浅谈无线通信网络中的分集技术
空时分集技术在无线通信中的优化
空时分集技术在无线通信中的优化随着无线通信技术的发展，对无线信号的传输质量和可靠性要求也越来越高。
而空时分集技术（Space-Time Diversity）作为一种有效的信号处理技术，可以显著提升无线通信系统的性能。
本文将从理论、应用和未来发展的角度，探讨空时分集技术在无线通信中的优化。
一、空时分集技术的原理与基本概念空时分集技术是利用信号在时空域中传播的差异，通过接收端多天线之间的信号处理和合并，来提升系统性能的一种技术。
它可以克服无线通信中的多径衰落和干扰等问题，从而提高信号的抗干扰能力和传输可靠性。
空时分集技术的基本原理可以简单地解释为：通过在发射端采用空时编码技术和接收端采用空时解码技术，将原始信号分为多个子信号，并在接收端进行复杂的信号处理和合并，从而提高系统的性能。
二、空时分集技术的应用空时分集技术在各种无线通信系统中都有广泛的应用。
以下是几个重要的应用领域：1. 多天线系统空时分集技术在多天线系统中起到了至关重要的作用。
通过在发射端和接收端增加多个天线，并配合空时编码和解码技术，可以提高信号的传输速率和传输质量。
多天线系统不仅可以显著减少信号传输中的误码率，还可以提高信号的容量和系统的覆盖范围。
2. MIMO系统多输入多输出（MIMO）系统是一种利用多个发射天线和多个接收天线进行信号传输的技术。
空时分集技术作为MIMO系统的关键技术之一，可以利用天线之间的空间分集和时间分集，来增强信号的鲁棒性和抗干扰能力。
MIMO系统在高速移动通信和宽带无线通信等领域具有广泛应用。
3. 信道估计与均衡空时分集技术在信道估计和均衡中也起到了重要作用。
通过采用空时编码和解码技术，可以准确估计信道的时延和频率特性，从而对信号进行均衡和补偿。
这样可以有效地消除信道衰落和干扰，提高信号的传输质量。
三、空时分集技术的优化方法为了进一步提高空时分集技术在无线通信系统中的性能，研究者们进行了大量的优化研究。
以下是几个常见的优化方法：1. 基于最大比合并的空时分集最大比合并（Maximum Ratio Combining，MRC）是一种常用的空时分集接收方法。
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。
浅析无线通信中的分集接收技术
●Ｉ
浅 析 无 线 通 信 中 的分 集 接 收 技术
陈军 要］ 无 线通 信技 术 的飞速 发展 可 以说 是一 场新 的革 命 。 通 信技 术与 计算 机结 合 ， 已成为 集无 线 、 有 线传 输 、 数字 程控 交换 和各 类新 型 终端为 一体 的高 效 能综合 通信 手段 。 移 动通信 使人 们能更 加 自由地通 信 ， 最 终实现全 球个 人通信 的理 想 。 但是 无线通 信 的可靠性 ～直 是通信 系统 设计 中的重要 指标 ， 本 文分析 了分集 接收 的原 理 ， 归 纳 了六 种 分集 方式 ， 并详细 介 绍 了分 集 合并 的方 法 。 ［ 关键 词］ 无线 通信 ； 有 线 传输 ； 分集方式； 分集 合并 中图分 类 号 ： Ｔ Ｄ９ ５ ６ ． ２ 文 献标 识码 ： Ａ 文 毒编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） １ ０ －０ ０ ２ ５ — ０ １
多径分集 的依据 是来 自两个不 同路径 的信 号时延 大于某—值 时 ， 这 两个衰
落信号可看作互不相关。 一般通信系统 中的多径信号很难分离， 但在扩频通信
系统 中， 存在 多径 信号 的 内在 可分 离特 性 ， 既具 有抗 多径干扰 的 能力 。 当然 ， 在 扩 频通 信系统 中若 不采 用路径 分集 时 ， 则 多径干扰 被 当作噪 声处理 ； 若 采用 路 径分 集 时 ， 则将 多径 干扰 变 害为利 。 ３空间 分集 合并 技 术 分集接 收时 ， 从接 收端 得到 的ｎ 个不 同的独立 信号 ， 可以通过 不同形 式的合 并 技术来获 得合 并增益 。 从接 收链路看 ， 可以在 中频和射 频上进行 ， 也 可以在 基 带进 行 。 ３ １信 号合 并准 则 最大信 噪 比准则 ： 该准 则最早 用于模 拟信号 的合并 应注意 的是 ， 在 频率选 择 性衰 落信 道 中 ， 对 数字 信号 合 并时 ， 最 大信 噪 比准则 不是 最佳 的 。 眼图最 大张开准 则 ： 该 准则 适用于数 字信号 的合并 。 眼 图张开 最大 ， 表征 码 间干扰 最小 ， 因此在频 率选 择性 衰落信 道 中 ， 眼图最 大张开 准则 是一种 信号 合 并 的最 佳准 则 。 误码率 最小 准则 ： 数字信号 合并 的最 终结果 是希望误 码率达 到最小 。 因此 ， 误 码率 最小 准则 就是 数字 信号 的最 佳合 并准 则 。 ３ ． ２本 文 介绍 的空 间分 集接 收机 原理 框 图如 图 １ 所示 。 它 具有 下述 特点 ： 采用 垂直 空间分 集天线 ， 可使 两分集 支路信 号的相 关系数小 于０ ． ６ ， 而两 支路接 收 信号 电平相 差小 于 ｉ ｄ Ｂ。 采用鉴 频后 等增益 合 并技术 ， 便 于实 现 ， 且 可改善 信噪 ｌ ￣ ３ ｄ Ｂ， 具有抗 多径 衰 落 的效果 。 采 用鉴 频器 检测 多 电平判 决方法 解调 Ｇ ＭＳ Ｋ 数 字信号 ， 对载频 漂 移 和随 机调 频噪 声不敏 感 ， 有利 于 降低误 比特 率 。 ４分集 接收 技术 的 应用 分集接 收技术早 已在模 拟无线 通信系统 中得到成 功应用 ， 近年 来在 数字 无 线 通信 领域 得 到了 更加 广泛 的应 用 。 目前 ， 在Ｇ Ｓ Ｍ系统 中 ， 基站 广泛 采用 二重 空间分集接收， 提高系统性能 ； 在Ｃ Ｄ ＭＡ 系统中， 手机和基站都采用Ｒ Ａ ＫＥ （ 多 径） 接 收机 进行 分集 接收 ， 来减 小衰 落的 影响 ， 在短 波通 信 中， 采 用具有 带 内频 率分集和编码分集的多径并传方法来降低系统的误码率 ， 在对流层散射通信 中， 采 用 四重频 率分 集 的时 频调 制来 提高 系统 性能 。 最后 ， 应 当指 出 ： 分 集 接收技术 仅仅 是采 用信号 处理 技术抗 衰落 的一种 方 法， 通 常与 其他 抗衰 落的信 号处 理技 术联合 应用 ， 从 而达 到提高 系统 的性 能的 目的 。 ５结 论 本文采 用的空 间分集 接收技术 能有效地 改善数字 无线通 信中 的多径衰落 。 参 考 文 献 ［ １ １ ］ 傅海洋． 分集 接 收在Ｔ ＤＳ Ｃ Ｄ ＭＡ 智 能 天线 中 的应用 ［ Ｊ ］ ． 重 庆 邮 电大 学 学 报（ 自然 科学版 ） ， ２ ０ ０ ８ （ ２ ） ： ２ ７ －２ ８ ． ［ ２ ］樊昌信 ， 等． 通信原理 ． 北京： 国防工业出版社， １ ９ ９ ５ ， １ ０ ． 作 者 简 介 陈 雪燕 ： 石 家庄 桥 西 区宫 家庄 新 世 纪小 区Ｂ区２ 号楼 ２ 单 元７ ０ ４ 室陈 雪燕
无线通信中的分集接收技术研究
０ 引 言
区 的 相关 带 宽 为 ２０ Ｈｚ来 获 得 频 率分 集 效 果 。 ５ｋ ）
２３ 时 间分 集 ． 在 无 线通 信 中 ， 射 信 号 可 能经 过 直 射 、 射 、 射 等 多 条 路 径 到 发 反 散 实践 证 明 ， 衰 落 除 了 具 有 空 间 和 频 率 的独 立 性 ， 具 有 时 间 的 快 还 达 接 收 端 ， 些 多 径 信 号 相 互 叠 加 会 形 成 衰 落 ， 中快 衰 落 的衰 落深 这 其 独 立 性 ． 同 一 信 号 在 不 同 的 时 间 区间 多 次 重 发 ， 要 两 次 重 发 间 隔 即 只 度 可达 ４ ｄ 偶 尔 可达 ８ ｄ ０ Ｂ， ０ Ｂ。衰 落 会 严 重 影 响通 信 质 量 （ 会 导 致数 如 足 够 大 ， 么各 次发 送 的信 号 通 过 信 道 后 ， 那 出现 的衰 落将 是 彼此 独 立 字 信 号 的 高误 码 率 等 ） 。 的。 为 了减 小 衰 落对 通 信 质 量 的影 响 ，可采 用 加大 发 射 功 率 的方 法 ， 时 间 分 集 主要 用 于 在 衰 落 信 道 中传 输 数 字 信 号 。 短 波 和 移 动 通 如 但这 种 方 法 的代 价太 大 。 会 造 成 对 其 他 电 台 的 于 扰 ， 此 加 大 发 射 且 因 信 系 统 中 ， 交 织 来 改 变 原 来 的码 元 顺 序 供 发 端 发 射 ， 用 以达 到时 间 分 功率 的方 法 实 际 上是 不 可 行 的 。 