58分集接收技术
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58分集接收技术
分集接收技术；1分集技术的分类；1.1分集接收作用；分集接收技术是一项主要的抗衰落技术，它可以大大提；1.2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；1.3分集技术的分类；分类图如图1所示：；图1分集技术分类；从信号传输的方式来看，分集技术分为显分集和隐分集；其中显分集指利用多副天线接收信号的分集，构成明显；隐分集只需一副天线来接收信号的分
分集接收技术
分集技术的分类
1.1 分集接收作用
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。
1.2 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。
1.3 分集技术的分类
分类图如图1所示：
图1 分集技术分类
从信号传输的方式来看，分集技术分为显分集和隐分集两大类。
其中显分集指利用多副天线接收信号的分集，构成明显的分集信号的传输方式 ；
隐分集只需一副天线来接收信号的分集，分集隐含在传输信号之中，在接收端利用信号处理技术来实现分集接收 。
在显分集技术中又分为宏分集与微分集两种形式。宏分集（也称为“多基站”分集）以减少由于阴影效应而引起的大范围慢衰落为目的，它的作法是把多个基站设置在不同的地理位置和不同方向上，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）
微分集是以抗快衰落为目的，同一天线场地使用两个或多个天线的分集方式。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，因此可采用空间分集、时间分集、频率分集、极化分集、角度分集和多径分集等多种分集技术。
1.4 几种常见的隐分集技术
1．交织编码技术
交织编码技术举例如下：
假设原始为011，共计28位，按4w7矩阵排列，依次按行写入发送矩阵。
如图2（a）所示。
图2 交织原理示意图
假设由于某种干扰出现突发错误，即使7个码元中连续错两个或两个以上时，接收端如果不采用交织编码技术就不能正确恢复，出现码字错误。为了提高纠错能力，在发端改变一下传输顺序，即将图2（a）中的数据用“横写竖读”法写入块交织器，这时交织器的输出就是按图2（b）中的左面第一列1010，然后第二列1101?。这样，当所传输的码序列连续错4
个码元时，对应的每个码字只
错一个，已将连续错码分散开来，通过分组码纠错技术、可以纠正少量的差错，从而纠正了突发性的连续差错。
交织阵列的行、列数越多，抗干扰能力越强。但是，只有在接收端收到最后一个数据，才能进行纠检错处理，从而造成数据传输时延增大。所以在设计交织编码阵列时，应该统筹考虑。上面只是作了原理性说明，但有了这样的概念或基础，就可理解GSM和CDMA等系统中的各种交织编码技术。
2．跳频技术
跳频的实现方式有两种，一是基带跳频，它将话音信号随着时间的变换使用不同频率的发射机发射，基带跳频适合于发射机数量较多的高话务量小区。二是射频跳频，又称合成器跳频，它是话音信号使用固定的发射机，在一定跳频序列的控制下，频率合成器合成不同的频率来进行发射。
RAKE接收机
2.1 RAKE接收机的工作原理
图3 RAKE接收机原理
基本原理如下：
移动台RAKE接收部分主要由相关器1~ 3、搜寻相关器和合并器等组成。伪随机码调制过的信号由发端发射，经多条不同的路径延时和损耗后与噪声一起进入接收机，经过变频、中频放大和A／D变换后，进入RAKE接收部分。该部分的搜寻相关器从到达的各路信号中找出三路最强的信号，并给出这三路信号中伪随机码的参考相位，
使本地码的三个发生器的输出码相位分别与这三路信号中的
伪随机码同步，经过各自解扩，相关解调输出同一信息的数据，经相应的合并后进行译码。
由于每一个相关器都等效一个接收机，三个相关器等效三个接收机，其输出经合并后的信号的信噪比得到了很大的改善（一般平均有3dB的增益）。另外，搜寻相关器总是搜索和估计各路中最强的三个信号供其他三个相关器进行相关解调，从而系统可以处于最佳的接收状态。
分集合并技术
在分集接收中，在接收端从不同的N个独立信号支路所获得的信号，可以通过不同形式的合并技术来获得分集增益。如果从合并所处的位置来看：合并可以在检测器以前，即中频和射频上进行合并，且多半是在中频上合并；也可以在检测器以后，即在基带上进行合并。合并时采用的准则与方式主要可以分为三种：最大比值合并、等增益合并和选择式合并。
