择式合并、最大比合并、等增益合并
13
谢谢！
一、分集接收的原理 二、分集接收的分集技术 三、分集接收的合并方式
8
4.2 分集接收技术
三、分集接收的合并方式
1.选择式合并
选择信噪比最高的那一个支路 信号作为合并器的输出。
相对电平/dB 10
信号A 信号B
信号C
0 -10 信号
1
2
M
t
-20
相对电平= 10log10 P测 P参
测试点相输对出于M参个考接收点信所号具中有质的量最增好益的。一个
三种合并方式的比较41分集接收技术三分集接收的合并方式13分集技术时间分集频率分集空间分集极化分集角度分集场分量分集合并方式选择式合并最大比合并等增益合并分集接收41分集接收技术
分集接收技术
地面物体与大气 的反射、折射
多径衰落
幅度急 剧变化
码间串扰 克服？
2
第四章 抗衰落技术
4.1 分集接收技术 4.2 均衡技术 4.3 信道编码
6
4.1 分集接收技术
二、分集接收的分集技术
•时间分集 •频率分集 •空间分集 •极化分集 •角度分集 •场分量分集
相隔一定的时隙进行多次重发 （时隙：大于相干时间）
通过不同频率的载波进行传输 （载频间隔：大于相干带宽）
在接收端采用多副天线接收 （天线距离：大于10倍波长）
怎么合并呢？
7
4.1 分集接收技术
3
4.1 分集接收技术
一、分集接收的原理 二、分集接收的分集技术 三、分集接收的合并方式
4
4.1 分集接收技术
一、分集接收的原理
？ ① 分散传输：使接收端获得统计独立、
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。
分集接收基本原理和故障处理
分集接收的基本原理及故障排除在移动通信的无线环境中，信号衰落将会产生严重问题，分集接收技术通过在若干支路上接收相关性很小的载有同一消息的信号，从而可在接收端大大降低信号衰弱的影响。
频率分集是一种典型的分集技术，当一个基站的某个扇区使用2个或2个以上的频率工作时，就能得到较好的分集效果，但这时分发现有三阶交调干扰问题，这需要在网络规划中仔细地分配频率资源。
另一种是使用(无源)接收分集技术，因为是无源的，所以不会产生任何干扰，同时设备也较为简单，所以被广泛地应用。
最常用的分集接收技术有空间分集和极化分集两种。
当然在使用分集接收时，还必须考虑如何合成分集接收到的两个信号，合适的合成技术会产生较好的结果。
1 空间分集接收技术采用空间分集接收的基站，在每一个扇需放置二面单极化(垂直极化)天线。
如果一个基站是分成三个扇区，则一个基站需6面天线。
需要据天线的架设高度来确定两面天线的最佳水平间距，以使两天线接收到的信号相关性最小。
2 极化分集接收技术（常用）如果用两个极化方向相互垂直的天线来实现分集接收，就称为极化分集技术。
通常是将这两付天线制作在一起，从外表上看像一面天线，故称为双极化天线。
最常用的双极化天线有垂直／水平双极化或±45°双极化两种。
极化分集的原理是：由于手机至基站传播路径上，受阻于建筑物、高山等，因而会出现复杂的多路径，而不同的路径来的信号有着不同的极化方向，显然极化相互垂直的信号相关性是最小的，从而分集增益最大。
与空间分集不一样，在基站的一个扇区，极化分集技术只需一面双极化天线，一个基站仅需三面双极化天线，这样就较大地节省了设备成本和安装费用；另一方面极化分集对天线的安装也没有任何特殊要求，不像空间分集那样，要求每个扇区的两面天线在水平方向有一个最佳距离，这将极大地方便安装和节省附属设备的费用。
3 信号合成方式采用分集技术，必须考虑如何合成分集接收的两个信号。
合适的合成技术会产生较好的性能。
分集接收基本原理课件
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
现代通信理论第九讲分集接收
地理位置上(如蜂窝小区的对角上)和在不同方向上，同时和小区内 的一个移动台进行通信(可以选用其中信号最好的一个基站进行通 信)。
显然，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(基站天线的架设可以防止这 种情况发生)，这种办法就能保持通信不会中断。
“微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术， 在各种无
3. 等增益合并：无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加
等增益合并器输出的信号包络为：
接收机1
rE rk
k 1
M
r
k 1
M
k
接收机2 图 等增益合并方式