集 的 目的 。 目前 使 用 的典 型 抗 衰落 方 法 有 信 道 编 码 、 衡 、 频 和 分 集 。其 均 扩 ２ ． 极 化 分集 ４ 中 ， 道 编 码 通 过 增 加 信 息 的冗 余 度 来 纠 正 衰 落 引起 的误 码 ； 衡 主 信 均 由于两 个 不 同极 化 的 电 磁波 具 有 独 立 的 衰 落 特性 ， 以 发端 和 收 所 要 通 过 不 长 信道 衰落 引 起 的 畸 变 来减 小 衰 落 的影 响 ： 频 是 通 过 特 殊 扩 端 可 以用 两个 位 置 很 近 、 单极 化 方 向 不 同 的 天 线 发送 和 接 收信 号 ， 以 的信 号设 计所 具 有 的 多 径 信 号 能 力 ， 消 除 引 起 衰 落 的 多 径 信 号干 涉 来 获 得 分集 效 果 。 效 应 ； 分 集 则 是 有 意 识 地 分 离 多 径 信 号 并 恰 当 合 并 ， 提 高 接 收 信 而 以 极 化 分 集 可 以 看 作空 间分 集 的 一 种特 殊 情 况 ， 优 点 是 设 备 的 结 其 号 的 信 噪 比来 抗 衰 落 。 构 紧凑 ， 省 空 间 ： 点是 由 于发 射 功 率要 分配 到 两副 天 线 上 ， 节 缺 因此 有
分集技术在MIMO系统中的性能分析
分集技术在MIMO系统中的性能分析随着通信技术的不断发展，无线通信系统中的多天线技术逐渐成为一种重要的解决方案。
多输入多输出（MIMO）系统作为一种能够显著提高信号传输效果的技术，得到了广泛的应用。
分集技术作为MIMO 系统中的一种关键技术，能够进一步提高系统的性能。
本文将就分集技术在MIMO系统中的性能进行详细分析。
一、MIMO系统简介MIMO系统是一种通过在发送和接收端分别使用多个天线来增加无线通信信道容量的技术。
通常情况下，MIMO系统中发送和接收端的天线数目不相同，被称为单输入多输出（SIMO）或多输入单输出（MISO）系统。
MIMO系统通过多条独立子信道同时传输数据，并利用空间分集和信号处理技术来增加系统的吞吐量和数据传输速率。
二、分集技术概述分集技术是一种通过在接收端使用多个天线来减小信号传输过程中的多径衰落和干扰的技术。
在MIMO系统中，通过接收多个相互独立且空间上相关性较小的信号，可以减小信号质量损失和信息传输过程中的信号干扰。
分集技术能够使系统在相同的信噪比条件下，获得更好的性能表现。
三、分集技术对MIMO系统性能的影响1. 多路径效应减小：在无线信道传输中，由于多径效应的存在，信号会经历多个不同路径的传播，导致信号质量损失。
分集技术通过接收多个信号，能够减小多径效应对信号的影响，进而提高信号传输质量。
2. 抗干扰能力提高：在无线通信系统中，干扰是一种常见的问题。
分集技术通过接收多个独立的信号，在接收端对这些信号进行处理和合并，能够减小干扰的影响，提高系统的抗干扰性能。
3. 提高系统容量和覆盖范围：MIMO系统中使用分集技术，可以使系统的容量和覆盖范围得到显著提高。
通过接收多个相互独立的信号，能够增加系统的有效传输速率，提高信号覆盖范围，从而满足更多用户的通信需求。
四、分集技术的实现方式在MIMO系统中，分集技术可以通过多种方式来实现，具体的实现方式取决于系统的需求和实际应用场景。
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。
分集技术的介绍与分析
摘要在有关无线通信系统的研究领域内普遍公认：无线通信的质量好坏会受到多种因素的共同作用，其中就包括信号的衰落效应。
因此在具体的无线电通信的过程中必须利用多种技术手段来降低这种效应给通信质量所造成的损失，本文所涉及的分集技术就是其中的一种。
在本论文内，有关分集技术的相关探讨背景，分集技术的具体类别以及未来的可能技术演进走向都会得到充分的探讨和剖析，其中包括相关技术在3G通信网络，多天线分集和3GPP.LTE等多种领域中的实践运用情况。
可以说因为分集技术的存在，无线通信系统运行中的多项瓶颈被突破，相关通信技术的更新过程也因此实现了飞跃。
