淺析無(wú)線通信中的分集接收技術(shù)

陳軍磊

[摘 要]無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展可以說(shuō)是一場(chǎng)新的革命。通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，已成為集無(wú)線、有線傳輸、數(shù)字程控交換和各類新型終端為一體的高效能綜合通信手段。移動(dòng)通信使人們能更加自由地通信，最終實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信的理想。但是無(wú)線通信的可靠性一直是通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)，本文分析了分集接收的原理，歸納了六種分集方式，并詳細(xì)介紹了分集合并的方法。

[關(guān)鍵詞]無(wú)線通信；有線傳輸；分集方式；分集合并

中圖分類號(hào)：TD956.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0025-01

0 引言

實(shí)際的通信環(huán)境中總是存在著各種各樣的干擾源，有時(shí)雖然接收天線上感應(yīng)到的信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于接收靈敏度，但是當(dāng)接收機(jī)所處環(huán)境的電磁干擾較大時(shí)，有用信號(hào)仍被淹沒(méi)在干擾信號(hào)中，而接收機(jī)又不能有效抑制干擾，同樣不能進(jìn)行有效的無(wú)線電通信。為了減小干擾對(duì)通信質(zhì)量的影響，可采用加大發(fā)射功率的方法，但這種方法的代價(jià)太大，且會(huì)造成對(duì)其他電臺(tái)的干擾，因此加大發(fā)射功率的方法實(shí)際上是不可行的。而分集則是有意識(shí)地分離多徑信號(hào)并恰當(dāng)合并，以提高接收信號(hào)的信噪比來(lái)抗衰落。

1 分集接收技術(shù)的基本原理

分集接收技術(shù)是研究如何利用多徑信號(hào)來(lái)改善系統(tǒng)的性能。在一定條件下，多徑傳輸引起的快衰落對(duì)不同空間、不同極化、不同頻率、不同時(shí)間上所發(fā)送的信號(hào)，其相關(guān)性將隨著空間位置上的分開(kāi)、極化的差異、頻率間隔的擴(kuò)展以及時(shí)間間隔的延長(zhǎng)而減弱。分集技術(shù)正是利用這一特點(diǎn)，通過(guò)把不同空間、不同極化方式、不同頻率、不同時(shí)間上所接收到的多個(gè)信號(hào)進(jìn)行綜合，利用相互間的不相關(guān)性，達(dá)到抗衰落的目的。

下面介紹分集介紹技術(shù)的兩個(gè)基本環(huán)節(jié)：①分散技術(shù)：設(shè)置若干分集接收支路，且使各分集支路信號(hào)之間的相關(guān)系數(shù)盡可能的小。常用的分散技術(shù)有空間分集、角度分集、頻率分集、時(shí)間分集和極化分集等。②合并技術(shù)：將各分集支路信號(hào)合并起來(lái)，并獲得較大的分集增益。常用的合并技術(shù)有選擇合并、等增益合并、最大比合并、碼元均方誤差最小分集合并、最大估值合并、多徑分集及隱分集等。

2 分集方式

分集分為宏觀分集和微觀分集兩大類。

宏觀分集也稱為多基站分集，其主要作用是抗慢衰落。例如，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，把多個(gè)基站設(shè)置在不同的物理位置上（如蜂窩小區(qū)的對(duì)角線上），同時(shí)發(fā)射相同的信號(hào)，小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)選擇其中信號(hào)最好的基站與之通信，以減小地形、地物及大氣等對(duì)信號(hào)造成的慢衰落。

微觀分集的主要作用是抗快衰落。理論與實(shí)踐都表明，當(dāng)信號(hào)在空間、頻率及時(shí)間等方面分離時(shí)，都會(huì)呈現(xiàn)出互相獨(dú)立的衰落特性。由此按分離方式的不同，微觀分集可分為以下幾種：

2.1 空間分集

空間分集的依據(jù)是相距間隔達(dá)到一定程度時(shí)，不同接收地點(diǎn)收到信號(hào)的衰落具有獨(dú)立性?？臻g分集的基本結(jié)構(gòu)為發(fā)端使用一副天線發(fā)射，收端用多副天線接收。

