分集接收原理全解共45页
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。
分集接收的原理
分集接收的原理The principle of frequency division multiplexing for signal transmission is to divide the available bandwidth of a communication medium into multiple frequency bands, with each band carrying a separate signal. 分集接收的原理是将通信媒介的可用带宽分成多个频段，每个频段携带着独立的信号。
This enables multiple signals to be transmitted simultaneously over the same medium without interfering with each other. 这使得多个信号可以同时通过同一媒介传输，而不会相互干扰。
One of the main advantages of using frequency division multiplexing is its ability to increase the efficiency of a communication system by allowing multiple signals to be transmitted and received over the same channel. 使用频分复用的主要优势之一是它能够通过允许多个信号在同一信道上传输和接收来提高通信系统的效率。
Another advantage of frequency division multiplexing is its ability to provide improved resistance to noise and interference, as the signalsare separated into different frequency bands. 频分复用的另一个优势是它能够提供更好的抗噪声和干扰能力，因为信号被分隔到不同的频段。
4-1分集接收
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。
分集接收技术介绍
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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。
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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
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。
05第五讲：分集接收和香农公式
二、随机噪声的分类
1 单频噪声： 单频噪声： 单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号）， ），可 单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号），可 视为一个已调正弦波，但其幅度、 视为一个已调正弦波，但其幅度、频率或相位是事 先不能预知的。 先不能预知的。 主要特点是占有极窄的频带， 主要特点是占有极窄的频带，但在频率轴上的位置 可以实测。 可以实测。 单频噪声并不是在所有通信系统中都存在。 单频噪声并不是在所有通信系统中都存在。
[例3.9-1] 设某接收天线的等效电阻为 例 设某接收天线的等效电阻为400 ，接收机的 通频带为4kHz，环境温度为 通频带为 ， ，试求该天线产生的 热噪声电压的有效值。 热噪声电压的有效值。 解：因为 等效噪声带宽 ，绝对温度为 为4kHz，则: ， ，
3.9.2散弹噪声 散弹噪声
一、产生原因：真空电子管和半导体器件中电子发射 产生原因： 的不均匀性 二、散弹噪声的特点：服从高斯分布 散弹噪声的特点：
三、电阻中热噪声的两种表示方法： 电阻中热噪声的两种表示方法： (一)、无噪声电导 一、 和功率谱密度为 电源 并联 (二)、无噪声电阻和噪声电压源 二、
的噪声 的串联。 的串联。
四、电阻中热噪声的数字特征 的功率谱密度 1. 关系是： 关系是： 和 的功率谱密度 的
2.噪声电流源及电压源的均方根值 : 噪声电流源及电压源的均方根值 若电路的频率范围B为赫，则噪声电流源实际提供的 若电路的频率范围 为赫， 为赫 噪声功率为 ，而噪声电压源实际提供的噪声功 率为 噪声电流源 噪声电压源 的均方根值: 的均方根值 的均方根值: 的均方根值
• 最大比值合并的性能最好，选择式合并的性能最差。 最大比值合并的性能最好，选择式合并的性能最差。 • 当N较大时， 等增益合并的合并增益接近于最大比值 较大时， 较大时 合并的合并增益
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