所谓的MIMO技术，英文全称为“Multiple-Input Multiple-Output”，一般指的是通过分别安装在信号发出端和接收端的多更天线来实现基于发送接收两端的多天线信号并行传输，以提升通信活动水准的相关技术。
这一技术通过多根安装在信号收发两端的多根天线，在频谱资源和天线功率不变的状态下，可以基于对整个信号站空间的充分利用来实现通信信道容量的几何级数增长。
因此由于其巨大的优越性而被公认为未来一代移动通信技术的绝对核心。
如果按照技术继承的相关概念来说的话，我们已经在4G的环境下对MIMO技术进行了足够透彻的理论探索和实际应用，而且已经取得了足够成熟的技术积累和多方向的全面突破。
但是在实践过程中真正将4G环境和MIMO相关技术加以结合应用进行信号传输的天线数量不会超过八个的规模，因此也不会有太多的4G通信容量会以MIMO技术为运行基础。
后来在针对从4G网络上发展而来的5G网络的相关探索过程中，行业界将大规模MIMO技术（Massive MIMO）首次摆上了台面，如果按照大规模MIMO技术的标准，应用于5G环境的同技术天线将会达到百根乃至千根的规模，自然的也会产生理论上的无穷大的通信容量。
关键词:分集技术无线通信多天线技术AbstractIn the wireless communication system, the fading effect is one of the main factors affecting the quality of wireless communications; the diversity is an important means of the anti-fading technology in modern mobile communication technology. In this paper Diversity technology, the research background and the classification are introduced. The paper analyzes evolution and trends of the diversity, such as the application in 3G, multiple antenna diversity technique and its application in the 3GPP LTE. To wireless communication system，diversity technology not only solved the problem and promoted the rapid development .MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)Technology refers to the use of multiple transmitting antennas and receiving antennas at the transmitter and receiver, so that the signal can be transmitted and received by multiple antennas at the transmitter and receiver, thus improving the communication quality. It can make full use of space resources, through multiple antennas to achieve multiple charge, without any increase in spectrum and antenna transmission power, can exponentially increase the channel capacity, shows obvious advantages, is regarded as the core of the next generation of mobile communication technology.From the perspective of technical inheritance, MIMO technology has sufficient