（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）衛(wèi)星移動(dòng)通信中分集接收和糾錯(cuò)編碼技術(shù)的研究.pdf

摘要上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 衛(wèi)星移動(dòng)通信中分集接收和糾錯(cuò)編碼技術(shù)的研究 摘要 本文主要研究利用分集接收技術(shù)和糾錯(cuò)編碼技術(shù)對(duì)抗c d m a 衛(wèi) 星移動(dòng)通信信道衰落的問(wèn)題，內(nèi)容主要涉及r a k e 接收機(jī)、多星分 集、空間分集、糾錯(cuò)編碼及它們的綜合應(yīng)用。 ! 本文在第二章介紹了描述移動(dòng)通信信道的幾種常用的數(shù)學(xué)函數(shù)， 并總結(jié)了四種目前被廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型。 本文在第三章首先介紹了分集技術(shù)的基本原理，包括分集技術(shù)的 分類和分集合并技術(shù)。其次，分析了在二進(jìn)制p s k 、相干f s k 、d p s k 和非相干f s k 調(diào)制方式下，r a k e 接收機(jī)在r a y l e i g h 衰落信道上的 誤碼率性能。隨后，討論了多星分集的原理并基于一個(gè)三狀態(tài)模型對(duì) 其的性能作了定性分析。在此基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)綜合應(yīng)用 r a k e 接收機(jī)和多星分集技術(shù)的衛(wèi)星接收機(jī)系統(tǒng)模型，針對(duì)c l o o 的郊區(qū)環(huán)境模型，推導(dǎo)出二進(jìn)制正交f s k 調(diào)制方式下，最大比合并 r a k e 接收機(jī)的系統(tǒng)平均誤碼率公式，并在不同陰影遮蔽參數(shù)條件 下，對(duì)提出的公式進(jìn)行了數(shù)值分析。結(jié)果表明，在衛(wèi)星移動(dòng)通信信道 中，r a k e 接收機(jī)和多星分集技術(shù)結(jié)合可有效克服多徑和陰影衰落。 本文在第四章首先介紹了空間分集和糾錯(cuò)編碼的基本原理，在此 基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)綜合應(yīng)用糾錯(cuò)編碼和空間分集技術(shù)的計(jì)算機(jī)仿真 模型，并詳細(xì)說(shuō)明了各個(gè)模塊的仿真方法。最后，通過(guò)計(jì)算出模型對(duì) 于采用不同糾錯(cuò)編碼和分集路徑數(shù)所得的接收誤碼率，討論了空間分 集和糾錯(cuò)編碼兩種抗衰落技術(shù)綜合應(yīng)用的效果，并分析了糾錯(cuò)編碼的 適用性。結(jié)果表明，選擇適當(dāng)?shù)募m錯(cuò)編碼，可進(jìn)一步提高分集接收的 抗衰落性能。r 關(guān)鍵詞：衛(wèi)星移動(dòng)通信，r a k e 接收機(jī)，多星分集、空間分集、 糾錯(cuò)編碼、c d m a a b s t r a c t上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 r e s e a r c ho nd i v e r s i t yr e c e p t i o n a n de r r o r c o r r e c t i o nc o d i n gt e c h n i q u e si nm o b i l e s a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o n s a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s c si t sr e s e a r c ho nd i v e r s i t yr e c e p t i o na n d e r r o rc o r r e c t i o nc o d i n gt e c h n i q u e st oc o m b a tf a d i n gi nc d m a b a s e d m o b i l es a t e l l i t ec h a n n e l s t h ec o n t e n tr e f e r st or a k er e c e i v e r m u l t i s a t e l l i t ed i v e r s i t y ，s p a c ed i v e r s i t y ，e r r o rc o r r e c t i o nc o d i n ga n dt h e i r i n t e g r a t e da p p l i c a t i o n s i nt h es e c o n dc h a p t e rs e v e r a lf r e q u e n t l yu s e dm a t h e m a t i c a lf u n c t i o n s a r ei n t r o d u c e dw h i c ha r eu s e dt od e s c r i b em o b i l es a t e l l i t ec h a n n e l sa n d f o u rw i d e l ya p p l i e dm o b i l es a t e l l i t ec h a n n e lm o d e l sa r ea l s op r e s e n t e d i nt h et h i r dc h a p t e rt h ef u n d a m e n t a lt h e o r yo f d i v e r s i t yt e c h n i q u e s i s i n t r o d u c e da tf i r s t ，i n c l u d i n gt h ec l