空間分集也稱設(shè)備分集，已被廣泛用于短波通信和移動(dòng)通信。如二重空間分集的短波FSK通信，較不分集時(shí)好12dB，相當(dāng)于發(fā)射功率增加15倍；移動(dòng)通信蜂窩基站系統(tǒng)廣泛采用兩副接收天線來(lái)接收同一移動(dòng)臺(tái)發(fā)來(lái)的信號(hào)，以改善性能。

2.2 頻率分集

由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個(gè)信號(hào)所遭受的衰落是不相關(guān)，因此可以用兩個(gè)以上不同的頻率傳輸同一信息，以實(shí)現(xiàn)頻率分集。如在GSM系統(tǒng)中利用跳頻來(lái)達(dá)到頻率分集；在CDMA系統(tǒng)中，利用發(fā)射信號(hào)帶寬（1.25MHz）遠(yuǎn)大于相關(guān)帶寬（市區(qū)的相關(guān)帶寬為50kHz，郊區(qū)的相關(guān)帶寬為250kHz）來(lái)獲得頻率分集效果。

2.3 時(shí)間分集

實(shí)踐證明，快衰落除了具有空間和頻率的獨(dú)立性，還具時(shí)間的獨(dú)立性，即同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，只要兩次重發(fā)間隔足夠大，那么各次發(fā)送的信號(hào)通過(guò)信道后，出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的。

時(shí)間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號(hào)，如短波和移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用交織來(lái)改變?cè)瓉?lái)的碼元順序供發(fā)端發(fā)射，以達(dá)到時(shí)間分集的目的。

2.4 極化分集

由于兩個(gè)不同極化的電磁波具有獨(dú)立的衰落特性，所以發(fā)端和收端可以用兩個(gè)位置很近、單極化方向不同的天線發(fā)送和接收信號(hào)，以獲得分集效果。極化分集可以看作空間分集的一種特殊情況，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間；缺點(diǎn)是由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，因此有3dB損失。

2.5 角度分集

角度分集的依據(jù)是從不同入射角入射的兩個(gè)信號(hào)所受到的衰具有彼此獨(dú)立的特性，其基本結(jié)構(gòu)是：收端使用多個(gè)銳方向性接收天線來(lái)接收不同方向來(lái)的信號(hào)分量。角度分集也可看作空間分集的一種特殊情況，顯然它在頻率較高時(shí)比較容易實(shí)現(xiàn)。

2.6 路徑分集

多徑分集的依據(jù)是來(lái)自兩個(gè)不同路徑的信號(hào)時(shí)延大于某一值時(shí)，這兩個(gè)衰落信號(hào)可看作互不相關(guān)。一般通信系統(tǒng)中的多徑信號(hào)很難分離，但在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，存在多徑信號(hào)的內(nèi)在可分離特性，既具有抗多徑干擾的能力。當(dāng)然，在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中若不采用路徑分集時(shí)，則多徑干擾被當(dāng)作噪聲處理；若采用路徑分集時(shí)，則將多徑干擾變害為利。

3 空間分集合并技術(shù)

分集接收時(shí)，從接收端得到的n個(gè)不同的獨(dú)立信號(hào)，可以通過(guò)不同形式的合并技術(shù)來(lái)獲得合并增益。從接收鏈路看，可以在中頻和射頻上進(jìn)行，也可以在基帶進(jìn)行。

3.1 信號(hào)合并準(zhǔn)則

最大信噪比準(zhǔn)則：該準(zhǔn)則最早用于模擬信號(hào)的合并。應(yīng)注意的是，在頻率選擇性衰落信道中，對(duì)數(shù)字信號(hào)合并時(shí)，最大信噪比準(zhǔn)則不是最佳的。