study in 4 g communication and implementation, the technology is mature, but in 4g communications, MIMO antenna number is less, more for four or eight, antenna fewer limits the 4g network communication capacity. On the basis of 4G research, 5G has proposed the concept of massive MIMO (massive MIMO). The number of MIMO antennas can be hundreds of thousands, while the theoretical communication capacity is infinite.Key Words:diversity technique Wireless communication Multi-antenna technology目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)1 分集技术 (2)1.1 分集原理 (2)1.1.1 分集方式 (2)1.1.2 分集接收技术 (3)1.2 RAKE接收机 (5)1.2.1 RAKE接收机的原理 (5)1.2.2 RAKE接收机在DS-CDMA中的性能 (6)2 发射分集技术在3G中的应用 (8)2.1 研究背景及意义 (8)2.2 发射分集技术分类 (8)2.3 3G中的开环发射分集 (8)3 MIMO技术 (14)3.1 MIMO技术的发展现状 (14)3.2 MIMO技术原理 (14)3.3 MIMO技术的优势 (15)3.4 MIMO信道模型及信道容量分析 (16)3.4.1 MIMO系统模型 (16)3.4.2 MIMO信道模型 (17)3.4.3 MIMO信道容量分析 (18)4 无线通信中的协同技术 (19)4.1 协同分集技术 (19)4.2 协同多点传输/接收技术 (19)4.2.1 协同与中继的区别 (20)4.2.2 协同分集中的信号处理方式 (20)5 3GPPLTE标准MIMO技术 (24)5.1 引言 (24)5.2 LTE MIMO分集与空间复用 (26)5.2.1 LTE MIMO分集 (26)5.2.2 空间复用 (28)5.3 SU-MIMO与MU-MIMO (28)5.3.1 下行SU（单用户）- MIMO (28)5.3.2 下行MU（多用户）-MIMO (29)5.3.3上行MU（多用户）- MIMO (29)总结 (31)致谢 (20)参考文献 (21)引言在无线通信信号的传输过程中，具体的信号可以以反射，散射或者直传等多种路径实现从发射端到接收端的并行传输，但是因为叠加作用，这些并行传输的信号会因为相互之间的干扰而产生衰落现象，如果衰落现象较为严重，也就是快衰落的情况下，信号可以产生深达40dB甚至80dB的衰落。
无线通信系统中的分集技术简介
无线通信系统中的分集技术简介分集技术是一种用于提高无线通信系统性能的重要方法，它通过同时接收和处理来自多个天线的信号，以降低信道衰落对无线通信质量的影响。
本文将对无线通信系统中的分集技术进行简要介绍。
一、分集技术概述分集技术是通过增加接收端的接收天线数目，以减少信号衰落对通信质量的影响。
常见的分集技术包括空间分集、时间分集和频率分集。
1. 空间分集空间分集是利用多个接收天线来接收同一信号，然后通过信号处理算法将不同天线接收到的信号进行合并。
这样能够减少信号的衰落效应，提高无线通信系统的信噪比和容量。
2. 时间分集时间分集是通过将接收到的信号在时间上分解成多个间隔，然后重新组合成一个更好的信号。
时间分集可以通过收集经过不同的多径传播路径的信号，利用时延差异来提高信道的多样性。
3. 频率分集频率分集是基于在不同的频段或者子载波上接收信号并进行处理，以降低信道中频率选择性衰落的影响。
频率分集可以通过利用多径传播路径带来的频域选择性来提升系统容量和可靠性。
二、分集技术的优势与应用分集技术在无线通信系统中具有重要的优势和应用价值。
