什麽是相位分集。什麽是多徑分集？

分集技術及應用1 分集接收的概念 在移動通信系統中，移動臺經常工作在各種復雜的地理環境中，移動的方向和速度是任意的，發送的信號經過附近各種物體的反射、散射等而形成多路徑傳播，使到達接收機輸入端的信號往往是多個幅度和相位各不相同的信號的疊加，從而形成短期衰落（快衰落）。此外，還有長期衰落（慢衰落），它是由於電磁場受到地形或高大建築物的阻擋或者氣象條件的變化而形成的，慢衰落的信號電平起伏相對較緩。分集接收就是為了克服各種衰落，提高系統性能而發展起來的移動通信中的壹項重要技術，其基本思路是：將接收到的多徑信號分離成不相關的（獨立的）多路信號，然後將這些信號的能量按壹定規則合並起來，使接收的有用信號能量最大，對數字系統而言，使接收端的誤碼率最小，對模擬系統而言，提高接收端的信噪比。 2 分集技術的分類 根據分集的目的可分為： （1）宏觀分集 它以抗慢衰落為目的。由於地面等高線的多樣性，局部地區有多種多樣的變化。如果僅僅使用壹個天線場地，由於地形是變化的，如丘陵或山坡，移動臺接收不到中心位置地面信號，因此，必須采用兩個獨立天線場地來發射或接收兩個或多個不同信號，並組合這些信號，以降低慢衰落。選擇性組合技術是宏觀分集方案中最受歡迎的技術之壹，它意味著總是選擇兩個衰落信號中最強的壹個。 （2）微觀分集 它是以抗快衰落為目的采用同壹天線場地方式的分集技術。根據獲得獨立路徑信號的方法又可分為：空間分集、時間分集、頻率分集、極化分集、角度分集和多徑分集等。 根據信號傳輸的方式可分為： （1）顯分集 構成明顯的分集信號的傳輸方式，指利用多副天線接收信號的分集。 （2）隱分集 分集作用隱含在傳輸信號之中的方式，在接收端利用信號處理技術實現分集。隱分集是只需壹副天線來接收信號的分集，因此，在數字移動通信中得到了廣泛的應用。目前，主要的隱分集技術有交織編碼技術、跳頻技術、直接擴頻技術等。 3 幾種常用的顯分集技術 （1）空間分集 空間分集是利用多副接收天線來實現的。在發端采用壹副天線發射，而在接收端采用多副天線接收。接收端天線之間的距離d≥λ/2（λ為工作波長），以保證接收天線輸出信號的衰落特性是相互獨立的，也就是說，當某壹副接收天線的輸出信號很低時，其他接收天線的輸出則不壹定在這同壹時刻也出現幅度低的現象，經相應的合並電路從中選出信號幅度較大、信噪比最佳的壹路，得到壹個總的接收天線輸出信號，從而降低了信道衰落的影響，改善了傳輸的可靠性。該技術在頻分（FDMA）移動通信系統、時分系統（TDMA）及碼分系統（CDMA）中都有應用。 （2）時間分集 時間分集就是將要傳輸的信息分別在不同的時隙發射出去，要求重發信號的時隙間隔要大於信道相幹時間，以保證重發信號在時域上的獨立性，在接收端就可以得到衰落特性不相幹的信號。若將信號以大於相幹時間的時間間隔重復傳輸M次，就可以得到M條獨立的分集支路。 （3）極化分集 在移動信道中，兩個在同壹地點極化方向相互正交的天線發出的信號呈現出互不相關的衰落特性。利用這壹特點，在發端同壹地點裝上垂直極化和水平極化兩副發射天線，在收端同壹地點裝上垂直極化和水平極化兩副接收天線，就可以得到兩路衰落特性互不相關的極化分量。極化分集實際上是空間分集的特殊情況。這種方法的優點是結構緊湊，節省空間，缺點是由於發射功率要分配到兩副天線上，將有3 dB的信號功率損失。 （4）頻率分集 頻率分集就是將信息分別在不同的載頻上發射出去，要求載頻間的頻率間隔要大於信道相關帶寬，以保證各頻率分集信號在頻域上的獨立性，在接收端就可以得到衰落特性不相幹的信號。在移動通信系統中，可采用信號載波頻率跳變擴展頻譜技術來達到頻率分集的目的。和空間分集相比，頻率分集的優點是減少了天線數目，缺點是要占用更多的頻譜資源，在發端需要多部發射機。 （5）角度分集 由於地形地貌及建築物等通信環境的不同，到達接收端的信號來自不同的方向。在接收端利用方向性天線，分別指向不同的方向，則每個方向性天線收到的信號是互不相關的。采用這種方案，移動臺比基地臺的電路更有效。 （6）多徑分集 由於地面上建築物等的影響，以及移動臺本身移動速度和方向的任意性，使得移動臺接收到的信號是經過多路反射、散射的傳播路徑後信號的疊加。由於這些信號經過的路徑不同，到達接收端的時延和幅度各不相同，使接收到的信號是壹個多徑衰落信號。通常這壹多徑衰落信號的時延差很小且是隨機的，對於窄帶系統（如模擬TACS、數字GSM系統），在同壹地點，到達的各路信號是相關的，無法分離。只有特定設計的擴頻信號才可以進行分離，分離的手段是相關接收。因此，多徑分集也稱碼分集，它要求直擴系統的時間（T）與帶寬（W）的積遠大於1，即TW>>1，對於帶寬為W的系統，所能分離的最小路徑時延差為1/W，對於直擴序列的碼片寬度為Tc的系統，所能分離的最小路徑時延差為Tc，並且要求直擴序列信號的自相關性和互相關性要好。使用RAKE接收技術，利用偽隨機碼的相關性，對各路信號分別進行相關接收，提出不同時延的相關峰，然後進行適當的合並，再進行信息解調。從而既克服了多徑效應問題，又等效增加了接收功率（或發射功率）。 4 交織編碼技術 交織編碼的目的是把壹個較長的突發差錯離散成隨機差錯，再用糾正隨機差錯的編碼（FEC）技術消除隨機差錯。交織深度越大，則離散度越大，抗突發差錯能力也就越強。但交織深度越大，交織編碼處理時間越長，從而造成數據傳輸時延增大，也就是說，交織編碼是以時間為代價的。因此，交織編碼屬於時間隱分集。在實際移動通信環境下的衰落，將造成數字信號傳輸的突發性差錯。利用交織編碼技術可離散並糾正這種突發性差錯，改善移動通信的傳輸特性。 5 跳頻技術 由於移動通信電波傳播多徑效應引起的瑞利衰落與傳輸的發射頻率有關，不同頻率的信號遭受的衰落不同，而且隨著頻率差別增大時，衰落更加獨立，當兩個頻率相距足夠遠時（如1 MHz），可認為它們是完全獨立的（不相關的）。通過跳頻，包含字碼壹部分的所有突發脈沖不會被瑞利衰落以同壹方式破壞，從而提高系統的抗幹擾能力。可見，跳頻相當於頻率分集。 跳頻有慢跳頻（SFH）和快跳頻（FFH）兩種。慢跳頻的跳頻速率低於信息比特率，即連續幾個信息比特跳頻壹次。GSM系統中，傳輸頻率在壹個完整的突發脈沖傳輸期間保持不變，屬於慢跳頻。快跳頻的跳頻速率高於或等於信息比特率，即每個信息比特跳頻壹次以上。跳頻的實現方式有兩種，壹是基帶跳頻，其原理是將話音信號隨著時間的變換使用不同頻率的發射機發射，基帶跳頻適合於發射機數量較多的高話務量小區。二是射頻跳頻，又稱合成器跳頻，它是話音信號使用固定的發射機，在壹定跳頻序列的控制下，頻率合成器合成不同的頻率來進行發射。射頻跳頻比基帶跳頻有更高的性能改善和抗同頻幹擾能力，但它只有當每個小區有4個以上頻率時效果才比較明顯，且需使用HIBRID合成器，會引入壹定的衰耗，減小覆蓋範圍。 GSM系統的跳頻是在時—頻域內的時隙和頻隙上進行的，換句話說，是在壹定的時間間隔不斷地在不同的頻隙上跳變。為了保證在小區內的跳頻信道之間不發生幹擾，采用正交跳頻組網方式，即小區內的跳頻圖案是相互正交的，從而不會使頻率不同用戶的通信在同壹個時—頻隙內發生碰撞。由於使用了跳頻技術，不同的頻率組中可以包含相同的頻率，而能保證平均C/I值達到系統要求，從而提高了系統頻譜利用率。從跳頻組網而言，相鄰小區為非正交跳頻網。因此，相鄰小區用戶通信期間必然會發生時—頻隙的重疊（碰撞）而形成幹擾，壹個好的跳頻網的設計可使這種幹擾降至最小。 6 應用實例 中國聯通東營分公司使用的是北方電訊的GSM設備，基站有S8000型等。