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(普通問題)
基站設(shè)備抗多徑衰落的主要手段
提問者:
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問題答案
( 4 )
分集接收,跳頻都是抗
多徑衰落的主要手段...
回答者：
litom2004
回答時(shí)間：2013-09-10 10:40
22
14
分集接收
衰落作為一種乘性干擾，嚴(yán)重影響著通信系統(tǒng)的性能，因此必須采取相應(yīng)的措施加以克服。比較有效的抗衰落措施有：分集接收就是將在接收端分散接收到的幾個(gè)衰落情況不同（相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立）的合成信號(hào)，再以一定的方式將它們合并集中，使總接收信號(hào)的信噪比得到改善，衰落的影響減小。這是一種歷史較久、應(yīng)用較廣的克服衰落影響的有效方法。可用的分集方式有：空間分集、頻率分集，角度分集、極化分集、時(shí)間分集等。[8]信號(hào)設(shè)計(jì)
所謂信號(hào)設(shè)計(jì)就是針對信道的情況，設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)抗衰落能力的信號(hào)，并在發(fā)端收端采用相應(yīng)的調(diào)制和檢測技術(shù)。如采用多進(jìn)制信號(hào) 、時(shí)頻相調(diào)制技術(shù)以及時(shí)頻調(diào)制信號(hào)、偽噪聲編碼（偽隨機(jī)編碼）等擴(kuò)頻通信技術(shù)。[8]自適應(yīng)通信技術(shù)
主要自適應(yīng)均衡技術(shù)，就是根據(jù)信道對信號(hào)的影響，調(diào)整接收機(jī)參數(shù)，以抵消上述影響。例如，在數(shù)字微波通信中等容量的系統(tǒng)中，常 以頻域自適應(yīng)均衡器對信道的頻率特性進(jìn)行補(bǔ)償。在大容量系統(tǒng)中，除采用頻域均衡器外，還采用了對波形進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臅r(shí)域自適應(yīng)均衡器，效果顯著。[8]編輯本段分集方式
基本介紹
多徑對數(shù)字信號(hào)通信的影響可分為包絡(luò)衰落(平坦衰落或非選擇性衰落)、時(shí)延散布(頻率選擇性衰落)和隨機(jī)調(diào)頻或調(diào)相(時(shí)間選擇性衰落)。[9]信號(hào)經(jīng)過移動(dòng)通信信道傳輸所產(chǎn)生的誤碼，可以用增加發(fā)射機(jī)的功率來減��；但即使把功率增到無限大，也只能把差錯(cuò)減小到一定的程度。此時(shí)的比特差錯(cuò)率稱為剩余 比特差錯(cuò)率，或不可檢比特差錯(cuò)率，其大小與移動(dòng)臺(tái)速度有關(guān)。速度越高，剩余比特差錯(cuò)率越大并可能超過實(shí)際要求的比特差錯(cuò)率，因而通常采用分集接收、自適應(yīng) 均衡及糾錯(cuò)碼等技術(shù)來克服。[9]采用分集技術(shù)主要是充分利用傳輸中多徑信號(hào)的能量來改善傳輸中的可靠性。實(shí)際上它是利用信號(hào)的基本參量在空間域、頻率域和時(shí)間域中分散和收集的技術(shù)，因?yàn)?“分”與“集”本身就是一對矛盾。為了在接收端得到幾乎相互獨(dú)立的不同路徑，可以通過空間域、頻率域和時(shí)間域的不同角度、不同的方法和措施來實(shí)現(xiàn)。[9]
空間分集
空間分集主要是利用不同的接收空間(地點(diǎn))所接收到信號(hào)衰落的獨(dú)立性，來實(shí)現(xiàn)抗衰落的功能�？臻g分集的基本構(gòu)成：發(fā)射端一副天線發(fā)送，接收端可用多副(如n副)天線來接收，各接收天線之間的距離為d�？臻g分集示意圖如右圖所示。
空間分集示意圖[10]
若空間分集中n副天線的尺寸、增益都相同，則空間分集除了可獲得抗衰落的分集增益以外，還可獲得每副天線3dB的設(shè)備增益。
帶反饋的空間分集