眼圖最大張開(kāi)準(zhǔn)則：該準(zhǔn)則適用于數(shù)字信號(hào)的合并。眼圖張開(kāi)最大，表征碼間干擾最小，因此在頻率選擇性衰落信道中，眼圖最大張開(kāi)準(zhǔn)則是一種信號(hào)合并的最佳準(zhǔn)則。

誤碼率最小準(zhǔn)則：數(shù)字信號(hào)合并的最終結(jié)果是希望誤碼率達(dá)到最小。因此，誤碼率最小準(zhǔn)則就是數(shù)字信號(hào)的最佳合并準(zhǔn)則。

3.2 本文介紹的空間分集接收機(jī)原理框圖如圖1所示。它具有下述特點(diǎn)：采用垂直空間分集天線，可使兩分集支路信號(hào)的相關(guān)系數(shù)小于0.6，而兩支路接收信號(hào)電平相差小于1dB。

采用鑒頻后等增益合并技術(shù)，便于實(shí)現(xiàn)，且可改善信噪比3dB，具有抗多徑衰落的效果。采用鑒頻器檢測(cè)多電平判決方法解調(diào)GMSK數(shù)字信號(hào)，對(duì)載頻漂移和隨機(jī)調(diào)頻噪聲不敏感，有利于降低誤比特率。

4 分集接收技術(shù)的應(yīng)用

分集接收技術(shù)早已在模擬無(wú)線通信系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，近年來(lái)在數(shù)字無(wú)線通信領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。目前，在GSM系統(tǒng)中，基站廣泛采用二重空間分集接收，提高系統(tǒng)性能；在CDMA系統(tǒng)中，手機(jī)和基站都采用RAKE（多徑）接收機(jī)進(jìn)行分集接收，來(lái)減小衰落的影響；在短波通信中，采用具有帶內(nèi)頻率分集和編碼分集的多徑并傳方法來(lái)降低系統(tǒng)的誤碼率；在對(duì)流層散射通信中，采用四重頻率分集的時(shí)頻調(diào)制來(lái)提高系統(tǒng)性能。

最后，應(yīng)當(dāng)指出：分集接收技術(shù)僅僅是采用信號(hào)處理技術(shù)抗衰落的一種方法，通常與其他抗衰落的信號(hào)處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，從而達(dá)到提高系統(tǒng)的性能的目的。

5 結(jié)論

本文采用的空間分集接收技術(shù)能有效地改善數(shù)字無(wú)線通信中的多徑衰落。

參考文獻(xiàn)

[1] 傅海洋.分集接收在TDSCDMA智能天線中的應(yīng)用[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（2）：27-28.

[2] 樊昌信，等.通信原理.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995，10.

作者簡(jiǎn)介

陳雪燕：石家莊橋西區(qū)宮家莊新世紀(jì)小區(qū)B區(qū)2號(hào)樓2單元704室陳雪燕13180582457endprint

[摘 要]無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展可以說(shuō)是一場(chǎng)新的革命。通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，已成為集無(wú)線、有線傳輸、數(shù)字程控交換和各類新型終端為一體的高效能綜合通信手段。移動(dòng)通信使人們能更加自由地通信，最終實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信的理想。但是無(wú)線通信的可靠性一直是通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)，本文分析了分集接收的原理，歸納了六種分集方式，并詳細(xì)介紹了分集合并的方法。

[關(guān)鍵詞]無(wú)線通信；有線傳輸；分集方式；分集合并

中圖分類號(hào)：TD956.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0025-01

0 引言

實(shí)際的通信環(huán)境中總是存在著各種各樣的干擾源，有時(shí)雖然接收天線上感應(yīng)到的信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于接收靈敏度，但是當(dāng)接收機(jī)所處環(huán)境的電磁干擾較大時(shí)，有用信號(hào)仍被淹沒(méi)在干擾信號(hào)中，而接收機(jī)又不能有效抑制干擾，同樣不能進(jìn)行有效的無(wú)線電通信。為了減小干擾對(duì)通信質(zhì)量的影響，可采用加大發(fā)射功率的方法，但這種方法的代價(jià)太大，且會(huì)造成對(duì)其他電臺(tái)的干擾，因此加大發(fā)射功率的方法實(shí)際上是不可行的。而分集則是有意識(shí)地分離多徑信號(hào)并恰當(dāng)合并，以提高接收信號(hào)的信噪比來(lái)抗衰落。

