【文章內(nèi)容簡介】 tA ????? ???多徑時散與相關(guān)帶寬 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 雙射線信道的幅頻特性 A ( ω , t )1+ r1 r2 n πΔ ( t )(2 n +1) πΔ ( t )ω多徑時散與相關(guān)帶寬 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 由圖可見，其相鄰兩個谷點的相位差為 )(12)(22)(tBttc????????????????????則 或 由此可見 ， 兩相鄰場強為最小值的頻率間隔是與多徑時延 Δ(t)成反比的 ， 通常稱 Bc為多徑時散的相關(guān)帶寬 。 若所傳輸?shù)男盘枎捿^寬 ， 以至與 Bc可比擬時 ， 則所傳輸?shù)男盘枌a(chǎn)生明顯的畸變 。 多徑時散與相關(guān)帶寬 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 工程上，對于角度調(diào)制信號，相關(guān)帶寬可按下式估算： ?? ?2 1cB式中， Δ為時延擴展。 例如 ， Δ=3μs, Bc=1/(2πΔ)=53kHz。 此時傳輸信號的帶寬應(yīng)小于 Bc=53kHz。 多徑時散與相關(guān)帶寬 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 所謂分集接收是指接收端對它收到的多個衰落特性互相獨立 (攜帶同一信息 )的信號進行特定的處理 ， 以降低信號電平起伏的辦法 。 分 集 接 收 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 在移動通信系統(tǒng)中可能用到兩類分集方式： 一類稱為 “ 宏分集 ” ；另一類稱為 “ 微分集 ” 。 “ 宏分集 ” 主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中 ， 也稱為“ 多基站 ” 分集 。 這是一種減小慢衰落影響的分集技術(shù) ，其作法是把多個基站設(shè)置在不同的地理位置上 (如蜂窩小區(qū)的對角上 )和在不同方向上 ， 同時和小區(qū)內(nèi)的一個移動臺進行通信 (可以選用其中信號最好的一個基站進行通信 )。 分集方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 顯然 ， 只要在各個方向上的信號傳播不是同時受到陰影效應(yīng)或地形的影響而出現(xiàn)嚴(yán)重的慢衰落 (基站天線的架設(shè)可以防止這種情況發(fā)生 )， 這種辦法就能保持通信不會中斷 。 “ 微分集 ” 是一種減小快衰落影響的分集技術(shù) ， 在各種無線通信系統(tǒng)中都經(jīng)常使用 。 理論和實踐都表明 ，在空間 、 頻率 、 極化 、 場分量 、 角度及時間等方面分離的無線信號 ， 都呈現(xiàn)互相獨立的衰落特性 。 據(jù)此 ， 微分集又可分為下列六種： 分集方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 (1) 空間分集 。 空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性 ， 即在任意兩個不同的位置上接收同一個信號 ， 只要兩個位置的距離大到一定程度 ， 則兩處所收信號的衰落是不相關(guān)的 。 為此 ， 空間分集的接收機至少需要兩副相隔距離為 d的天線 ， 間隔距離 d與工作波長 、 地物及天線高度有關(guān) ，在移動信道中 ， 市區(qū) d= d= 在滿足上式的條件下 ， 兩信號的衰落相關(guān)性已很弱； d越大 ， 相關(guān)性就越弱 。 由上式可知 ， 在 900MHz的頻段工作時 ， 兩副天線的間隔也只需 . 分集方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 (2) 頻率分集 。 由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個信號所遭受的衰落可以認(rèn)為是不相關(guān)的 ， 因此可以用兩個以上不同的頻率傳輸同一信息 ， 以實現(xiàn)頻率分集 。 根據(jù)相關(guān)帶寬的定義 ， 即 式中 ， Δ為延時擴展 。 例如 ， 市區(qū)中 Δ=3μs, Bc約為53kHz。 這樣頻率分集需要用兩部以上的發(fā)射機 (頻率相隔 53kHz以上 )同時發(fā)送同一信號 ， 并用兩部以上的獨立接收機來接收信號 。 