適用于模擬調(diào)頻方案，它的基地臺(tái)發(fā)射機(jī)有多副天線，但工作時(shí)只使用一副天線。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)低于某一門限時(shí)立即反饋一信號(hào)，要求基地臺(tái)更換天線。反饋信息最早是疊加于基帶信息頻譜之上傳輸?shù)模跀?shù)據(jù)傳輸?shù)姆旨桨钢胁捎靡苿?dòng)臺(tái)向基地臺(tái)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)中每隔Ⅳ比特插入1比特轉(zhuǎn)換信息(1或0)，以此來判斷是否需要更換天線。為了轉(zhuǎn)換時(shí)延，Ⅳ值不能太大，否則會(huì)降低信道利用率。這種方式雖然原理和設(shè)備都簡單，但它的天線轉(zhuǎn)換帶有盲目性，不能保證每次天線轉(zhuǎn)換一定都能改善通信質(zhì)量。另外它只適用一個(gè)基地臺(tái)到一個(gè)移動(dòng)臺(tái)之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信，若對多信道共用天線的基地臺(tái)，這種技術(shù)就難以實(shí)現(xiàn)了。
時(shí)分再傳空間分集
最早用于DPSK通信系統(tǒng)。是在基地臺(tái)用多副天線作為空間接收分集，同時(shí)測量各天線支路信號(hào)相位的延遲，然后反過來以這些相位信息對基地臺(tái)發(fā)向各天線支路的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以保證各天線支路所發(fā)出去的信號(hào)到達(dá)移動(dòng)臺(tái)接收點(diǎn)(單副天線)時(shí)能同相相加。這種方式缺點(diǎn)較多：①通信只能同頻工作；②基地臺(tái)要實(shí)時(shí)測量移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)參數(shù)，必須由移動(dòng)臺(tái)向基地臺(tái)改善基準(zhǔn)載波，這就限定了雙方要采用時(shí)分的方式相互交換信息，額外開銷很大；⑧基地臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)天線高度、發(fā)射功率等都不同，故兩個(gè)方向的傳播條件也不同，會(huì)影響分集效果。[11] 極化分集
極化分集是利用在同一地點(diǎn)兩個(gè)極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號(hào)，即對呈現(xiàn)出不相關(guān)的衰落特性進(jìn)行分集接收。也就是在收端和發(fā)端的雙方天線上安裝水平與垂直極化天線，就可以把得到的兩路衰落特性不相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行極化分集。極化分集的優(yōu)點(diǎn)是天線結(jié)構(gòu)比較緊湊，可以節(jié)省一些空間，但缺點(diǎn)則由于要把發(fā)射功率分配到兩副天線上，困此有3 dB損失。
角分集
由于接收端的環(huán)境是受地形、地貌以及建筑物等的影響，環(huán)境不相同，使得到達(dá)接收端的不同路徑信號(hào)也會(huì)來自不同的方向，所以在接收端可采用方向性天線，分別接收來自不同方向的電波，角分集就可以完成這個(gè)要求，而角分集每個(gè)方向性天線接收到的多徑信號(hào)也是不相關(guān)的。
頻率分集
頻率分集是將需要發(fā)送的信息，先分別調(diào)制在不同載波上再發(fā)送到信道中。只
載波頻率間隔△f[12]
要不同載波之間的頻率間隔足夠大頻率分集技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)�？蓮膱D載波頻率間隔△f中的公式求出載波頻率間隔△f
時(shí)間分集
對于一個(gè)隨機(jī)衰落的信號(hào)來說，當(dāng)采樣時(shí)間間隔足夠大時(shí)，兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的衰落是互不相關(guān)的，因此可以利用這一特性可以來實(shí)現(xiàn)時(shí)間分集技術(shù)。將需要發(fā)送的信號(hào)每隔一定時(shí)間間隔(大于時(shí)間相關(guān)區(qū)域AT)進(jìn)行霞復(fù)發(fā)送，這樣，在接收端就可以得到n條獨(dú)立的分集支路。只要時(shí)間域卜的時(shí)間間隔垃大于時(shí)間相關(guān)區(qū)域△丁，即可實(shí)現(xiàn)時(shí)間分集。即：