结论： 采用分集接收技术可以提高传输的可靠性，特别是改善 了衰落特性，使信道的衰落平滑： 例如二重分集在不增加发射机功率的前提下，可使接收信号的电 平增加一倍；无分集时如误码率为10 -2 ，则在四重分集时误码率 可降到10-7 。
(4) 角度分集。角度分集的作法是使电波通过几个不同路径，并 以不同角度到达接收端，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来的信号分量；由于这些分量具有互相独立
的衰落特性，因而可以实现角度分集并获得抗衰落的效果。显然， 角度分集在较高频率时容易实现。
(5) 场分量分集。由电磁场理论可知，电磁波的E场和H场载
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
rb ak Nk
a1
r rR ak rk k 1 k 1 N k
M
M
2 k
接收机1
a2
接收机2ຫໍສະໝຸດ k 1Mrk2 Nk
图
最大比值合并方式
理论推导表明：最大比值合并输出信号的功率等于各信道信 号功率之和，而噪声却相当于一个信道的噪声功率。
《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
16
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
3
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
22
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
无线通信分集接收实验Matlab
一、实验目的通过仿真，进一步理解分集接收原理，重点掌握不同合并方式的实现方法及性能改善。
二、实验环境Win10 Matlab2015b三、实验内容1.仿真实现瑞利衰落信道中二重空间分集时选择式合并、等增益合并、最大比值合并2.分别仿真上述三种合并方式的BER性能3.比较他们的BRE性能四、实验原理分集接受技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量，以改善传输可靠性的技术，多径信号是相同的信息沿不同的路径到达接收点的，其中每条路径的信号都包含有可以利用的信息，所谓分集接收技术，就是在若干路径支路上独立的（相干性很小）载有同一信息的信号，由于独立路径在同一时刻经历深度衰落的概率很小，因此通过适当的合并技术将各个支路的信号合并输出，就可以在接收端大大降低信号的衰落程度，以获得分集增益，提高接受灵敏度。
使用线性合并技术，即把收到的M个独立信号线性加权相加后输出。
假设M个接受信号为r1(t)，r2(t)，⋯，r M(t)，则合并后输出的信号可以表示为Mr(t)=α1r1(t)+α2r2(t)+ ⋯+αM r M(t)=∑αk r k(t)k=1其中αk为第k个信号的加权系数，选用不同的加权系数就能得到不同的合并方式，常用的合并方式主要有以下三种：选择式合并，最大比值合并，等增益合并。
（1）选择式合并：采用选择式合并方式时，M个接收机的输出信号线送入选择逻辑，选择逻辑再从M个接收信号中选择信噪比最高的一条支路信号作为合并器的输出信号。
由上式可知，选择式合并器的加权系数只有一项为1，其余均为0。
选择式合并方式简单，易于实现。
如果在高频上进行合并，必须保证各支路信号同相，这将导致电路的复杂度增加。
（2）最大比值合并：采用最大比值方式合并时，接收端的M个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，再送入检测器进行合并。
M个支路的可变增益加权系数αk为该分集支路的信号包络r k与噪声功率N k之比，即αk=r k N k则最大比值合并器输出的信号包络为r R=∑αk r kMk=1=∑r k2N kMk=1上式中，下标R表示最大比值合并方式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
西安邮电大学
通信与信息工程学院
实验报告
（2017/2018学年第1学期）
实验课程名称：基于Matlab分集接受性能仿真
学生姓名：刘蕊
专业：通信工程
学号：07152043
指导教师：石明卫
2017年12月11日
西安邮电大学通院《无线通信原理与实验实验课》过程考核表
实验报告内容： 一、
实验目的
通过仿真，进一步理解分集接受原理，重点掌握不同合并方式的实现方法及性能改善。
二、 实验环境
Windows 下Matlab2016b 。
三、
实验内容
♦ 仿真实现瑞利衰落信道中二重空间分集时选择式合并、最大比值合并、等增益合并。
♦ 分别仿真上述三种合并方式的BER 性能。
