分集接收
无线信道是随机时变信道,其中的衰落特性会降低通信系统的性能。为了对 抗衰落,可以采用多种措施,比如信道编解码技术,抗衰落接收技术或者扩频技术。分集接收技术被认为是明显有效而且经济的抗衰落技术。
我们知道,无线信道中接收的信号是到达接收机的多径分量的合成。如果在接收端同时获得几个不同路径的信号,将这些信号适当合并成总的接收信号,就能够大大减少衰落的影响,这就是分集的基本思路。分集的字面含义就是分散得到几个合成信号并集中合并这些信号。只要几个信号之间是统计的,那么经适当合并后就能是系统性能大为改善。
互相或者基本的一些接收信号,一般可以利用不同路径或者不同频 率、不同角度、不同极化等接收手段来获取。
1) 空间分集 在接收或者发射端架设几副天线,各天线的位置间要求有足
够的间距(一般在10个信号波长以上,以保证各天线上发射或者获得的信号基本相互。如图1所示,就是一个双天线发射分集的提高接收信号质量的例子。通过双天线发射分集,增加了接收机获得的接收路径,取得了合并增益。
2) 频率分集 用多个不同的载频传送同样的信息,如果各载频的频差间隔
比较远,其频差超过信道相关带宽,则各载频传输的信号也相互不相关。 3) 角度分集 利用天线波束指向不同使信号不相关的原理构成的一种分
集方法。例如,在微波面天线上设置若干个照射器,产生相关性很小的几个波束。
4) 极化分集 分别接收水平极化和垂直极化波形成的分集方法。
图1 正交发射分集原理
如图1所示为正交发射分集的原理,图中两个天线的发射数据是不同的,天线1发射的偶数位置上的数据,天线2发射的是奇数位置上的数据,利用两个天线上发射数据的不相关性,通过不同天线路径到达接收机天线的数据具备了相应的分集作用,降低了数据传输的功率。同时由于发射天线上单天线发射数据的比特率降低,使得数据传输的可靠性增加。因此发射天线分集可以提高系统的数据传输速率。
其他的分集方法还有时间分集,是利用不同时间上传播的信号的不相关性进 行合并。分集方法相互是不排斥的,实际使用中可以组合。
图2 不同合并方式的增益比较
分集信号的合并可以采用不同的方法:
1) 最佳选取 从几个分散信号中选取信噪比最好的一个作为接收信号。 2) 等增益相加 将几个分散信号以相同的支路增益进行直接相加,相加后
的信号作为接收信号。
3) 最大比值相加 控制各合并支路增益,使它们分别与本支路的信噪比成
正比,然后再相加获得接收信号。
上面方法的对合并后的信噪比的改善(分集增益)各不相同,但总的说来,分集接收方法对无线信道接收效果的改善非常明显的。
图2中给出了不同合并方法的接收效果改善情况.可以看出,当分集数k较大时,选择合并的改善效果比较差,而等增益合并和最大比值合并的效果相差不大,仅仅在1dB左右。