△f≥A丁=1/B (3．18)其中8為多普勒頻移的擴(kuò)散區(qū)間，它與移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度成正比。可見，時(shí)間分集對處r靜止?fàn)顟B(tài)的移動(dòng)臺(tái)是不起作用的。
與空間分集相比，時(shí)間分集其優(yōu)點(diǎn)是減少了接收天線數(shù)量，但缺點(diǎn)是要占用更多的時(shí)隙資源而降低了傳輸效率。
隱分集
上面介紹的空間分集、頻率分集和極化分集、角分集等都屬于顯分集，因?yàn)樗鼈兠黠@地采用了多種設(shè)備在不同空問、不同頻率和不同極化方向接收合并而來實(shí)現(xiàn)分集技術(shù)的，故稱顯分集。隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，分集技術(shù)也在不斷發(fā)展，其中一種是利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)將分集作用隱含在被傳輸?shù)男盘?hào)之中，這種方式稱為隱分集。前面曾提到過的信道交織和抗衰落糾錯(cuò)編碼等都屬于隱分集技術(shù)，下面再作些補(bǔ)充介紹，另外多徑分集的RAKE接收技術(shù)也是隱分集。時(shí)頻編碼(時(shí)頻調(diào)制)
這種方式是把頻率域或時(shí)間域，或頻率域，時(shí)間域劃分成一些互不重疊的單元，然后將碼元分散到這些單元中去傳輸，使各碼元在傳輸時(shí)遭受的衰落各不相關(guān)而起到抗多徑衰落的分集效果。
時(shí)頻調(diào)制是在PSK基礎(chǔ)上發(fā)展的，也叫TFSK。若是M元信號(hào)，則叫MTFSK。M=4時(shí)，則為4TFSK，它是在接收端分4個(gè)支路分別對4個(gè)頻率進(jìn)行檢測和采樣，在每個(gè)碼元內(nèi)有4×4=16個(gè)采樣值。把這些采樣值分別延遲到碼元末尾并對齊，根據(jù)預(yù)定的編碼規(guī)則進(jìn)行組合和比較，選出最大的判決輸出。4TFSK具有與四重頻率分集相似的抗衰落性能，而功率不分散，但缺點(diǎn)是高頻帶寬要增大4倍，且設(shè)備也較復(fù)雜。
也有在時(shí)頻編碼基礎(chǔ)上再加上相位調(diào)制，從而把傳輸速率提高一倍(也提高了頻率利用率)，這種方式稱時(shí)頻相編碼(或調(diào)制)。[11]跳頻
跳頻是一種抗干擾措施，在一定條件下也具有抗多徑干擾的能力，若把跳頻與其他抗衰落措施合用，還可獲得抗多徑衰落的能力。
設(shè)跳頻時(shí)隙寬度為碼元寬度丁，跳頻周期為Ⅳr，劇3．43(a)中實(shí)線為信號(hào)跳頻形式，也是接收機(jī)的信號(hào)頻率五序列，虛線為本振頻率．而序列，如比五差個(gè)中頻』，當(dāng)五和丙序
調(diào)頻抗多徑示意圖[11]
列完全同步，則混頻后得到^信號(hào)，當(dāng)疋和而序列失步并大到一個(gè)碼元寬度L見網(wǎng)3．43(b)，則混頻后的信號(hào)將落在中頻以外而收不到。
當(dāng)傳播路徑的一條為直射波，另一條為折射波時(shí)，兩者時(shí)延差為AT。若F≤AT≤(^L1)丁，則由多徑引起的碼問串?dāng)_可以排除；若AT<丁，則兩條路徑到達(dá)接收點(diǎn)的信號(hào)將產(chǎn)生干涉性衰落而沒有碼間串?dāng)_。所以，跳頻抗多徑的條件是△丁≤(^L一1)r，但并沒有解決干涉性衰落。
移動(dòng)通信主要在幾百兆赫頻段，相應(yīng)的傳播多徑時(shí)延通常為微秒級(jí)，跳頻速率一般每秒為幾百跳，即跳頻時(shí)寬度為毫秒級(jí)，故多徑引起的干擾不是豐要矛盾，而主要是抗多徑衰落�，F(xiàn)在在這個(gè)頻段中已有一些通信系統(tǒng)采用跳頻和交織編碼與前向糾錯(cuò)一起使用來抗多徑衰落，它們把碼字按一定規(guī)律擴(kuò)散和交織，并把碼元分散到不同的頻率一時(shí)間單元中去抗衰落，再加上載波頻率是跳變(每秒l25跳)，跳距又較大(300kHz)，能較好地實(shí)現(xiàn)既抗多徑干擾，又抗多徑衰落。