1 分集接收技術(shù)的基本原理

分集接收技術(shù)是研究如何利用多徑信號(hào)來(lái)改善系統(tǒng)的性能。在一定條件下，多徑傳輸引起的快衰落對(duì)不同空間、不同極化、不同頻率、不同時(shí)間上所發(fā)送的信號(hào)，其相關(guān)性將隨著空間位置上的分開(kāi)、極化的差異、頻率間隔的擴(kuò)展以及時(shí)間間隔的延長(zhǎng)而減弱。分集技術(shù)正是利用這一特點(diǎn)，通過(guò)把不同空間、不同極化方式、不同頻率、不同時(shí)間上所接收到的多個(gè)信號(hào)進(jìn)行綜合，利用相互間的不相關(guān)性，達(dá)到抗衰落的目的。

下面介紹分集介紹技術(shù)的兩個(gè)基本環(huán)節(jié)：①分散技術(shù)：設(shè)置若干分集接收支路，且使各分集支路信號(hào)之間的相關(guān)系數(shù)盡可能的小。常用的分散技術(shù)有空間分集、角度分集、頻率分集、時(shí)間分集和極化分集等。②合并技術(shù)：將各分集支路信號(hào)合并起來(lái)，并獲得較大的分集增益。常用的合并技術(shù)有選擇合并、等增益合并、最大比合并、碼元均方誤差最小分集合并、最大估值合并、多徑分集及隱分集等。

2 分集方式

分集分為宏觀分集和微觀分集兩大類。

宏觀分集也稱為多基站分集，其主要作用是抗慢衰落。例如，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，把多個(gè)基站設(shè)置在不同的物理位置上（如蜂窩小區(qū)的對(duì)角線上），同時(shí)發(fā)射相同的信號(hào)，小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)選擇其中信號(hào)最好的基站與之通信，以減小地形、地物及大氣等對(duì)信號(hào)造成的慢衰落。

微觀分集的主要作用是抗快衰落。理論與實(shí)踐都表明，當(dāng)信號(hào)在空間、頻率及時(shí)間等方面分離時(shí)，都會(huì)呈現(xiàn)出互相獨(dú)立的衰落特性。由此按分離方式的不同，微觀分集可分為以下幾種：

2.1 空間分集

空間分集的依據(jù)是相距間隔達(dá)到一定程度時(shí)，不同接收地點(diǎn)收到信號(hào)的衰落具有獨(dú)立性?？臻g分集的基本結(jié)構(gòu)為發(fā)端使用一副天線發(fā)射，收端用多副天線接收。

空間分集也稱設(shè)備分集，已被廣泛用于短波通信和移動(dòng)通信。如二重空間分集的短波FSK通信，較不分集時(shí)好12dB，相當(dāng)于發(fā)射功率增加15倍；移動(dòng)通信蜂窩基站系統(tǒng)廣泛采用兩副接收天線來(lái)接收同一移動(dòng)臺(tái)發(fā)來(lái)的信號(hào)，以改善性能。

2.2 頻率分集

由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個(gè)信號(hào)所遭受的衰落是不相關(guān)，因此可以用兩個(gè)以上不同的頻率傳輸同一信息，以實(shí)現(xiàn)頻率分集。如在GSM系統(tǒng)中利用跳頻來(lái)達(dá)到頻率分集；在CDMA系統(tǒng)中，利用發(fā)射信號(hào)帶寬（1.25MHz）遠(yuǎn)大于相關(guān)帶寬（市區(qū)的相關(guān)帶寬為50kHz，郊區(qū)的相關(guān)帶寬為250kHz）來(lái)獲得頻率分集效果。

2.3 時(shí)間分集

實(shí)踐證明，快衰落除了具有空間和頻率的獨(dú)立性，還具時(shí)間的獨(dú)立性，即同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，只要兩次重發(fā)間隔足夠大，那么各次發(fā)送的信號(hào)通過(guò)信道后，出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的。

