8.4 分集与合并 分集技术(Diversity Technique)的基本原理 分集的物理意义

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1 8.4 分集与合并 分集技术(Diversity Technique)的基本原理 分集的物理意义
发射信号经过独立或高度不相关的两个或多个传播路径到达接收机； 接收机通过查找独立或高度不相关的多径信号，利用某种合并方式， 对接收到的同一发射信号的多个样本进行合并来实现分集。 分集的物理意义 从概率意义上讲，多个接收样本信号的功率同时低于给定门限的概 率比任一单个信号功率低于给定门限的概率小得多，因此分集改变 了检测器输入端SNR的统计特性。 某条传播路径中的信号经历了深度衰落，但另一条或多条相互独立 的路径中可能仍包含着较强的信号，可以利用。

2 分集 (续) 例: 系统噪声功率50pW 90%时间,接收信号的平均功率1.11nW, SNR=13.5dB, BER=10-10
10%时间,接收信号的平均功率0nW ,BER=0.5 此时平均误比特率 0.9 × ×0.5=0.05 采用空间分集, 两天线接收功率同时为0的概率0.1 ×0.1=0.01, 同时为1.11nW的概率0.9×0.9=0.81, 而一个为0另一个为1.11nW的概率为2(0.1 ×0.9)=0.18 此时平均误比特率 0.81× × ×10-10=0.005

3 分集 (续) 克服小尺度衰落(微分集)的几种方法
空间分集:(Space diversity)也称天线分集，通常采用多个收发天线实现 分集，是无线通信中使用较多的分集形式 时间分集:(Time diversity)信号在不同的时隙上进行传输，时隙最小间隔 大于信道的相干时间 频率分集:(Frequency diversity)信号通过多个不同频带进行传输，且频 带间的最小间隔大于信道的相干带宽 角度分集:(Angle diversity)使用不同天线方向图的多个天线 极化分集:(Polarization diversity)用2根天线分别传输/接收水平极化和垂 直极化的信号

4 分集 (续) 宏分集：一种减小大尺度衰落影响的分集技术。 宏分集实现
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(可以选用其中信号最好的一个基站进行通信)。 宏分集实现 中继 中继器接收信号，进行放大再发送 同播(单频网SNF) SNF是由多个不同地点的处于同步状态的发射机构成的网络，每个发射机在“同一时间、以同一频率发射同一比特”，以实现对一定服务区的可靠覆盖。

5 分集合并技术 选择式分集：跟踪监视所有分集支路，选择指示参量最好的支路。
开关分集：只监视有效分集支路，当有效分集支路的质量低于某一门 限时，接收机转向另一支路。 合并分集：多路分集之路以一定的策略进行叠加合并。

6 8.5 扩频系统 利用与信息无关的伪随机码，以调制方法将已调制信号的频谱 宽度扩展得比原调制信号的带宽宽得多的过程。目的是克服外 来干扰和无线多径衰落。 主要特点包括： 抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力。 可抗多径干扰、抗频率选择性衰落。 可检性抵，不容易被侦破。 具有多址能力，易于实现码分多址（CDMA）技术。 频谱利用率高，容量大。 具有测距能力。 技术复杂。

7 跳频 跳频(Frequency Hopping)用简略的术语表达就是“多频、选码、频移键控”，即用伪随机码序列构成跳频指令来控制频率合成器，并在多个频率中进行选择的频移键控(FSK: Frequency Shift Keying)或其它调制方式。 自上世纪70年代末第一部跳频电台问世至今，跳频通信的发展势头锐不可当，在军用通信领域的应用已相当成熟，并又拓宽到民用领域。 FHMA Frequency Time FDMA Time Frequency

8 跳频系统 发送端用信源生成的数据流去调制频率合成器产生的载频，得到射频信号。 在接收端，接收到的信号与干扰经前端处理后送至混频器。
使用与发端相同的本地伪随机码序列控制本地频率合成器，使其输出与接收到的跳频信号同步跳变，差频出一个固定的中频信号。 对中频信号进行解调，就可以恢复出发送的数据信息 伪随机码序列控制频率合成器，由此产生的载频按一定规律跳变。因此，天线发射出去的信号载频也按照频率合成器的频率变化规律跳变。

9 跳频图案 跳频系统的频率随时间变化的规律称为跳频图案。为了直观地显示跳频系统的跳频规律，可以用图形的方式将跳频图案显示出来。
图示跳频数为8，频率跳变次序为f3、f1、f5、f7、f4、f8、f2、f6。在实际中，跳频图案是由伪随机码序列发生器控制产生的。

10 跳频扩频特点 具有较强的抗干扰能力。 易于组网，实现码分多址，频谱利用率高。 良好的系统兼容性。 解决了远近效应。
跳频图案具有伪随机性，其周期可长达数十年甚至更长，跳变的频率可达成千上万个； 仅在某一频率或某几个频率上施放长时间干扰是无济于事的。 易于组网，实现码分多址，频谱利用率高。 利用不同的跳频图案或时钟，在一定的频带内容纳多个同时工作的跳频系统，达到频谱资源共享的目的。 良好的系统兼容性。 跳频系统是瞬时窄带系统，而目前的通信系统不论是模拟调制还是数字调制的，通常都是窄带通信系统。 解决了远近效应。

11 直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)
直接序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。

12 直接序列扩频的性能 直扩系统最重要的应用就是在军事通信中作为一种具有 很强抗干扰性的通信手段。 在实际中我们遇到的干扰主要有下面几种：
宽带噪声干扰； 部分频带噪声干扰； 单音及多音载频干扰； 脉冲干扰等。

13 扩频抗宽带干扰 扩频码 宽带干扰 窄带信号 宽带信号 信号与干扰 干扰+宽带信号 扩频码 信号合并 P(t) P(t) t t P(t) t

14 扩频抗窄带干扰 窄带信号 扩频码 宽带信号 干扰 信号与干扰 干扰+宽带信号 扩频码 信号合并 f P(f) P(f) f P(f) f

15 本章小结和知识点 无线通信的概念、挑战 无线信道的传播方式 无线信道的衰落 多径效应与多径衰落 多普勒效应 分集技术 扩频技术