a s s i f i c a t i o no f d i v e r s i t yt e c h n i q u e sa n d d i v e r s i t yc o m b i n i n gt e c h n i q u e s s e c o n d l yt h eb i te r r o rp r o b a b i l i t y ( b e p ) p e r f o r m a n c eo f ara k er e c e i v e ri sa n a l y z e di nr a y l e i g hf a d i n gc h a n n e l s u s i n gb i n a r y p s k c o h e r e n tf s k ，d p s ka n d n o n c o h e r e n tf s k m o d u l a t i o n t h i r d l yt h ef u n d a m e n t a lt h e o r yo f m u l t i s a t e l l i t ed i v e r s i t yi s i n t r o d u c e da n di t s p e r f o r m a n c e i s a n a l y z e dq u a l i t a t i v e l yu s i n g a t h r e e s t a t ec h a n n e lm o d e l o nt h eb a s i so fa b o v em e n t i o n e d ，as a t e l l i t e r e c e p t i o ns y s t e mm o d e l i sp r e s e n t e dw h i c ha p p l i e sb o t hr a k e r e c e p t i o n a n dm u l t i s a t e l l i t ed i v e r s i t yt e c h n i q u e s b a s e do nc l o o sr u r a lc h a n n e l m o d e l ，t h ea v e r a g eb i te r r o rp r o b a b i l i t yw i t ham a x i m a lr a t i oc o m b i n i n g r a k er e c e i v e ri sd e r i v e d u s i n gt h eb i n a r yo r t h o g o n a lf s km o d u l a t i o n ， t h eb i te r r o r p r o b a b i l i t y i se v a l u a t e df o r l i g h t ，a v e r a g e a n dh e a v y s h a d o w i n g n u m e r i c a lr e s u l t s s h o wt h a tt h e i n t e g r a t e da p p l i c a t i o n o f r a k er e c e p t i o na n dm u l t i s a t e l l i t e d i v e r s i t yt e c h n i q u e s c a nc o m b a t m u l t i p a t h a n ds h a d o w f a d i n ge f f e c t i v e l y i nm o b i l es a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o n s a b s t r a c t上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 i nt h ef o u r t hc h a p t e rt h ef u n d a m e n t a lt h e o r yo f s p a c ed i v e r s i t ya n d e r r o rc o r r e c t i o n c o d i n g i si n t r o d u c e da tf i r s t o nt h eb a s i so fi t ，a c o m p u t e r - s i m u l a t e d m o d e lo ft h ei n t e g r a t e da p p l i c a t i o no f s p a c ed i v e r s i t y a n de r r o rc o r r e c t i o nc o d i n gt e c h n i q u e si sb u i l tu d t h es i m u l a t i o nm e t h o d o f e a c hm o d u l a ri nt h i sm o d e li se x p l a i n e di nd e t a i l s a tl a s t t h eb e r o f t h er e c e i v e ds i g n a l si sc a l c u l a t e du s i n gd i f f e r e n te r r o rc o r r e c t i o nc o d e s a n d d i v e r s i t yp a t h n u m b e r s t h ee f f e c t i v e n e s so ft h e i n t e g r a t e d a p p l i c a t i o n o ft h e s et w oa n t i f a d i n g t e c h n i q u e s i sd i s c u s s e da n dt h e a p p l i c a b i l i t yo f t h ee r r o rc o r r e c t i o nc o d e si sa n a l y z e d n u m e r i c a lr e s u l t s s h o