假设M个输入信号电压为r1(t)，r2(t)，?，rM(t)，则合并器输出电压r(t)为：
（式1） r(t)?a1r1(t)?a2r2(t)?aMrM(t)??akrk(t)
式中，ak为第k个信号的加权系数。
3.1 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 a i ? i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2）、（式3）所示。
（式3） SNR
可见信噪比越大，最大比合并对合并后的信号贡献越大；另外平均输出信噪比随M（分集支路数目）的增加而增加。 r(t)N
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　编号:___ ___ ___ 研究方向:___ _ 2014 年郑州大学第九届研究生论文 大赛题目:多径衰落信道下分集接收技术性能仿 真 学科门类(文、理、工、医) :工院... 　而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... 　分集技术包括 2 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... 　浅谈分集接收技术与 RAKE 接收机浅谈分集接收技术与 RAKE 接收机 中国泰尔实验室 陈永欣 并分析 摘要 介绍了在移动通信系统中对抗多径衰落的一种重要技术――分集... 　分集技术及应用 1 分集接收的概念 在移动通信系统中, 移动台经常工作在各种复杂的地理环境中, 移动的方向和速度是任 意的,发送的信号经过附近各种物体的反射、... 　1.空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统,本文以空间分集接收为例说 明这种技术。 空间分集接收:在空间不同的垂直高度上设置几副天线,同时接收一个发射... 　通信分集技术_信息与通信_工程科技_专业资料。分集技术定义根据信号论原理, 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... 　…… 接收机 空间复用技术 ( SM) 空间分集技术 (空时编码 / 分集接收) 空时预编码技术 (波束成形) 折 折 复用增益 分集增益/ 编码增益 天线增益/ 干扰抑制... 　楼上的说的 1*4 1*6 的基站确实要把 RX 打开把 2 个或者 3 个 RRU 串起来 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...1121人阅读
& & &在无线通信中，宏分集是指使用多个发送天线或者多个接收天线传送相同信号的情形，这些天线之间的距离比波长大得多。在蜂窝网络或无线局域网中，这些天线可以位于不同的基站或接入点。
& & &宏分集的目的是为了对抗衰落，增加接收信号强度。
以下是宏分集的例子：
CDMA，软切换.
UMTS，更软切换.
OFDM，基于单频网络(SFN)和动态单频网络(DSFN).
802.16e，宏分集切换(MDHO). &
分集接收技术
　　分集接收技术是指接收机能够同时接收到多个输入信号，这些输入信号荷载相同的信息而且遭受的衰落互不相关。接收机分别解调这些信号，并且按照一定的规则进行合并，从而大大减小对信道衰落的影响。
Rake多径分集接收技术？
　　移动通信是在复杂的电波环境下进行的，如何克服电波传播所造成的多径衰落现象是移动通信的另一基本问题，在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，因而在时间上可以分辨出比较细微的多径信号，对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成之后的信号得以增强，从而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负面影响。这种技术称为Rake多径分集接收技术。
　　为实现相干形式的Rake接收，需发送未经调制的导频（Pilot）信号，以使接收端能在确知已发数据的条件下估计出多径信号的相位，并在此基础上实现相干方式的最大信噪比合并。WCDMA系统采用用户专用的导频信号，而CDMA2000下行链路采用公用导频信号，用户专用的导频信号仅作为备选方案用于使用智能天线的系统，上行信道则采用用户专用的导频信道。
