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分集和交织技术

1. 分集技术
      分集技术是用来补偿信道衰落影响的,它通常要通过两个或更多的接收支路来实现。基站和移动台的接收机都可以应用分集技术。由于在任一瞬间,两个非相关的衰落信号同时处于深度衰落的概率是极小的,因此合成信号的衰落程度会明显减小。 
分集技术
       分集有两重含义:一是分散传输,使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号;二是集中处理,即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并,以降低衰落的影响。
      分集的接收合并方式主要有三种:选择性合并、最大比合并和等增益合并。
       设分集重数为L,则合并的信号的表示为:分集和交织技术(图2)
       其中ki为加权系数,i=0,l,2,3・・・,L。选择不同的加权系数就形成了不同的合并方法。
(1) 选择性合并
      选择性合并方法是在多支路(子信道)接收信号中,选择信噪比最高的支路的信号作为输出信号。
(2) 最大比合并
       每一支路有一个加权(放大器增益),加权的权重依各支路信噪比来分配,信噪比大的支路权重大,信噪比小的支路权重小。
(3) 等增益合并
       当最大比合并中的加权系数为1时,就是等增益合并。
       理论分析表明最大比合并的性能最好,其次是等增益合并。
       分集技术有多种,依信号的传输方式主要可分为两大类:显分集和隐分集。
       显分集最通用的分集技术是空间分集,即几个天线被分隔开来,并被连到一个公共的接收系统中。当一个天线未检测到信号时,另一个天线却有可能检测到信号的峰值.而接收机可以随时选择接收到的最佳信号作为输入。其他的显分集技术包括天线极化分集、频率分集和时间分集等。
       隐分集主要是指把分集作用隐蔽于传输信号之中(如交织编码、直接序列扩频技术等),在接收端利用信号处理技术实现分集。隐分集只需一副天线来接收信号,因此在数字移动通信系统中得到了广泛的应用。例如码分多址(CDMA)系统通常使用RAKE接收机,它能够通过时间分集来改善链路性能。
       另外依分集的目的,分集还可分为宏分集和微分集。
信道编码
       宏分集主要是用于蜂窝移动通信系统中,也称为多基站分集。这是一种减少慢衰落影响的分集技术,其做法是把多个基站设备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,接收机可选择其中一个信号最好的基站进行通信。
       微分集是一种减少快衰落的分集技术,依获得分支的方法不同,可分为空间分集、频率分集、极化分集、场分集、角度分集和时间分集等。常用的分集技术有天线分集技术、时间分集技术、频率隐分集技术和多径分集技术等。
       在无线通信系统中很多都采用两个接收天线,已达到空间分集的效果。采用编码加交织方式实现时间隐分集的作用;在无线数据传输中,釆用多种自动重传技术实现时间分集;采用跳频扩频或直接序列扩频技术实现频率隐分集作用。
2. 信道编码和交织技术
       信道编码是通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链路的性能的。在发射机的基带部分,信道编码器把一段数字序列映射成另一段包含更多数字比特的码序列。然后,
       把已被编码的码序列进行调制以便在无线信道中传送。
交织编码
       接收机可以用信道编码来检测或纠正由于在无线信道中传输而引入的一部分或全部的误码。由于解码是在接收机进行解调之后执行的,所以编码被看作一种后检测技术。由于编码而附加出来的数据比特会降低在信道中传输的原始数据速率,也就是会扩展信道的带宽。信道编码通常有两类:分组编码和卷积编码。
       交织编码的目的是把一个由衰落造成的较长的突发差错离散成随机差错,再用纠正随机差错的编码(FEC)技术消除随机差错。以线性分组码为例,先将k位信息编成具有t位纠错能力的"位码字的分组码再将其编码码字序列构成交织编码矩阵。现以分组码(7,3)为例给出交织编码矩阵如图9所示。
交织矩阵
图9   交织矩阵
       交织编码矩阵中的行为FEC的码字,它由&位信息位及n-k冗余位组成。矩阵中行的数目M为交织深度。交织编码的过程是将FEC码字序列按行写入而按列读出。其交织编码输出序列为
分集和交织技术(图6)
       若交织编码输出序列中的突发差错如下划线所示从an到亿麟,则经过解交织(交织编码的逆过程)后,每一FEC码字中只发生2位差错,当t≥2时即可消除差错。
       交织深度M越大,离散度越大,抗突发差错能力也越强。若FEC纠错能力为,时,交织编码可纠正一次突发差错的长度为
分集和交织技术(图7)
       或者说.可纠正t次突发差错长度为M位的差错。交织深度M越大,交织编码处理时间也越长,即是以时间为代价的。因此,交织编码属于时间隐分集。