wt h a tt h ef a d i n g - c o m b a t i n gp e r f o r m a n c eo f d i v e r s i t yr e c e p t i o nw i l l b ee n h a n c e d i f p r o p e r e r r o rc o r r e c t i o nc o d e sa r es e l e c t e dt o a p p l y k e yw o r d s ：m o b i l es a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o n s ，r a k er e c e i v e r ， m u l t i s a t e l l i t ed i v e r s i t y ，s p a c ed i v e r s i t y ，e r r o rc o r r e c t i o nc o d i n g ，c d m a 第一章緒論 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 第一章緒論 由于衛(wèi)星制造技術(shù)、發(fā)射技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字壓縮技術(shù)和電池容量等的 提高，商用衛(wèi)星的成本顯著下降，衛(wèi)星通信為大眾接受已成為可能。隨著因特網(wǎng) 和多媒體通信的迅猛發(fā)展，高效傳輸大量的數(shù)字化信息和圖像也已成為現(xiàn)實(shí)需 求。據(jù)調(diào)查，2 1 世紀(jì)初，世界上可能有8 0 的陸地，約4 0 的人口，不在地面 移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的覆蓋范圍內(nèi)，這就給衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展提供了一個(gè)良好的機(jī)遇。 實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信，即用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人進(jìn)行任何方式的 通信，是未來(lái)通信追求的目標(biāo)，而衛(wèi)星移動(dòng)通信是全球個(gè)人通信中不可缺少的組 成部分。近年來(lái)，具有小時(shí)延、大數(shù)據(jù)傳輸率特點(diǎn)的低軌道( l e o ) 衛(wèi)星移動(dòng)通 信系統(tǒng)更是各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的熱點(diǎn)，如圖1 1 所示，為一典型的低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通 信系統(tǒng)星座示意圖，表l l 則列舉了5 個(gè)典型系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)和軌道高度。其中， g l o b e s t a r 和i r i d i u m 目前均已投入使用，它們屬于窄帶系統(tǒng)，主要提供實(shí)時(shí)的語(yǔ) 音服務(wù)；t e l e d e s i c 、c e l e s t r i 和s k yb r i d g e 正在建設(shè)中，屬于寬帶系統(tǒng)，除語(yǔ)音 服務(wù)外，主要提供高速的多媒體信息傳輸服務(wù)。有關(guān)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的詳細(xì)介 紹，請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)【1 、【2 】。 我國(guó)幅員遼闊，長(zhǎng)途干線只靠鋪設(shè)電纜、光纖，費(fèi)用巨大，如果采用衛(wèi)星移 動(dòng)通信就可以提供方便的服務(wù)，而且利用同一個(gè)系統(tǒng)，還可以實(shí)現(xiàn)全球定位和導(dǎo) 航，對(duì)軍事、民用領(lǐng)域均有重大意義?；谝陨显?，本文把低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通 信作為研究領(lǐng)域，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 第一章緒論 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 表1 1典型的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)軌道高度( k m ) g l o b a l s t a r4 81 4 0 0 i r i d i u m6 67 8 0 t e l e d e s i c2 8 87 0 0 c e l e s t r i6 3 + 91 4 0 0 3 5 8 0 0 s k yb r i d g e 6 41 4 5 7 1 2 衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型 低軌道衛(wèi)星星座克服了傳統(tǒng)衛(wèi)星通信時(shí)延長(zhǎng)、收發(fā)功率大等缺點(diǎn)，使衛(wèi)星通 信提供便攜式手持機(jī)的實(shí)時(shí)通信成為可能，但是，它也隨之帶來(lái)了不少新的問(wèn)題。 其中，由于衛(wèi)星仰角減小而引起的嚴(yán)重的多徑效應(yīng)和陰影效應(yīng)尤其值得關(guān)注。