　　Rake多径分集技术的另外一种极为重要的体现形式是宏分集及越区软切换技术。当移动台处于越区切换状态时，参与越区切换的基站向该移动台发送相同的信息，移动台把来自不同基站的多径信号进行分集合并，从而改善移动台处于越区切换时的接收信号质量，并保持越区切换时的数据不丢失，这种技术称为宏分集和越区软切换。WCDMA系统和CDMA2000系统均支持宏分集和越区软切换功能。
上行宏分集
& & 在软切换的上行方向，不一定总有软合并增益，按照标准软切换的定义，软切换单指在不同node B之间的切换，而在同一个node B下的不同扇区的切换叫做更软切换，那么发生软切换的上行链路，虽然也是两个或更多基站接收到UE的信号，但是由于解调过程是在物理层进行的（Node B处），所以这里的合并就只能由RNC选择其中一条链路上的帧（选择性合并），这种过程仍属于宏分集，但是却没带来软切换增益。
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IS-95A_CDMA系统基站同步及分集接收技术研究.pdf66页
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石页士学位论文Y03
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间、并行度等,给出了在一定的虚警概率下自适应设置捕获门限的方法。对于跟踪,
给出了跟踪最大检测能量的方法,这种方法适合于数字方式实现,并通过计算机仿真
进行了验证。
通过对 IS-95反向链路接收进行计算机仿真,我们确定了设计中的分集接收方案
及一些关键参数,发现天线分集对接收机的性能有很大的改善,能够提高系统容量。
最后,用可编程逻辑器件FPGA完成了基站接收机PN码的捕获、定时跟踪和天线
分集接收的设计。设计出的接收机在系统中测试性能良好,整个设计结构紧凑、功能
完善、充分利用了硬件资源。
关键词: 码分多址 扩频通信 捕获 跟踪 分集接收
邮电部邮电科学研究院 第 1页
硕 士 学 位 论 文
Inthispaper, the PN code synchronization and antenna diversity receiving techniques of
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Antenna diversity can mpro
正在加载中，请稍后...分集技术及应用1　分集接收的概念　　在移动通信系统中，移动台经常工作在各种复杂的地理环境中，移动的方向和速度是任意的，发送的信号经过附近各种物体的反射、散射等而形成多路径传播，使到达接收机输入端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，从而形成短期衰落（快衰落）。此外，还有长期衰落（慢衰落），它是由于电磁场受到地形或高大建筑物的阻挡或者气象条件的变化而形成的，慢衰落的信号电平起伏相对较缓。分集接收就是为了克服各种衰落，提高系统性能而发展起来的移动通信中的一项重要技术，其基本思路是：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。　2　分集技术的分类　　根据分集的目的可分为：　　（1） 宏观分集　　它以抗慢衰落为目的。由于地面等高线的多样性，局部地区有多种多样的变化。如果仅仅使用一个天线场地，由于地形是变化的，如丘陵或山坡，移动台接收不到中心位置地面信号，因此，必须采用两个独立天线场地来发射或接收两个或多个不同信号，并组合这些信号，以降低慢衰落。选择性组合技术是宏观分集方案中最受欢迎的技术之一，它意味着总是选择两个衰落信号中最强的一个。　　（2） 微观分集　　它是以抗快衰落为目的采用同一天线场地方式的分集技术。根据获得独立路径信号的方法又可分为：空间分集、时间分集、频率分集、极化分集、角度分集和多径分集等。　　根据信号传输的方式可分为：　　（1） 显分集　　构成明显的分集信号的传输方式，指利用多副天线接收信号的分集。　　（2） 隐分集　　分集作用隐含在传输信号之中的方式，在接收端利用信号处理技术实现分集。隐分集是只需一副天线来接收信号的分集，因此，在数字移动通信中得到了广泛的应用。目前，主要的隐分集技术有交织编码技术、跳频技术、直接扩频技术等。　3　几种常用的显分集技术　　（1）空间分集　　空间分集是利用多副接收天线来实现的。在发端采用一副天线发射，而在接收端采用多副天线接收。