時(shí)間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號(hào)，如短波和移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用交織來(lái)改變?cè)瓉?lái)的碼元順序供發(fā)端發(fā)射，以達(dá)到時(shí)間分集的目的。

2.4 極化分集

由于兩個(gè)不同極化的電磁波具有獨(dú)立的衰落特性，所以發(fā)端和收端可以用兩個(gè)位置很近、單極化方向不同的天線發(fā)送和接收信號(hào)，以獲得分集效果。極化分集可以看作空間分集的一種特殊情況，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間；缺點(diǎn)是由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，因此有3dB損失。

2.5 角度分集

角度分集的依據(jù)是從不同入射角入射的兩個(gè)信號(hào)所受到的衰具有彼此獨(dú)立的特性，其基本結(jié)構(gòu)是：收端使用多個(gè)銳方向性接收天線來(lái)接收不同方向來(lái)的信號(hào)分量。角度分集也可看作空間分集的一種特殊情況，顯然它在頻率較高時(shí)比較容易實(shí)現(xiàn)。

2.6 路徑分集

多徑分集的依據(jù)是來(lái)自兩個(gè)不同路徑的信號(hào)時(shí)延大于某一值時(shí)，這兩個(gè)衰落信號(hào)可看作互不相關(guān)。一般通信系統(tǒng)中的多徑信號(hào)很難分離，但在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，存在多徑信號(hào)的內(nèi)在可分離特性，既具有抗多徑干擾的能力。當(dāng)然，在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中若不采用路徑分集時(shí)，則多徑干擾被當(dāng)作噪聲處理；若采用路徑分集時(shí)，則將多徑干擾變害為利。

3 空間分集合并技術(shù)

分集接收時(shí)，從接收端得到的n個(gè)不同的獨(dú)立信號(hào)，可以通過(guò)不同形式的合并技術(shù)來(lái)獲得合并增益。從接收鏈路看，可以在中頻和射頻上進(jìn)行，也可以在基帶進(jìn)行。

3.1 信號(hào)合并準(zhǔn)則

最大信噪比準(zhǔn)則：該準(zhǔn)則最早用于模擬信號(hào)的合并。應(yīng)注意的是，在頻率選擇性衰落信道中，對(duì)數(shù)字信號(hào)合并時(shí)，最大信噪比準(zhǔn)則不是最佳的。

眼圖最大張開(kāi)準(zhǔn)則：該準(zhǔn)則適用于數(shù)字信號(hào)的合并。眼圖張開(kāi)最大，表征碼間干擾最小，因此在頻率選擇性衰落信道中，眼圖最大張開(kāi)準(zhǔn)則是一種信號(hào)合并的最佳準(zhǔn)則。

誤碼率最小準(zhǔn)則：數(shù)字信號(hào)合并的最終結(jié)果是希望誤碼率達(dá)到最小。因此，誤碼率最小準(zhǔn)則就是數(shù)字信號(hào)的最佳合并準(zhǔn)則。

3.2 本文介紹的空間分集接收機(jī)原理框圖如圖1所示。它具有下述特點(diǎn)：采用垂直空間分集天線，可使兩分集支路信號(hào)的相關(guān)系數(shù)小于0.6，而兩支路接收信號(hào)電平相差小于1dB。

采用鑒頻后等增益合并技術(shù)，便于實(shí)現(xiàn)，且可改善信噪比3dB，具有抗多徑衰落的效果。采用鑒頻器檢測(cè)多電平判決方法解調(diào)GMSK數(shù)字信號(hào)，對(duì)載頻漂移和隨機(jī)調(diào)頻噪聲不敏感，有利于降低誤比特率。