和 地面蜂窩通信系統(tǒng)有諸多相似之處卻又不完全相同，低軌道衛(wèi)星通信信道有其自 身的特點(diǎn)，如在地面蜂窩系統(tǒng)中，幾乎不可能有直視信號(hào)分量，信道模型多用 r a y l e i g h 或l o g n o r m a l r a y l e i g h 分布描述，但是在衛(wèi)星移動(dòng)通信中，由于衛(wèi)星在 離地面約1 0 0 0 公里的高度，很多情況下存在直視信號(hào)分量，故對(duì)信道的特征化 描述不能照搬現(xiàn)有的地面通信系統(tǒng)信道模型。通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬 和，科學(xué)家們提出了多個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)通信的信道模型。c l o o 率先提出了一個(gè)綜合 考慮多徑和陰影衰落的信道模型【3 】，它由受陰影遮蔽的直視信號(hào)分量和r a y l e i g h 分布的多徑分量組成，被認(rèn)為適合于郊區(qū)環(huán)境。l u t z 等人提出的雙狀態(tài)信道模型 州適用于城市環(huán)境，它由陰影狀態(tài)和無(wú)陰影狀態(tài)組成。隨后，c o r a z z a 提出了適 合于各種環(huán)境的信道模型【5 】，而g l i s i c 則把上述窄帶信道模型擴(kuò)展為寬帶模型舊。 以上的信道模型為進(jìn)一步深入地研究衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)?；赾 l o o 的信道模型，文獻(xiàn)【7 討論了在不同陰影參數(shù)條件下，b p s k 調(diào)制的誤碼率性能， 在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn) 8 】給出了采用最大比合并空間分集后的誤碼率性能表達(dá)式。 基于l u t z 的信道模型，文獻(xiàn)【9 】、【l o 耐論了空間分集的誤碼率性能。此外，文 獻(xiàn) 1 1 】提供了有關(guān)的誤碼率的簡(jiǎn)化算法。 1 3c d m a 衛(wèi)星移動(dòng)通信抗衰落技術(shù) 在地面蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，c d m a 已被證明是一種高效的多址接入技術(shù) 1 1 2 1 - 1 5 1 ，而把這種技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)成為近期衛(wèi)星移動(dòng)通信研究領(lǐng)域 的熱點(diǎn)【i 6 】，具體的研究方向包括功率控制1 3 】。l9 】、多用戶信號(hào)檢測(cè)f 2 0 】。 2 1 j 、自 適應(yīng)干擾消除【2 2 1 凹1 、分集技術(shù)等。本文基于c d m a 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，重點(diǎn)研 究利用分集技術(shù)及其和編碼技術(shù)的綜合應(yīng)用，來(lái)對(duì)抗嚴(yán)重的信道衰落的問(wèn)題。 第一章緒論上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 研究表明，在衛(wèi)星移動(dòng)通信中c d m a 系統(tǒng)不僅比f(wàn) d m a 系統(tǒng)擁有更大的系 統(tǒng)容量 2 4 】_ 【2 6 1 ，而且可以有效地分離多徑分量，實(shí)現(xiàn)r a k e 分集接收，從而大大減 輕多徑衰落的影響。文獻(xiàn) 2 7 1 討論q p s k 、o q p s k 、m s k 、b p s k 調(diào)制方式下的 多徑分集接收；文獻(xiàn) 2 8 是一個(gè)r a k e 接收機(jī)的選擇式合并方案；文獻(xiàn) 2 9 】在一 個(gè)地面和衛(wèi)星混合的廣播系統(tǒng)中應(yīng)用了r a k e 分集接收技術(shù)；文獻(xiàn)【3 0 討論了 n a k a g a m i 衰落信道上的r a k e 接收機(jī)性能：文獻(xiàn) 3 l 】討論了雙重選擇性衰落信 道上的r a k e 接收機(jī)性能；文獻(xiàn) 3 2 】討論了基于g l i s i c 寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信信道上 的r a k e 接收機(jī)性能。 為對(duì)抗陰影效應(yīng)，在地面c d m a 蜂窩通信中，通常同時(shí)采用幾種分集方案。 文獻(xiàn) 3 3 】、 3 4 在地面移動(dòng)通信中同時(shí)應(yīng)用了“軟切換”技術(shù)和r a k e 接收機(jī)， 文獻(xiàn) 3 5 n | j 綜合應(yīng)用了空間分集和r a k e 接收機(jī)技術(shù)，均有效地提高了系統(tǒng)的容 量。值得注意的是，“軟切換”屬于宏分集技術(shù)，即移動(dòng)臺(tái)同時(shí)接收多個(gè)基站的 信號(hào)，從中選出信號(hào)強(qiáng)度較高的一路與之保持通信，這種技術(shù)對(duì)抗陰影效應(yīng)效果 明顯。受其啟發(fā)，在低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于地面接收機(jī)可同時(shí)從多個(gè) 衛(wèi)星上接收信號(hào)，故可以采用相類似的宏分集技術(shù)，即多星分集技術(shù)。文獻(xiàn) 【3 6 一 4 0 】對(duì)多星分集進(jìn)行了有關(guān)的研究工作。 在移動(dòng)通信中，除分集技術(shù)外，糾錯(cuò)編碼技術(shù)也是一種常用的抗衰落技術(shù)， 這兩種技術(shù)在使用中，既可單獨(dú)使用，也可組合使用。