♦
比较它们的BER 性能。
四、 实验原理
分集接受技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量，以改善传输可靠性的技术，多径信号是相同的信息沿不同的路径到达接收点的，其中每条路径的信号都包含有可以利用的信息，所谓分集接收技术，就是在若干路径支路上独立的（相干性很小）载有同一信息的信号，由于独立路径在同一时刻经历深度衰落的概率很小，因此通过适当的合并技术将各个支路的信号合并输出，就可以在接收端大大降低信号的衰落程度，以获得分集增益，提高接受灵敏度。
使用线性合并技术，即把收到的M 个独立信号线性加权相加后输出。
假设M 个接受信号为r 1 t ，r 2 t ，⋯，r M (t )，则合并后输出的信号可以表示为
r t =α1r 1 t +α2r 2 t +⋯+αM r M t = αk r k (t )M
k =1
其中αk 为第k 个信号的加权系数，选用不同的加权系数就能得到不同的合并方式，常用的合并方式主要有以下三种：选择式合并，最大比值合并，等增益合并。
（1）选择式合并：采用选择式合并方式时，M 个接收机的输出信号线送入选择逻辑，选择逻辑再从M 个接收信号中选择信噪比最高的一条支路信号作为合并器的输出信号。
由上式可知，选择式合并器的加权系数只有一项为1，其余均为0。
选择式合并方式简单，易于实现。
如果在高频上进行合并，必须保证各支路信号同相，这将导致电路的复杂度增 加。
（2）最大比值合并：采用最大比值方式合并时，接收端的M 个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，再送入检测器进行合并。
M 个支路的可变增益加权系数αk 为该分集支路的信号包络r k 与噪声功率N k 之比，即
αk =r k
N k
则最大比值合并器输出的信号包络为
r R=αk r k
M
k=1=
r k2
N k
M
k=1
上式中，下标R表示最大比值合并方式。
由此可以看出，采用最大比值合并方式时，信号强度的支路多做贡献，信号弱的支路少做贡献，没有信号的噪声支路就抑制掉。
这是比较理想的合并方式，但接受电路设计复杂、设备昂贵。
（3）等增益合并：在最大比值合并中，适时改变加权系数αk是比较困难的，通常希望αk为常量，即各支路信号的加权系数取相同值αk=1，便成了等增益合并输出的结果是各路信号幅值的叠加。
等增益合并器输出的信号包络为
r E=r k
M
k=1
上式中，下标E代表等增益合并方式。
等增益合并并不是任何意义上的最佳合并方式，只有假设每一路信号的信噪比相同的情况下，在信噪比最大话的意义上，它才是最佳的。
等增益合并的性能仅此于最大比值合并，当M（分集重数）较大时，等增益合并与最大比值合并的性能差不多，仅差1dB左右，但等增益合并比较简答，设备也简单。
五、实验设计与代码
接收信号的生成：可利用Matlab中的函数rayleighchan来仿真生成瑞丽信道，信号通过仿真的瑞利信道后，再添加高斯白噪声，即可生成接收信号。
分集接收的实现：在接受端，可分别完成选择式合并、最大比值合并、等增益合并，并计算出不同噪声功率下的误码率，进而比较三种方式下的BRE性能。
六、实验记录
实验结果记录入下：
图1实验结果记录(a)
图2实验结果记录（b）
七、实验分析
通过对实验结果可以发现，最大比值增益BRE性能最好，等增益合并次之，选择式合并较前两者较低。
从定性角度，最大比值合并趋近于理想状态，支路信号的信噪比越大，对最终输出结果就越高，充分利用了支路信号的有用信息，抑制了噪声；选择式合并只利用其中一路比较好的信号；而等增益合并没有充分利用有用信息的同时抑制噪声。
根据数学推导，对于基本原理中叙述的信号选择式合并的平均信噪比的改善因子为
D S M=γS
=
1
M
k=1
最大比值合并的平均信噪比改善因子为
D R M=γR
γ0
=M
等增益合并的平均信噪比改善因子为
D E M=γE
=1+
M−1π
而平均信噪比改善因子越大，BRE性能就越好，通过比较可以发现，三种合并方式的平均信噪比改善因子随分集重数M的变化而变化，而当M=2时，满足D R>D E>D S，与实验结果相符。
八、实验小结
通过此次实验，动手编写分集接收的代码，充分理解了分集接接收信号的三种常用方式：选择式合并，最大比值合并，等增益合并，比较了三种方式的抗噪声性能，对书上的结论进行了验证。
另外，通过此次实验，又对Matlab的rayleighchan函数深入学习，例如实例化后的瑞利信道对象的PathGains成员属性的应用。
西安邮电大学《无线通信原理与实验实验课》成绩鉴定表
指导教师评语：
实验成绩:
指导(辅导)教师 :。