4 分集接收技術(shù)的應(yīng)用

分集接收技術(shù)早已在模擬無(wú)線通信系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，近年來(lái)在數(shù)字無(wú)線通信領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。目前，在GSM系統(tǒng)中，基站廣泛采用二重空間分集接收，提高系統(tǒng)性能；在CDMA系統(tǒng)中，手機(jī)和基站都采用RAKE（多徑）接收機(jī)進(jìn)行分集接收，來(lái)減小衰落的影響；在短波通信中，采用具有帶內(nèi)頻率分集和編碼分集的多徑并傳方法來(lái)降低系統(tǒng)的誤碼率；在對(duì)流層散射通信中，采用四重頻率分集的時(shí)頻調(diào)制來(lái)提高系統(tǒng)性能。

最后，應(yīng)當(dāng)指出：分集接收技術(shù)僅僅是采用信號(hào)處理技術(shù)抗衰落的一種方法，通常與其他抗衰落的信號(hào)處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，從而達(dá)到提高系統(tǒng)的性能的目的。

5 結(jié)論

本文采用的空間分集接收技術(shù)能有效地改善數(shù)字無(wú)線通信中的多徑衰落。

參考文獻(xiàn)

[1] 傅海洋.分集接收在TDSCDMA智能天線中的應(yīng)用[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（2）：27-28.

[2] 樊昌信，等.通信原理.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995，10.

作者簡(jiǎn)介

陳雪燕：石家莊橋西區(qū)宮家莊新世紀(jì)小區(qū)B區(qū)2號(hào)樓2單元704室陳雪燕13180582457endprint

[摘 要]無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展可以說(shuō)是一場(chǎng)新的革命。通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，已成為集無(wú)線、有線傳輸、數(shù)字程控交換和各類新型終端為一體的高效能綜合通信手段。移動(dòng)通信使人們能更加自由地通信，最終實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信的理想。但是無(wú)線通信的可靠性一直是通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)，本文分析了分集接收的原理，歸納了六種分集方式，并詳細(xì)介紹了分集合并的方法。

[關(guān)鍵詞]無(wú)線通信；有線傳輸；分集方式；分集合并

中圖分類號(hào)：TD956.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0025-01

0 引言

實(shí)際的通信環(huán)境中總是存在著各種各樣的干擾源，有時(shí)雖然接收天線上感應(yīng)到的信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于接收靈敏度，但是當(dāng)接收機(jī)所處環(huán)境的電磁干擾較大時(shí)，有用信號(hào)仍被淹沒(méi)在干擾信號(hào)中，而接收機(jī)又不能有效抑制干擾，同樣不能進(jìn)行有效的無(wú)線電通信。為了減小干擾對(duì)通信質(zhì)量的影響，可采用加大發(fā)射功率的方法，但這種方法的代價(jià)太大，且會(huì)造成對(duì)其他電臺(tái)的干擾，因此加大發(fā)射功率的方法實(shí)際上是不可行的。而分集則是有意識(shí)地分離多徑信號(hào)并恰當(dāng)合并，以提高接收信號(hào)的信噪比來(lái)抗衰落。

1 分集接收技術(shù)的基本原理

分集接收技術(shù)是研究如何利用多徑信號(hào)來(lái)改善系統(tǒng)的性能。在一定條件下，多徑傳輸引起的快衰落對(duì)不同空間、不同極化、不同頻率、不同時(shí)間上所發(fā)送的信號(hào)，其相關(guān)性將隨著空間位置上的分開(kāi)、極化的差異、頻率間隔的擴(kuò)展以及時(shí)間間隔的延長(zhǎng)而減弱。分集技術(shù)正是利用這一特點(diǎn)，通過(guò)把不同空間、不同極化方式、不同頻率、不同時(shí)間上所接收到的多個(gè)信號(hào)進(jìn)行綜合，利用相互間的不相關(guān)性，達(dá)到抗衰落的目的。

下面介紹分集介紹技術(shù)的兩個(gè)基本環(huán)節(jié)：①分散技術(shù)：設(shè)置若干分集接收支路，且使各分集支路信號(hào)之間的相關(guān)系數(shù)盡可能的小。常用的分散技術(shù)有空間分集、角度分集、頻率分集、時(shí)間分集和極化分集等。②合并技術(shù)：將各分集支路信號(hào)合并起來(lái)，并獲得較大的分集增益。常用的合并技術(shù)有選擇合并、等增益合并、最大比合并、碼元均方誤差最小分集合并、最大估值合并、多徑分集及隱分集等。