文獻(xiàn)【4 1 】- 【4 3 】基于n a k a g a m i 衰落信道，討論了綜合應(yīng)用t r e l l i s 編碼和開(kāi)關(guān)式合并空間分集技術(shù)的性能；文獻(xiàn) 【4 4 討論了糾錯(cuò)編碼、空間分集、功率控制、碼率控制四種技術(shù)及其組合使用對(duì) 抑制衰落的作用；文獻(xiàn) 4 5 1 通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的方法研究了b c h 糾錯(cuò)編碼與二重 空間分集技術(shù)綜合應(yīng)用的性能。 綜上所述，在基于c d m a 的低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為有效的對(duì)抗多 徑和陰影衰落，可以采用r a k e 接收機(jī)、多星分集、空間分集、糾錯(cuò)編碼等技 術(shù)，而且倘若將這些技術(shù)綜合應(yīng)用，可以獲得更佳的效果。本文正是在總結(jié)目前 有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，提出了自己的抗衰落系統(tǒng)模型并進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值計(jì)算 和分析。 i 4 本文的工作及其意義 本文第二章將介紹描述衰落的幾種常用數(shù)學(xué)分布函數(shù)，并對(duì)幾種廣泛引用的 衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型作了詳細(xì)介紹。 本文第三章提出了一個(gè)綜合應(yīng)用r a k e 接收機(jī)和多星分集技術(shù)的接收機(jī)系 統(tǒng)模型，并針對(duì)c l o o 的郊區(qū)環(huán)境模型，推導(dǎo)出二進(jìn)制正交f s k 調(diào)制方式下， 最大比合并r a k e 接收機(jī)的系統(tǒng)平均誤碼率公式，并在不同陰影遮蔽參數(shù)條件 下，對(duì)該公式進(jìn)行了數(shù)值分析，所得結(jié)論定量表述了在衛(wèi)星移動(dòng)通信多徑衰落信 第一章緒論上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 道中r a k e 接收機(jī)提高系統(tǒng)信噪比的程度。此外，本章還定性討論了模型中多 星分集技術(shù)的性能。 本文第四章建立了一個(gè)從信號(hào)產(chǎn)生、編碼、調(diào)制、衰落、分集接收直至解調(diào)、 解碼的計(jì)算機(jī)仿真模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，對(duì)信號(hào)分別采用若干種糾錯(cuò)編碼技術(shù)， 并使其通過(guò)一個(gè)幅度變化的瑞利衰落信道，使用不同路徑數(shù)的空間分集技術(shù)接 收，最終統(tǒng)計(jì)出各種方案的誤碼率，確定特定糾錯(cuò)編碼的適用性，并得出空間分 集和糾錯(cuò)編碼兩種抗衰落技術(shù)綜合應(yīng)用的效果。 現(xiàn)對(duì)本文研究工作的意義做如下歸納： 1 鑒于目前國(guó)內(nèi)對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信的相關(guān)研究較薄弱，有關(guān)其信道模型的文 獻(xiàn)極少，本文第二章總結(jié)的幾種常用的衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型可以作為 其他學(xué)者對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)一步展開(kāi)研究的基礎(chǔ)。 2 為便于理論計(jì)算，目前在衛(wèi)星移動(dòng)通信中對(duì)r a k e 接收機(jī)的研究( 參見(jiàn) 1 3 節(jié)) 多選用了相對(duì)簡(jiǎn)單的等增益合并分集接收方案，而未采用性能 最優(yōu)的最大比合并分集接收方案，并且也沒(méi)有考慮低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信 中顯著的陰影效應(yīng)對(duì)r a k e 分集接收的影響。本文第三章提出的系統(tǒng)模 型和數(shù)值計(jì)算彌補(bǔ)了這些方面的遺憾。 3 在目前分集技術(shù)和糾錯(cuò)編碼技術(shù)綜合應(yīng)用的研究中( 參見(jiàn)1 3 節(jié)) ，未涉 及在分集接收和糾錯(cuò)編碼技術(shù)的兩者關(guān)系和編碼適用性方面的研究，而 本文第四章建立的計(jì)算機(jī)仿真模型對(duì)此進(jìn)行了深入研究，而且本模型采 用了模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)不同模塊重新編寫(xiě)后，有助于進(jìn)行更廣泛的研究工 作。 4 第二章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型 衛(wèi)星通信的電波跨越距離大，因此影響電波傳播的因素很多。表2 - 1 列出了 有關(guān)的傳播問(wèn)題【4 6 1 。 表2 - 1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的傳播問(wèn)題 傳播問(wèn)題物理原因主要影響 衰減和天空噪聲增加大氣氣體、云、雨大約1 0 g h z 以上頻率 c 和k u 頻段的雙極化系 信號(hào)去極化雨、冰結(jié)晶體 統(tǒng) 折射和大氣多徑大氣氣體低仰角跟蹤和通信 對(duì)流層：低仰角和1 0 g h z 信號(hào)閃爍對(duì)流層和電離層折射擾動(dòng)以上頻率 電離層：1 0 g h z 一下頻率 反射多徑和阻塞地球表面及表面上物體衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù) 精確的定時(shí)、定位系統(tǒng)、 傳播延遲、變化對(duì)流層和電離層 t d m a 系統(tǒng) 低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)雖然很好地克服了同步衛(wèi)星通信的傳播延遲、傳播 損耗等問(wèn)題，有利于即時(shí)的高速數(shù)據(jù)通信。