它采用了極化分集、空間分集、交織編碼、跳頻等多種顯分集和隱分集技術。經實際應用與測試證明，在基站間距較小、高樓林立的市區，若安裝環境較差，可采用體積較小的極化分集天線，它可以獲得與空間分集同樣甚至更好的效果；而在開闊的郊區及農村，則應采用增益較高的空間分集天線。 主集天線，同時作為TX1和TX2兩個載頻的發射天線，天線2為分集天線，同時作為TX3和TX4兩個載頻的發射天線。射頻模塊包括三部分：壹是雙工器，為接收頻帶和發射頻帶分別提供通道，從而使同壹根天線既可接收信號又可發射信號，互不幹擾；二是低噪聲放大器（LNA），其主要作用是把天線接收下來的信號進行放大；三是合路器，它是把兩個或更多個TX信號合到壹起用壹根天線發射出去。分離器的作用是把同壹根天線接收到的不同頻率的信號進行分離。這樣，主集、分集兩根天線分別接收的四個頻率的信號，經過主集、分集兩個分離器分別分離，然後分別送到各個收信機（RX1、RX2、RX3、RX4），每個收信機比較來自主集天線和分集天線的兩路信號，選擇較好的壹路送回基站控制器（BSC），直至交換機。分集接收就是采用兩種或兩種以上的不同的方法接收同壹信號，以減少衰減帶來的影響，是壹種有效的抗衰落的措施。其基本思想是將接收到的信號分成多路的獨立不相關信號，然後將這些不同能量的信號按不同的規則合並起來。分集依目的分可以為宏觀分集（macroscopic ）和微觀（microscopic ）分集。宏觀分集是以克服長期衰落為目的的。按信號的傳輸方式可以分為顯分集和隱分集兩種。顯分集指的是構成明顯分集信號的傳輸方式，多指利用多副天線接收信號的分集。隱分集：分集作用含在傳輸信號中的方式，在接受端利用信號處理技術實現分集，它包括交織編碼技術，跳頻技術等。隱分集壹般用在數字移動通信中。顯分集包括以下幾種： 利用地形無源反射器抵抗衰落。在微波路由設計中，我們可以利用地形地物來阻擋反射波，使反射波不能直接到達接收機，從而達到減少衰落的目的。同時，也可以用無源反射器來改變微波的射線方向，繞開障礙物，達到克服繞射衰落。 極化分集。通過發射端的天線發射兩個極化垂直的信號，接收端分集接收，這樣可以在壹定程度上減少多徑的影響。不過，極化會產生3db 的衰減。因為發射端必須將能量分到兩個不同的極化天線。 角度分集。當工作頻率高於10GHz 時，從發射機到接收機的散射信號產生從不同方向來的互不相關的信號。這樣在同壹位置有指向不同方向的兩個或更多的有向天線能向合成器提供信號，達到克服衰落的目的。 時間分集。即在不同的時間內發相同的信號，接收信號是互不相關的。 此外還有： （1 ）空間分集空間分集。在接收端架幾副高度不同的天線，利用電磁波到達各接收天線的不同行程來減少衰減。這種方法通常應用在大通路的微波幹線上。實踐表明，分集接收對相位幹擾型衰落是非常有效的，但對繞射衰落，雨霧吸收衰落的抵抗作用不明顯，這時只有依靠適當改變天線增大發信功率來實現。 （2 ）頻率分集頻率分集。用兩個以上的頻率同時傳送壹個信號，在接收端對不同頻率的信號進行合成，利用電磁波在不同頻率下的不同行程來減少或消除影響。這種方法效率較好，且只需壹副天線，但在頻率十分緊張的無線頻段，頻率的使用效率就顯得不太高了。 （3 ）自適應均衡技術另外還有壹種就是信道均衡技術。所謂均衡就是接收端的均衡器產生與信道特性相反的特性，用來抵消信道的時變多徑傳播特性引起的幹擾。即通過均衡器消除時間和信道的選擇性。它用於解決符號間幹擾的問題，適用於信號不可分離多徑的條件下，且時延擴展遠大於符號的寬度。可分為時域均衡和頻域均衡兩種。 頻域均衡指的是總的傳輸函數滿足無失真傳輸的條件，即校正幅度特性和群時延特性。時域均衡是使總沖擊響應滿足無碼間幹擾的條件，數字通信多采用時域均衡，而模擬通信則多采用頻域均衡