接收端天线之间的距离d&&/2（&为工作波长），以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，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。该技术在频分（FDMA）移动通信系统、时分系统（TDMA）及码分系统（CDMA）中都有应用。　　（2）时间分集　　时间分集就是将要传输的信息分别在不同的时隙发射出去，要求重发信号的时隙间隔要大于信道相干时间，以保证重发信号在时域上的独立性，在接收端就可以得到衰落特性不相干的信号。若将信号以大于相干时间的时间间隔重复传输M次，就可以得到M条独立的分集支路。　　（3）极化分集　　在移动信道中，两个在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出互不相关的衰落特性。利用这一特点，在发端同一地点装上垂直极化和水平极化两副发射天线，在收端同一地点装上垂直极化和水平极化两副接收天线，就可以得到两路衰落特性互不相关的极化分量。极化分集实际上是空间分集的特殊情况。这种方法的优点是结构紧凑，节省空间，缺点是由于发射功率要分配到两副天线上，将有3 dB的信号功率损失。　　（4）频率分集　　频率分集就是将信息分别在不同的载频上发射出去，要求载频间的频率间隔要大于信道相关带宽，以保证各频率分集信号在频域上的独立性，在接收端就可以得到衰落特性不相干的信号。在移动通信系统中，可采用信号载波频率跳变扩展频谱技术来达到频率分集的目的。和空间分集相比，频率分集的优点是减少了天线数目，缺点是要占用更多的频谱资源，在发端需要多部发射机。　　（5） 角度分集　　由于地形地貌及建筑物等通信环境的不同，到达接收端的信号来自不同的方向。在接收端利用方向性天线，分别指向不同的方向，则每个方向性天线收到的信号是互不相关的。采用这种方案，移动台比基地台的电路更有效。　　（6） 多径分集　　由于地面上建筑物等的影响，以及移动台本身移动速度和方向的任意性，使得移动台接收到的信号是经过多路反射、散射的传播路径后信号的叠加。由于这些信号经过的路径不同，到达接收端的时延和幅度各不相同，使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。因此，多径分集也称码分集，它要求直扩系统的时间（T）与带宽（W）的积远大于1，即TW&&1，对于带宽为W的系统，所能分离的最小路径时延差为1/W，对于直扩序列的码片宽度为Tc的系统，所能分离的最小路径时延差为Tc，并且要求直扩序列信号的自相关性和互相关性要好。使用RAKE接收技术，利用伪随机码的相关性，对各路信号分别进行相关接收，提出不同时延的相关峰，然后进行适当的合并，再进行信息解调。从而既克服了多径效应问题，又等效增加了接收功率（或发射功率）。　4　交织编码技术　　交织编码的目的是把一个较长的突发差错离散成随机差错，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。但交织深度越大，交织编码处理时间越长，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。在实际移动通信环境下的衰落，将造成数字信号传输的突发性差错。利用交织编码技术可离散并纠正这种突发性差错，改善移动通信的传输特性。　5　跳频技术　　由于移动通信电波传播多径效应引起的瑞利衰落与传输的发射频率有关，不同频率的信号遭受的衰落不同，而且随着频率差别增大时，衰落更加独立，当两个频率相距足够远时（如1 MHz），可认为它们是完全独立的（不相关的）。通过跳频，包含字码一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏，从而提高系统的抗干扰能力。可见，跳频相当于频率分集。　　跳频有慢跳频（SFH）和快跳频（FFH）两种。慢跳频的跳频速率低于信息比特率，即连续几个信息比特跳频一次。GSM系统中，传输频率在一个完整的突发脉冲传输期间保持不变，属于慢跳频。快跳频的跳频速率高于或等于信息比特率，即每个信息比特跳频一次以上。跳频的实现方式有两种，一是基带跳频，其原理是将话音信号随着时间的变换使用不同频率的发射机发射，基带跳频适合于发射机数量较多的高话务量小区。二是射频跳频，又称合成器跳频，它是话音信号使用固定的发射机，在一定跳频序列的控制下，频率合成器合成不同的频率来进行发射。射频跳频比基带跳频有更高的性能改善和抗同频干扰能力，但它只有当每个小区有4个以上频率时效果才比较明显，且需使用HIBRID合成器，会引入一定的衰耗，减小覆盖范围。　　GSM系统的跳频是在时&频域内的时隙和频隙上进行的，换句话说，是在一定的时间间隔不断地在不同的频隙上跳变。