然而，低軌道衛(wèi)星星座也隨之帶來(lái)了 不少新的問(wèn)題，其中由于衛(wèi)星仰角減小及衛(wèi)星高速移動(dòng)而引起的嚴(yán)重的多徑和陰 影衰落尤其值得關(guān)注。本章2 1 節(jié)介紹了描述多徑效應(yīng)和陰影遮蔽的常用數(shù)學(xué)概 率分布模型；2 2 2 5 節(jié)總結(jié)了幾種目前被廣泛引用的衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型，作 為本文第三、第四章建模、理論推導(dǎo)和數(shù)值分析的基礎(chǔ)。 2 1 多徑效應(yīng)和陰影遣蔽 與地面移動(dòng)通信相類似，電波在低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信環(huán)境傳播時(shí)，會(huì)遇到各 種物體，經(jīng)反射、散射、繞射到達(dá)接收天線時(shí)，己成為通過(guò)各個(gè)路徑到達(dá)的合成 波，即多徑效應(yīng)。設(shè)發(fā)射信號(hào)為： s ( t ) = r e s ，( ，) 口月鰣】( 2 - 1 ) 則經(jīng)多徑傳播后，接收信號(hào)為： x ( t ) 。藝( ，) j ( ，一o ( f ) ) ” r ，一們 = r e ( r 弦- j 2 j c c r o ) s t ( t o ( f ) ) 】p 。2 礬) ” 第二章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 其中，口。( f ) 為第r 1 個(gè)路徑上的衰減因子，f 。( f ) 為第n 個(gè)路徑上的衰減延遲。 由于各傳播路徑分量的幅度和相位各不相同，因此合成信號(hào)起伏很大，形成 多徑衰落。此外，電波受建筑物、樹(shù)木等阻擋被衰落，稱為陰影遮蔽。對(duì)于多徑 效應(yīng)，通常使用r i c e ，r a y l e i g h ，n a k a g a m i 概率密度函數(shù)進(jìn)行描述；對(duì)于陰影遮蔽， 采用l o g n o r m a l 概率密度函數(shù)進(jìn)行描述。 2 1 1r i c e 分布 由建筑物、樹(shù)木或其它反射物造成的反射波形成的多徑信號(hào)，與直視信號(hào)合 成，其信號(hào)包絡(luò)r 的分布即為r i c e 分布。胄= i ，= 耳+ 霹，其中x l 和x 2 是 統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的高斯隨機(jī)變量，它們具有均值i n j ( i _ l 、2 ) 以及相同的方差盯2 。r i c e 分布的概率密度函數(shù)為： 蹦咖孝e - ( r z + s 2 ) 2 口z i o ( 享- r ) ， ，- 0 ( 2 3 ) 其中，盯2 的物理含義為平均多徑功率，j 2 = 研? + 州；，l o ( ) 是第一類零階修 正貝塞爾函數(shù)。 幾一 作為上式的推廣，令r = 、霹，其中x i ( i = l 、2 、n ) 是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的 高斯隨機(jī)變量，均值為m i ( i = l 、2 、n ) 而相同的方差等于盯2 。則廣義的 r i c e 分布概率密度函數(shù)為： 蹦r ) _ 篆n m 2 h ( 例 ( 2 _ 4 ) 2 1 2r a y l e i g h 分布 r a y l e i g h 分布可看成是r i c e 分布的特殊情況，即當(dāng)沒(méi)有直視信號(hào)分量時(shí)， 接收信號(hào)全部由多徑信號(hào)組成，其信號(hào)包絡(luò)r 的分布即為r a y l e i g h 分布。 r = y = 砰+ 霹，其中x l 和x 2 是均值為零的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立高斯隨機(jī)變量，具有相 同的方差仃2 。r a y l e i g h 分布的概率密度函數(shù)為： p r ( r ) = 專日。q 2 “，r 0 ( 2 5 ) 廠一 作為上式的推廣，令r 2 1 矸，其中x i ( i = l 、2 、n ) 是均值為零的 i 扛l 統(tǒng)計(jì)獨(dú)立高斯隨機(jī)變量，具有相同的方差盯2 。則廣義的r a y l e i g h 分布概率密度 函數(shù)為： 6 第二章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 p 一( r ) 2 ：兩f n - i e 一，2 2 j 2 ，r 。 c z s ， 2 1 3n a k a g a m i 分布 另一種描述多徑衰落信道的常用分布是n a k a g a m i 分布，其概率密度函數(shù) 為： 刪3 志( 抄2 ”k 2 ( 2 _ 7 ) 其中q 司( ) ，一志雕圭 當(dāng)m = 1 時(shí)，上式即為r a y l e i g h 分布的概率密度函數(shù)：當(dāng)去m 1 時(shí)，n a k a g a m i 分 布表征的信道衰落情況好于r a y l e i g h 衰落。 2 1 4l o g n o r m a l 分布 衛(wèi)星與地面站之間的直視信號(hào)被路邊的樹(shù)木或其它障礙物吸收或散射掉時(shí)， 陰影遮蔽效應(yīng)出現(xiàn)。l o g n o r m a l 分布的概率密度函數(shù)為： 刪2 習(xí)靄1 產(chǎn)，。 ( 2 8 ) 其中，哪d o 分別是l n r 的均值和方差。 