1. 提高系统容量和覆盖范围分集技术可以有效降低信道衰落对信号传输的影响，从而提高系统的容量和增加通信的覆盖范围。
通过利用不同的接收路径和接收天线，分集技术能够最大限度地提高系统的性能。
2. 改进通信质量和可靠性由于分集技术能够降低信道衰落的影响，使得通信质量得到改善，从而提高系统的可靠性。
在信道质量较差或者存在干扰的环境下，分集技术能够提供更好的通信效果。
3. 抗干扰和抑制噪声分集技术可以利用多个接收路径和接收天线来减小信号的干扰和抑制噪声，从而提升系统的抗干扰能力。
特别是在高速移动或者多用户的场景下，分集技术对于减少干扰和提高系统性能至关重要。
三、分集技术的发展趋势随着无线通信技术的迅猛发展，分集技术也在不断演进和改进。
1. 多天线技术的普及目前，多天线技术已经得到了广泛应用，如2x2 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）和4x4 MIMO等。
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浅谈无线通信网络中的分集技术
分集技术作为无线和移动通信中对抗衰落的一种有效手段,可有效提升数据传输速率,这越来越多地引起人们的关注,已经成为新一代无线传输系统的关键技术之一。
因此,如何更好地将分集的强大优势和具体实现结合起来,以提高通信的效率与效果具有十分重要的现实意义。
标签：通信网络分集技术基本原理作用及增益
衰落效应是影响无线通信质量的主要因素之一。
其中的快衰落深度可达30～40dB,此时,利用加大发射功率、增加天线尺寸和高度等方法来克服这种深衰落是不现实的。
采用分集方法即在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号,然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出,那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。
目前,这种技术已广泛应用于包括移动通信,短波通信等随参信道中。
1分集技术的基本原理
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三倍波长的基本条件。
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。
在移动无线环境中,由于手持终端的电池容量非常有限,所以反向链路中所能获得的功率也非常有限,而采用分集方法可以降低发射功率,这在移动通信中非常重要。
分集技术包括两个方面:一是分散传输,使接收机能够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,即把接收机收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。
因此,要获得分集效果最重要的条件是各个信号之间应该是“不相关”的。
2 协作分集技术对通信起到的作用和增益
2.1 提高信息传输速率研究证明,当两个用户到基站的信道统计特性相似,即有相同的均值,并且两用户间的信道质量较好时,协作方案提高信息传输速率的幅度就越大,系统性能的提升就越显著。
当两个用户到基站信道统计特性不同时,
协作依然能提高信息传输速率,且本身通信质量较差的用户受益较大,而相对通信质量较好的用户并没有受到不良的影响,可达速率区域仍然是有所增加的。
2.2 减少系统中断概率实际系统中,时延要求常使我们不能够有一定长度的码序列,由此传信率就成为随衰落程度变化而变化的随机变量。
有些无线系统对信息传输速率有最低要求,如果低于这个值即认为系统不可靠,无法继续运行。
这时,如果得到的随机变化的传信率低于一定的水平,即业务可靠速率,则发生“中断”。
因而,中断概率也成为系统性能的一个评判标准。
研究表明,如果两用户传信率相等时,对所有业务的可靠速率,协作系统的中断概率都要小于非协作系统的中断概率。
即便是传信率的提高并不多,但系统的健壮性却能提高很多。
2.3 扩大覆盖范围协作通信属于中继通信的一种,它也具有提高覆盖范围的特点。
对于处于小区边缘外侧的用户,通过采用小区内的中继(移动或固定)使用协作通信方式提高上下行速度,从而达到小区的接入要求。
