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空间分集


目录·分集技术与信号衰落
·概念与应用



空间分集,也成为天线分集,是无线通信中使用的分集形式之一。


分集技术与信号衰落
在实际的移动通信系统中,移动台常常工作在城市建筑群或其他复杂的地理环境中,而且移动的速度和方向是任意的。发送的信号经过反射、散射等的传播路径后,到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加,使接收到的信号幅度出现随机起伏变化,形成多径衰落。

此外,如果发射机或接收机处于移动状态,或者信道环境发生变化,会引起信道特性随时间随机变化,接收到的信号由于多普勒效应会产生更为严重的失真。

在实际的移动通信中,除了多径衰落外还有阴影衰落,气象条件等的变化也都影响信号的传播。这些都是移动信道独有的特性,它给移动通信带来了不利的影响。

为了提高移动通信系统的性能,可以采用分集,均衡和信道编码这3种技术来改进接收信号质量,它们既可以单独使用,也可以组合使用。

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。

概念与应用
空间分集的基本原理是在任意两个不同的位置上接收同一信号,只要两个位置的距离大到一定程度,则两处所收到的信号衰落是不相关的,也就是说快衰落具有空间独立性。

空间分集至少要两付天线,且相距为d,间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关,在移动通信中通常取:市区d=0.5,郊区d=0.8,d值越大,相关性就越弱。

空间分集合并可以按接受方法分为以下四类:选择性分集合并,反馈分集合并,最大比率合并,等增益分集合并。

天线是移动通信中不可缺少的组成部分,具有十分重要的作用,它位于收发信机和电磁波传播空间之间,并在这两者间实现有效的能量传递。通过设计天线的辐射特性,可以控制电磁能的空间分布,提高资源利用率,优化网络质量。由于传播环境的恶劣,无线信号会产生深度衰落和多普勒频移等,使接收电平下降到热噪声电平附近,相位亦随时间产生随机变化,从而导致通信质量下降。对此,我们可以采用分集接收技术减轻衰落的影响,获得分集增益,提高接收灵敏度。分集天线有空间分集、方向分集、极化分集和场成分分集等。

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≥λ/2(λ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。这样就降低了信道衰落的影响,改善了传输的可靠性。该技术在模拟频分移动通信系统(FDMA)、数字时分系统(TDMA)及码分系统(CDMA)中都有应用。


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贡献者:
norain


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