它不僅使設(shè)備復(fù)雜 ， 而且在頻譜利用方面也很不經(jīng)濟 。 ?? ?21cB分集方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 (3) 極化分集 。 由于兩個不同極化的電磁波具有獨立的衰落特性 ， 所以發(fā)送端和接收端可以用兩個位置很近但為不同極化的天線分別發(fā)送和接收信號 ， 以獲得分集效果 。 極化分集可以看成空間分集的一種特殊情況 ， 它也要用兩副天線 (二重分集情況 )， 但僅僅是利用不同極化的電磁波所具有的不相關(guān)衰落特性 ， 因而縮短了天線間的距離 。 在極化分集中 ， 由于射頻功率分給兩個不同的極化天線 ， 因此發(fā)射功率要損失 3 dB。 分集方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 (4) 場分量分集 。 由電磁場理論可知 ， 電磁波的 E場和H場載有相同的消息 ， 而反射機理是不同的 。 例如 ， 一個散射體反射 E波和 H波的駐波圖形相位差 90176。 ， 即當(dāng) E波為最大時 ， H波為最小 。 在移動信道中 ， 多個 E波和 H波疊加 ，結(jié)果表明 EZ、 HX和 HY的分量是互不相關(guān)的 ， 因此 ， 通過接收三個場分量 ， 也可以獲得分集的效果 。 場分量分集不要求天線間有實體上的間隔 ， 因此適用于較低工作頻段 (例如低于 100MHz)。 當(dāng)工作頻率較高時 (800~900MHz)， 空間分集在結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn) 。 場分量分集和空間分集的優(yōu)點是這兩種方式不像極化分集那樣要損失 3 dB的輻射功率 。 分集方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 (5) 角度分集 。 角度分集的作法是使電波通過幾個不同路徑 ， 并以不同角度到達接收端 ， 而接收端利用多個方向性尖銳的接收天線能分離出不同方向來的信號分量；由于這些分量具有互相獨立的衰落特性 ， 因而可以實現(xiàn)角度分集并獲得抗衰落的效果 。 顯然 ， 角度分集在較高頻率時容易實現(xiàn) 。 分集方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 (6) 時間分集 。 同一信號在不同的時間區(qū)間多次重發(fā) ，只要各次發(fā)送的時間間隔足夠大 ， 那么各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨立的 ， 接收機將重復(fù)收到的同一信號進行合并 ， 就能減小衰落的影響 。 時間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號 。 此外 ， 時間分集也有利于克服移動信道中由多普勒效應(yīng)引起的信號衰落現(xiàn)象 。 由于它的衰落速率與移動臺的運動速度及工作波長有關(guān) ， 為了使重復(fù)傳輸?shù)臄?shù)字信號具有獨立的特性 ， 必須保證數(shù)字信號的重發(fā)時間間隔滿足以下關(guān)系： )/(2121????? mfT分集方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 假設(shè) M個輸入信號電壓為 r1(t)， r2(t), …， rM(t)， 則合并器輸出電壓 r(t)為 ??????????MkkkMM tratratratratr12211 )()()()()(式中， ak為第 k個信號的加權(quán)系數(shù) 。 (1) 選擇式合并。選擇式合并是檢測所有分集支路的信號，以選擇其中信噪比最高的那一個支路的信號作為合并器的輸出。由上式可見，在選擇式合并器中，加權(quán)系數(shù)只有一項為 1，其余均為 0。 合并方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 二重分集選擇式合并 接收機 1接收機 2合并方式 重慶郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 張祖凡 (2) 最大比值合并 。 最大比值合并是一種最佳合并方式 ， 其方框圖如圖 3 39 所示 。 為了書寫簡便 ， 每一支路信號包絡(luò) rk(t)用 rk表示 。 每一支路的加權(quán)系數(shù) ak與信號包絡(luò) rk成正比而與噪聲功率 Nk成反比 ， 即 kbk Nra ?由此可得最大比值合并器輸出的信號包絡(luò)為 ??????Mk kk