2 分集方式

分集分為宏觀分集和微觀分集兩大類。

宏觀分集也稱為多基站分集，其主要作用是抗慢衰落。例如，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，把多個(gè)基站設(shè)置在不同的物理位置上（如蜂窩小區(qū)的對(duì)角線上），同時(shí)發(fā)射相同的信號(hào)，小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)選擇其中信號(hào)最好的基站與之通信，以減小地形、地物及大氣等對(duì)信號(hào)造成的慢衰落。

微觀分集的主要作用是抗快衰落。理論與實(shí)踐都表明，當(dāng)信號(hào)在空間、頻率及時(shí)間等方面分離時(shí)，都會(huì)呈現(xiàn)出互相獨(dú)立的衰落特性。由此按分離方式的不同，微觀分集可分為以下幾種：

2.1 空間分集

空間分集的依據(jù)是相距間隔達(dá)到一定程度時(shí)，不同接收地點(diǎn)收到信號(hào)的衰落具有獨(dú)立性?？臻g分集的基本結(jié)構(gòu)為發(fā)端使用一副天線發(fā)射，收端用多副天線接收。

空間分集也稱設(shè)備分集，已被廣泛用于短波通信和移動(dòng)通信。如二重空間分集的短波FSK通信，較不分集時(shí)好12dB，相當(dāng)于發(fā)射功率增加15倍；移動(dòng)通信蜂窩基站系統(tǒng)廣泛采用兩副接收天線來(lái)接收同一移動(dòng)臺(tái)發(fā)來(lái)的信號(hào)，以改善性能。

2.2 頻率分集

由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個(gè)信號(hào)所遭受的衰落是不相關(guān)，因此可以用兩個(gè)以上不同的頻率傳輸同一信息，以實(shí)現(xiàn)頻率分集。如在GSM系統(tǒng)中利用跳頻來(lái)達(dá)到頻率分集；在CDMA系統(tǒng)中，利用發(fā)射信號(hào)帶寬（1.25MHz）遠(yuǎn)大于相關(guān)帶寬（市區(qū)的相關(guān)帶寬為50kHz，郊區(qū)的相關(guān)帶寬為250kHz）來(lái)獲得頻率分集效果。

2.3 時(shí)間分集

實(shí)踐證明，快衰落除了具有空間和頻率的獨(dú)立性，還具時(shí)間的獨(dú)立性，即同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，只要兩次重發(fā)間隔足夠大，那么各次發(fā)送的信號(hào)通過(guò)信道后，出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的。

時(shí)間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號(hào)，如短波和移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用交織來(lái)改變?cè)瓉?lái)的碼元順序供發(fā)端發(fā)射，以達(dá)到時(shí)間分集的目的。

2.4 極化分集

由于兩個(gè)不同極化的電磁波具有獨(dú)立的衰落特性，所以發(fā)端和收端可以用兩個(gè)位置很近、單極化方向不同的天線發(fā)送和接收信號(hào)，以獲得分集效果。極化分集可以看作空間分集的一種特殊情況，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間；缺點(diǎn)是由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，因此有3dB損失。

2.5 角度分集

角度分集的依據(jù)是從不同入射角入射的兩個(gè)信號(hào)所受到的衰具有彼此獨(dú)立的特性，其基本結(jié)構(gòu)是：收端使用多個(gè)銳方向性接收天線來(lái)接收不同方向來(lái)的信號(hào)分量。角度分集也可看作空間分集的一種特殊情況，顯然它在頻率較高時(shí)比較容易實(shí)現(xiàn)。

