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。
因而合成波的幅度和相位也将随移动台的运动产生很大的起伏变化。 通常把这种现象称为多径衰落或快衰落。 它属于快速的微观变化。
三、分集接收基本原理
2、微分集
目的：减小快衰落的影响；
种类：空间分集； 频率分集； 时间分集； 极化分集； 角度分集； 场分量分集。
2、微分集
（1）空间分集； 依据快衰落的空间独立性，即在任意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（d大于0.6λ），则两处所收到的衰落 是不相关且相互独立的。
（3）时间分集；
2、微分集
（4）极化分集； 由于两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性，所以发端和接收
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， 但仅仅利用了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。
第四章：抗衰落技术
第一节：分集接收技术 第二节：信道编码技术 第三节：扩频技术
第一节：分集接收
主要内容：
一、抗衰落技术的种类 二、分集接收概念 三、分集接收基本原理 四、隐分集与RAKE接收 五、发射分集
学习本课的目的要求：
一、熟悉分集接收技术目的和分类 二、掌握空间分集、时间分集、频率分集、极化分集 三、RAKE接收的基本原理 四、了解发射分集技术
2、微分集
（3）时间分集； 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。
2、微分集
（3）时间分集；
2、微分集
（3）时间分集；
2、微分集
在极化分集中，射频功率分给两个不同的极化天线，发射功率要损 失3dB。
2、微分集
（4）极化分集；
2、微分集
（4）极化分集； 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。
2、微分集
（4）极化分集；
学习本课的方法:讲、问、议相结合
重点：掌握RAKE接收的基本原理 难点：RAKE接收
一、抗衰落技术的种类
1、衰落的危害：
衰落是影响无线信号通信质量的主要因素。快衰落的深度可达30~40 dB， 利用加大发射功率(1000－10000倍)来克服这种深衰落是不现实的，而且 会造成对其它电台的干扰。
2、衰落的种类：
宏分集是用于合并两个或多个长时限对数正 态信号，这些信号是经独立的衰落路径接收 来不同基站站址的两个或多个不同天线发射 的信号。
3．分集方式
（2）微分集 就是我们通常说的时间、频率、空间、极化、角度等分集，主要用 于对抗快衰落。
“微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信系统 中都经常使用。
2、分集接收的双重含义：
一是发端分散传输， 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。 二是收端集中处理，即接收机把收到的多个相互独立的衰落信号进 行合并（包括选择与组合）以降衰落的影响。
3．分集方式
在移动通信系统中用到两类分集方式： “宏分集”和“微分集”。 （1）宏分集 是指移动台同时与地理上相距较远的两个或两个以上的基站保持联系, 它可以有效地克服慢衰落。 “宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。这是一 种减小慢衰落影响的分集技术，其作法是把多个基站设置在不同的地理 位置上和在不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信（发端分 散传输）。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，这种办法就能保持通信不会中断。
2、微分集
（4）极化分集； 单极化天线多采用垂直线极化 双极化天线多采用±45°双线极化
2、微分集
（5）角度分集； 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。
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。
角度分集在较高频率时容易实现。
2、微分集
（6）场分量分集。 由电磁场理论可知，电磁场的E场和H场载有相同的消息，而反射机理的
来改善接收信号的质量。
（3）什么是分集接收
所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立(携带 同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。
下图，给出了一种利用“选择式”合并法进行分集的示意图。 图中，A与B代表两个同一来源的独立衰落信号。如果在任意时刻，接收 机选用其中幅度大的一个信号，则可得到合成信号C。由于在任一瞬间, 两个非相关的衰落信号同时处于深度衰落的概率是极小的，因此合成信 号C的衰落程度会明显减小。若两个衰落信号同步起伏，那么这种分集方 法就不会有效果。
3、合并
（2）合并的种类：选择式合并 最大比值合并 等增益合并。
3、合并
①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 一支路的信号作为合并器的输出。 在选择式合并器中，加权系数只有一项为1，其余均为0。
图 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。 选择式合并又称开关式相加。这种方式方法简单，实现容易。但多不用 。
（2）隐分集的种类 目前主要的隐分集技术（第四章第三节）交织编码技术、跳频技术、 直接扩频技术等。
2、RAKE接收
RAKE接收机，就是利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准 则合成路信号供解调用的接收机。
一般的分集技术把多径信号作为干扰来理解，而RAKE接收机采取变 害为利的方法，即利用多径现象来增强信号。
2、微分集
（2）频率分集； 在发射端将要发射的信息以不同的载频发射出去；
载频之间的间隔大于相关带宽，接收端就可以得到衰落特性相互独立的 信号，减少信号的衰落，提高通信质量； 一般的窄带通信系统的带宽是不能满足相关带宽的要求的，因而不能使 用频率分集。可以说，频率分集是扩频通信系统所特有的。
2、微分集
慢衰落：由于电波传播路径上遇到建筑物、树林等障碍物阻挡，在阻 挡物的后面，会形成电波的阴影区。阴影区的信号场强较弱，当移动台 穿过阴影区时，就会造成接收信号场强中值的缓慢变化。通常把这种现 象称为阴影效应。
由于气象条件的改变，电波折射系数随时间平缓变化，使同一地点所 接收到的场强中值也随时间缓慢的变化。
二、分集接收概念
1、分集接收基本概念：
（1）分集接收的目的： 由于传播环境的恶劣，微波信号会产生深度衰落和多普勒频移等，使接 收电平下降到热噪声电平附近，相位亦随时间产生随机变化，从而导致 通信质量下降。采用分集接收技术可减轻衰落的影响，提高通信质量和 可通率。
（2）分集接收定义（指导思想）： 把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量
3、合并
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 所示
3、合并
③等增益合并
就是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。 等增益合并方式实现比较简单，其性能接近于最大比值合并。
三种合并方式的比较
2、RAKE接收
不同的。因此可以通过接收Ez、Hx、Hy和三个场分量来获得分集的效果。
场分量分集和空间分集的优点是不像极化分集那样要损失3dB的辐射功 率。