基于不同的物理環(huán)境，在衛(wèi)星移動(dòng)通信中，將上述幾種概率密度函數(shù)適當(dāng)組 合后，構(gòu)成各種傳播特性的概率分布模型。 7 第二章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 郊區(qū)環(huán)境信道模型 受r a y i e i 落的多徑 接收信號(hào) 圖2 - 1 郊區(qū)環(huán)境信道模型示意圖 c l o o 提出了一種信道模型【3 】，適用于郊區(qū)環(huán)境，即大部分時(shí)間存在直視信號(hào) 分量。如圖2 1 所示，模型假定信號(hào)由受陰影遮蔽的點(diǎn)視信號(hào)分量( 呈l o g n o r m a l 分布) 和漫射的多徑信號(hào)分量( 呈r a y l e i g h 分布) 組成。由于直視信號(hào)包絡(luò)變化 較慢，可以假定直視信號(hào)z 暫時(shí)保持不變，那么給定直視信號(hào)z 時(shí)，接收信號(hào)包 絡(luò)r 的條件概率密度為r i c e 分布： 一+ ：2 ) ( 2 9 ) 。( ，f z ) = p厶( _ ) ( 2 功 d o 而直視信號(hào)z 的概率密度為l o g n o r m a l 分布： 一業(yè)! 二些2 1 1 見(jiàn)( z ) 2 麗。p 2 如 2 邶 根據(jù)全概率公式，接收信號(hào)r 的概率密度函數(shù)為： p r ( ，) = lp r ( r jz ) p ：( z ) d z ( i n z - & ) l ( r 2 + z 2 ) 厶( _ r z ) ( 2 11 ：一! 廣p 一1 r 一百址d z b o 、2 n f f o m z 式中，。( ) 是第一類零階修正貝塞爾函數(shù)，b 。是平均多徑功率，和而分 別是l n z 的均值和方差。 表2 - 2 為不同陰影遮蔽條件下的信道參數(shù)取值 。 第= 章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 表2 - 2 郊區(qū)環(huán)境信道模型參數(shù)取值 輕陰影一般陰影重陰影 b 口 0 1 5 80 ，1 2 60 0 6 3 1 島 0 1 5 5一o 1 1 53 9 l 何 0 1 1 50 1 6 l 0 8 0 6 2 3 城市環(huán)境信道模型 受r a yj e i g h 落的多徑分 直視信號(hào)分量 圖2 - 2 域市環(huán)境信道模型示意圖 l u t z 等人提出了另一種信道模型【4 】，適用于城市環(huán)境。模型將傳播鏈路分成 兩種狀態(tài)討論：無(wú)陰影狀態(tài)和陰影狀態(tài)。如圖2 2 所示，在無(wú)陰影狀態(tài)下，信號(hào) 由直視信號(hào)和r a y l e i g l l 分布的多徑信號(hào)組成，包絡(luò)呈r i c e 分布；在陰影狀態(tài)下， 直視信號(hào)被完全散射，多徑信號(hào)呈l o g n o r m a l r a y l e i g h 分布。接收信號(hào)r 的概率 密度函數(shù)為 p r ( r ) 2 ( 1 4 ) p r ，( ，) + a jp r m 咖神( r jt o ) p r o , l ”蒯( ，0 ) 砒( 2 1 2 ) 式中，p r , r i o , ( r ) 盯r r 2 _ 。o _ ( t 2 + s 2 ) 2 0 2 m f ( 盯i s ：，, ， p r , g a y t a 鮒, ( 咖) 寺礦?！眗 ， ( 2 1 3 ) ( 2 一1 4 ) 第二章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 卻( ，0 卜i 贏8 川”乩 a 為陰影遮蔽因子，定義如下： 4 ： 壘 d g + 玩 d 6 ，d g 分別代表陰影狀態(tài)和無(wú)陰影狀態(tài)的平均持續(xù)時(shí)間。 的典型取值為0 5 0 8 ，隨衛(wèi)星的仰角減小而增大。 2 4c o r a z z a 的信道模型 ( 2 - 1 5 1 ( 2 1 6 ) 城市環(huán)境下，a g e c o r a z z a 和f v a t a l a r o 提出了將r i c e 過(guò)程和l o g n o r m a l 過(guò)程綜合考慮的 另一種模型【5 1 。這一模型中陰影不但作用于直視分量，也作用于多徑分量，原理 上，通過(guò)調(diào)整模型參數(shù)，此模型適用于各種環(huán)境( 郊區(qū)和城市) 。該模型在很寬 仰角變化范圍內(nèi)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合，其模型參數(shù)用經(jīng)驗(yàn)公式給出。 接收信號(hào)包絡(luò)r 可以看成是兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)過(guò)程的乘積，即r = r s ，r 是r i c e 過(guò)程，s 是l o g n o n n a l 過(guò)程，則r 的概率密度函數(shù)為： p ，( ，) ：f o 知。( 丟) 風(fēng)( s ) d s = r p ( ，ls ) p 。17)(s)ds s ) p ( s ) d s ( 2 - 1 7 p ，( ，) 2 j 一( 吾) 風(fēng) 2 j p ( 7 ls 熱 腫= 南e 1 唏圳州擊瓜) ， ( 2 - 1 8 ) 11 ，i n s p 、2 既( s ) 2 歷1 蕊8 2_4。(2-19) 其中，盯r 2 = 1 2 ( k + 1 ) ，k 是r i c e 因子，h = l n l 0 2 0 ，和h 2 0 - 2 是1 n s 的均 值和方差。 模型的參數(shù)k ，口，盯都是仰角的函數(shù)，經(jīng)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的多次試驗(yàn)、修正， 擬合出經(jīng)驗(yàn)公式。