为了保证在小区内的跳频信道之间不发生干扰，采用正交跳频组网方式，即小区内的跳频图案是相互正交的，从而不会使频率不同用户的通信在同一个时&频隙内发生碰撞。由于使用了跳频技术，不同的频率组中可以包含相同的频率，而能保证平均C/I值达到系统要求，从而提高了系统频谱利用率。从跳频组网而言，相邻小区为非正交跳频网。因此，相邻小区用户通信期间必然会发生时&频隙的重叠（碰撞）而形成干扰，一个好的跳频网的设计可使这种干扰降至最小。　6　应用实例　　中国联通东营分公司使用的是北方电讯的GSM设备，基站有S8000型等。它采用了极化分集、空间分集、交织编码、跳频等多种显分集和隐分集技术。经实际应用与测试证明，在基站间距较小、高楼林立的市区，若安装环境较差，可采用体积较小的极化分集天线，它可以获得与空间分集同样甚至更好的效果；而在开阔的郊区及农村，则应采用增益较高的空间分集天线。　　主集天线，同时作为TX1和TX2两个载频的发射天线，天线2为分集天线，同时作为TX3和TX4两个载频的发射天线。射频模块包括三部分：一是双工器，为接收频带和发射频带分别提供通道，从而使同一根天线既可接收信号又可发射信号，互不干扰；二是低噪声放大器（LNA），其主要作用是把天线接收下来的信号进行放大；三是合路器，它是把两个或更多个TX信号合到一起用一根天线发射出去。分离器的作用是把同一根天线接收到的不同频率的信号进行分离。这样，主集、分集两根天线分别接收的四个频率的信号，经过主集、分集两个分离器分别分离，然后分别送到各个收信机（RX1、RX2、RX3、RX4），每个收信机比较来自主集天线和分集天线的两路信号，选择较好的一路送回基站控制器（BSC），直至交换机。分集接收就是采用两种或两种以上的不同的方法接收同一信号，以减少衰减带来的影响，是一种有效的抗衰落的措施。其基本思想是将接收到的信号分成多路的独立不相关信号，然后将这些不同能量的信号按不同的规则合并起来。分集依目的分可以为宏观分集（macroscopic ）和微观（microscopic ）分集。宏观分集是以克服长期衰落为目的的。按信号的传输方式可以分为显分集和隐分集两种。显分集指的是构成明显分集信号的传输方式，多指利用多副天线接收信号的分集。隐分集：分集作用含在传输信号中的方式，在接受端利用信号处理技术实现分集，它包括交织编码技术，跳频技术等。隐分集一般用在数字移动通信中。显分集包括以下几种：&&& 利用地形无源反射器抵抗衰落。在微波路由设计中，我们可以利用地形地物来阻挡反射波，使反射波不能直接到达接收机，从而达到减少衰落的目的。同时，也可以用无源反射器来改变微波的射线方向，绕开障碍物，达到克服绕射衰落。&&& 极化分集。通过发射端的天线发射两个极化垂直的信号，接收端分集接收，这样可以在一定程度上减少多径的影响。不过，极化会产生3db 的衰减。因为发射端必须将能量分到两个不同的极化天线。&&& 角度分集。当工作频率高于10GHz 时，从发射机到接收机的散射信号产生从不同方向来的互不相关的信号。这样在同一位置有指向不同方向的两个或更多的有向天线能向合成器提供信号，达到克服衰落的目的。&&& 时间分集。即在不同的时间内发相同的信号，接收信号是互不相关的。&&& 此外还有：&&& （1 ）空间分集空间分集。在接收端架几副高度不同的天线，利用电磁波到达各接收天线的不同行程来减少衰减。这种方法通常应用在大通路的微波干线上。实践表明，分集接收对相位干扰型衰落是非常有效的，但对绕射衰落，雨雾吸收衰落的抵抗作用不明显，这时只有依靠适当改变天线增大发信功率来实现。&&& （2 ）频率分集频率分集。用两个以上的频率同时传送一个信号，在接收端对不同频率的信号进行合成，利用电磁波在不同频率下的不同行程来减少或消除影响。这种方法效率较好，且只需一副天线，但在频率十分紧张的无线频段，频率的使用效率就显得不太高了。&&& （3 ）自适应均衡技术另外还有一种就是信道均衡技术。所谓均衡就是接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性，用来抵消信道的时变多径传播特性引起的干扰。即通过均衡器消除时间和信道的选择性。它用于解决符号间干扰的问题，适用于信号不可分离多径的条件下，且时延扩展远大于符号的宽度。可分为时域均衡和频域均衡两种。&&& 频域均衡指的是总的传输函数满足无失真传输的条件，即校正幅度特性和群时延特性。时域均衡是使总冲击响应满足无码间干扰的条件，数字通信多采用时域均衡，而模拟通信则多采用频域均衡
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