从这个意义上说,在引入了协作通信之后,小区的覆盖范围可以较原有的通信蜂窝网络有所提高。
同时,对于处于阴影效应下等通信盲区的用户,利用中继带来的分集效果,同样可以提高上下行速度。
因而,协作通信还可以提高小区内的用户覆盖率。
2.4 减少传输的误码率由于中继重传了源节点发送的信号,在接收端获得了空间分集增益,信道质量得到提升,接受信噪比上升,传输的可靠性可以得到明显提升。
因而,在协作通信下,系统的误码率可以得到提升阎。
2.5 减少功率消耗对于一些功率受限的很明显的网络,例如传感器网络,在满足传输需求的前提下降低节点的功率消耗,延长系统的生存时间非常重要。
第2点中提到由于中继重传了源节点发送的信号,在接收端获得了空间分集增益,信道质量得到提升,接收信噪比上升,误码率下降。
因此,当网络中存在最高信噪比要求时,功率的消耗可以通过协作通信得到降低,获得能量效应。
另一方面,传统的直传通信,功率的消耗集中在源节点;而在协作通信中,功率消耗重新分配到了源节点和中继节点两个节点上。
这使单个节点的传输压力减小,能量消耗分散,使传感器网络的生命时间得到延长。
事实上,一个实际中的网络中,通常并不是所有节点都总是处在繁忙状态,总是存在空闲节点。
因而,协作通信合理利用了这些空余节点,使网络性能得到更充分的发挥。
3 协作分集的基本模式
根据中继节点所进行的不同处理方式,协作分集可以分为以下几种模式:放大中继,检测中继和编码协作。
3.1 放大中继模式放大中继是最简单的协作方式,每个移动终端接收其伙伴传来的被噪声污染了的信号,并且直接将该信号进行放大后发送出去,基站接收来自发送端和中继节点的信号并对其进行合并。
虽然放大信号将噪声一起放大,但
是由于基站接收到了两路经历独立衰落的信号,所以可以更好的对信号进行判决。
在中继节点,根据自动增益控制对接收到的信号进行功率调整,调整系数为:
其中,Ar,s为源端与中继端之间的衰落系数,Ps为信号功率,N0为两用户之间信道的噪声功率。
Laneman证明了这一方法在两个用户的情况下,可以获得2阶的分集增益。
放大中继方法假定基站可以获得用户间信道信息从而可以对接收信号做出最佳判决。
另一个值得关注的问题是信号的采样,放大以及模拟信号的再发送。
然而放大中继方法实现简单且易于分析,对于我们深入理解协作分集也有很大的帮助。
3.2 检测中继模式检测中继是最接近传统中继方法的,其设计初衷是在中继处消除噪声干扰,避免放大中继模式中对噪声的放大。
在这种模式下,移动终端总是试图对接收到的其合作伙伴的信号先进行解码,然后再进行编码转发给基站,这样就去除了中继端产生的噪声影响。
这种中继模式的优点是比较简单,且对各种信道都有较好的适应性。
但问题是当用户间的信道条件比较差时,作为中继的移动终端有可能无法正确解码,从而危害到基站的最终解码。
为了避免上述错误传播,Laneman等人提出了一种选择检测中继模式,当移动终端间的瞬时信噪比比较高时,中继节点检测并转发其合作伙伴的信息,反之,不进行协作。
可以证明,在信噪比较高时,两个移动终端的系统采用检测中继模式不仅可和放大中继一样获得二阶的分集增益,而且可获得更低的误码率。
另一种对检测中继的改进方法是有校验的检测中继(DF with CRC)。
在这种方式下,中继节点接收到源节点信号并进行解码后,先对其进行CRC校验,如果正确则重新发送,否则就抛弃该帧。
这样就避免了错误信息的重传。
3.3 编码协作这是将协作技术和信道编码技术结合起来的一种技术。
它通过两条不同的衰落路径发送每个用户码字的不同部分。
首先对接收到的协作伙伴的信息进行正确解码,再按照原编码方式进行编码并发送冗余信息。
这时系统性能的改善是通过在不同空间发送冗余获得的。
各移动终端通过重新编码发送了不同的冗余信息,把分集和编码结合起来,从而达到提升系统性能的目的。
4 结语
协作分集技术可以对抗无线通信环境下的多径衰落,是改善移动终端上行信道性能的有效方法,在各种无线网络中有着广阔的应用前景,值得我们进行深入的研究与探讨。
参考文献:
[1]薛世华《空时协同分集通信及其最新进展》[J].电讯技术.2004(6);
[2]陈俊晟,王建新.《一种基于增量中继与机会中继的协同通信方案》[J].移动通信.2009(18).。