2.6 路徑分集

多徑分集的依據(jù)是來(lái)自兩個(gè)不同路徑的信號(hào)時(shí)延大于某一值時(shí)，這兩個(gè)衰落信號(hào)可看作互不相關(guān)。一般通信系統(tǒng)中的多徑信號(hào)很難分離，但在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，存在多徑信號(hào)的內(nèi)在可分離特性，既具有抗多徑干擾的能力。當(dāng)然，在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中若不采用路徑分集時(shí)，則多徑干擾被當(dāng)作噪聲處理；若采用路徑分集時(shí)，則將多徑干擾變害為利。

3 空間分集合并技術(shù)

分集接收時(shí)，從接收端得到的n個(gè)不同的獨(dú)立信號(hào)，可以通過(guò)不同形式的合并技術(shù)來(lái)獲得合并增益。從接收鏈路看，可以在中頻和射頻上進(jìn)行，也可以在基帶進(jìn)行。

3.1 信號(hào)合并準(zhǔn)則

最大信噪比準(zhǔn)則：該準(zhǔn)則最早用于模擬信號(hào)的合并。應(yīng)注意的是，在頻率選擇性衰落信道中，對(duì)數(shù)字信號(hào)合并時(shí)，最大信噪比準(zhǔn)則不是最佳的。

眼圖最大張開(kāi)準(zhǔn)則：該準(zhǔn)則適用于數(shù)字信號(hào)的合并。眼圖張開(kāi)最大，表征碼間干擾最小，因此在頻率選擇性衰落信道中，眼圖最大張開(kāi)準(zhǔn)則是一種信號(hào)合并的最佳準(zhǔn)則。

誤碼率最小準(zhǔn)則：數(shù)字信號(hào)合并的最終結(jié)果是希望誤碼率達(dá)到最小。因此，誤碼率最小準(zhǔn)則就是數(shù)字信號(hào)的最佳合并準(zhǔn)則。

3.2 本文介紹的空間分集接收機(jī)原理框圖如圖1所示。它具有下述特點(diǎn)：采用垂直空間分集天線，可使兩分集支路信號(hào)的相關(guān)系數(shù)小于0.6，而兩支路接收信號(hào)電平相差小于1dB。

采用鑒頻后等增益合并技術(shù)，便于實(shí)現(xiàn)，且可改善信噪比3dB，具有抗多徑衰落的效果。采用鑒頻器檢測(cè)多電平判決方法解調(diào)GMSK數(shù)字信號(hào)，對(duì)載頻漂移和隨機(jī)調(diào)頻噪聲不敏感，有利于降低誤比特率。

4 分集接收技術(shù)的應(yīng)用

分集接收技術(shù)早已在模擬無(wú)線通信系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，近年來(lái)在數(shù)字無(wú)線通信領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。目前，在GSM系統(tǒng)中，基站廣泛采用二重空間分集接收，提高系統(tǒng)性能；在CDMA系統(tǒng)中，手機(jī)和基站都采用RAKE（多徑）接收機(jī)進(jìn)行分集接收，來(lái)減小衰落的影響；在短波通信中，采用具有帶內(nèi)頻率分集和編碼分集的多徑并傳方法來(lái)降低系統(tǒng)的誤碼率；在對(duì)流層散射通信中，采用四重頻率分集的時(shí)頻調(diào)制來(lái)提高系統(tǒng)性能。

最后，應(yīng)當(dāng)指出：分集接收技術(shù)僅僅是采用信號(hào)處理技術(shù)抗衰落的一種方法，通常與其他抗衰落的信號(hào)處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，從而達(dá)到提高系統(tǒng)的性能的目的。

5 結(jié)論

本文采用的空間分集接收技術(shù)能有效地改善數(shù)字無(wú)線通信中的多徑衰落。

參考文獻(xiàn)

[1] 傅海洋.分集接收在TDSCDMA智能天線中的應(yīng)用[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（2）：27-28.

[2] 樊昌信，等.通信原理.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995，10.

作者簡(jiǎn)介

陳雪燕：石家莊橋西區(qū)宮家莊新世紀(jì)小區(qū)B區(qū)2號(hào)樓2單元704室陳雪燕13180582457endprint