多徑分集
多徑分集主要是采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)來增大系統(tǒng)的帶寬，提高信道傳輸速率，以達(dá)到分離多徑和利用多徑的目的。
利用擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)多徑分集的RAKE接收技術(shù)，采用78．74 b/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，碼元寬度丁為l2．7us，采用127位長的m序列擴(kuò)頻，子碼寬度為l009s，由此系統(tǒng)帶寬增大到l0MHz，當(dāng)最大傳輸時(shí)延為lO us時(shí)，其最大可分辨的多徑個(gè)數(shù)為8/Bo=BT=100(B0為信道的相干帶寬)。RAKE接收技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難，并且不適用于移動(dòng)接收機(jī)，后來有人提出一種簡化的稱為檢波后積分(PDI)接收機(jī)，能把分散到一定范圍的多徑分量收集，從而實(shí)現(xiàn)多徑分集，但其系統(tǒng)性能比RAKE差。
使用多徑分集也是有條件的，首先系統(tǒng)必須是寬帶工作，因它是以寬帶擴(kuò)頻為基礎(chǔ)的，所以帶寬應(yīng)遠(yuǎn)大于相干帶寬；其次擴(kuò)頻前信號(hào)碼元寬度應(yīng)大于或接近于信道傳輸?shù)淖畲髸r(shí)延，否則信號(hào)經(jīng)相關(guān)處理后，其相關(guān)峰會(huì)散布到多個(gè)碼元間隔中，使前后相鄰碼元無法分布；第三是擴(kuò)頻后子碼寬度不能太大，即信道傳輸速率不能太低，否則多徑分量也將無法分離和利用。
RAKE接收技術(shù)在CDMAIS 95系統(tǒng)中已經(jīng)使用，這里不作介紹了。
分集合并技術(shù)
分集接收中，接收端從不同的n個(gè)獨(dú)立信號(hào)支路所獲得的信號(hào)，可以通過不同形式的合并技術(shù)來獲得分集增益。如果從合并所處的位置來看，合并可以在檢測器以前，即在中頻和射頻上進(jìn)行合并，而大部分是在中頻上合并。合并也可以在檢測器以后，即在基帶上進(jìn)行合并。
合并主要可以分為3種，即：最大比值合并、等增益合并和選擇式合并。
最大比值合并是在接收端由n個(gè)分集支路，經(jīng)過相位調(diào)整后，按照適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)，同相相加，再送入檢測器進(jìn)行檢測。這種合并方式是信噪比越人，對合并后的信號(hào)貢獻(xiàn)越大，它的合并增益與分集支路數(shù)量n成正比。
等增益合并是在最大比值合并方式中取某一個(gè)分集支路(如第i個(gè)分集支路)，并取第i個(gè)分集支路的信號(hào)幅度A：=1(i l，2，…，n)。當(dāng)n(分集重?cái)?shù))較大時(shí)，等增益合并與最大比值合并相差不多，約僅差1 dB左右。另外，等增益合并實(shí)現(xiàn)比較容易，設(shè)備也比較簡單。 選擇式合并是有/'/個(gè)接收機(jī)，接收端是i一1，2，mini n的n個(gè)分集支路的接收機(jī)，在i個(gè)接收機(jī)巾利用選擇邏輯來選擇其中具有最大基帶信噪比的某一路基帶作為輸出。但每增加一條分集支路，對選擇式分集輸出信噪比的貢獻(xiàn)僅為總分集支路數(shù)的倒數(shù)倍。
回答者：
xhy1331
回答時(shí)間：2013-09-10 11:49
24
17
分集接收,跳頻技術(shù)都是抵抗多徑衰落的
回答者：
airyaire
回答時(shí)間：2013-09-10 15:34
23
20
樓上給力，學(xué)習(xí)了
回答者：
sd_sang2011
回答時(shí)間：2013-09-10 15:35
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