公式允許在2 0 0 口 8 0 0 之間任意插值，反映了口角變化時(shí)， k ，“，盯的變化。相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)見(jiàn)表2 - 3 。 o - ( a ) = o 0 + 盯i a 表2 3 經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)( 郊區(qū)陰影環(huán)境) k盯 k o = 2 7 3 1風(fēng)= 一2 3 3 1盯o = 4 5 k = - 1 0 7 4 1 0 1 “= 1 1 4 2 x 1 0 1 盯= - 0 0 5 k = 2 7 7 4 1 0 。 2 = 一1 9 3 9 1 0 。 之 q口 + 妯啦 + 十 口 口 墨“ + + k 脅 = = 蚴刪 第二章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 5 寬帶系統(tǒng)信道模型 圖2 - 3 寬帶信道模型示意圖 g l i s i c 等人在上述模型的基礎(chǔ)上提出了個(gè)寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型1 6 】。 如圖2 3 所示，模型由空間( 衛(wèi)星至地面) 和地面兩部分組成?？臻g部分由時(shí)間 延遲r 。，衰減l m 和多普勒頻移。定義。地面部分由現(xiàn)有的窄帶模型，如2 2 、2 _ 3 節(jié)介紹的信道模型和寬帶抽頭延遲線模型組合而成，即用抽頭延遲線模型取代窄 帶模型中的r a y l e i g h 分量，從而把窄帶模型擴(kuò)展成寬帶模型。地面部分模型結(jié)構(gòu) 有m 。個(gè)抽頭，包括一個(gè)直視信號(hào)分量抽頭和( m t 一1 ) 個(gè)多徑分量抽頭。圖中， g i ( t ) 是互不相關(guān)的復(fù)高斯過(guò)程。通過(guò)變換參數(shù)c l 、c 2 的值，模型可適用于各種環(huán) 境，如設(shè)c i 為、2 t r ；( 盯r 2 為r a y l e i g h 分布的方差) ，c 2 為l o g n o r m a l 函數(shù)變量， 則該模型就成為c l o o 郊區(qū)環(huán)境模型的寬帶擴(kuò)展，而本文第三章的r a k e 接收 機(jī)正是基于這個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)通信信道模型而展開(kāi)討論的。需要注意的是，本模型僅 適用與衛(wèi)星通信的下行鏈路。 第三章r a k e 接收機(jī)的應(yīng)用上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章r a k e 接收機(jī)的應(yīng)用 本章在對(duì)分集接收技術(shù)全面研究的基礎(chǔ)上，著重分析和計(jì)算了基于c d m a 低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信衰落信道的r a k e 接收機(jī)誤碼率性能，并把它同多星分集 一起綜合應(yīng)用，以對(duì)抗信道中的多徑和陰影衰落。章節(jié)結(jié)構(gòu)如下：3 1 節(jié)介紹了 分集技術(shù)的原理，包括幾種常用的分集技術(shù)和分集合并方案及其比較；3 2 節(jié)對(duì) r a k e 接收機(jī)的原理以及性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，給出了在二進(jìn)制p s k 、相干檢 測(cè)f s k 、d p s k 和非相干檢測(cè)f s k 四種調(diào)制方式下，r a y l e i g h 衰落信道的r a k e 接收機(jī)誤碼率計(jì)算公式和數(shù)值曲線；3 3 節(jié)介紹了多星分集技術(shù)，并定性地研究 了其抗衰落的效果；3 4 節(jié)提出了一個(gè)綜合應(yīng)用了r a k e 接收機(jī)和多星分集技術(shù) 的接收機(jī)系統(tǒng)模型，并推導(dǎo)了其數(shù)學(xué)模型表達(dá)式；3 5 節(jié)是針對(duì)3 4 節(jié)數(shù)學(xué)模型 的數(shù)值計(jì)算和分析；3 6 節(jié)是本章小結(jié)。 3 1 分集技術(shù)原理 分集接收技術(shù)是為了克服各種衰落，提高系統(tǒng)性能而發(fā)展起來(lái)的移動(dòng)通信中 的一項(xiàng)重要技術(shù)，就是研究如何利用多徑信號(hào)來(lái)改善系統(tǒng)的性能。分集技術(shù)利用 多條路徑傳輸相同信息的信號(hào)，通常情況下，這些路徑上的信號(hào)具有近似相等的 平均信號(hào)強(qiáng)度和相互獨(dú)立衰落的特性，在接收端對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喜?，?可以大大降低多徑衰落的影響，從而改善系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴?分集技術(shù)的基本思想簡(jiǎn)單解釋如下：如果一條無(wú)線傳播路徑中的信號(hào)經(jīng)歷了 深度衰落，而在另一條衰落特性獨(dú)立的路徑中可能仍包含著較強(qiáng)的信號(hào)，因此通 過(guò)在多徑傳輸?shù)男盘?hào)中選擇強(qiáng)度較強(qiáng)的信號(hào)，可以使接收端的瞬時(shí)信噪比和平均 信噪比都有所提高，并且通?？梢蕴岣? 0 d b 到3 0 d b t 4 ”。 分集技術(shù)是通過(guò)查找和利用自然界無(wú)線傳播環(huán)境中獨(dú)立的( 或至少是高度不 相關(guān)的) 多徑信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在所有實(shí)際應(yīng)用中，分集的各個(gè)方面的參數(shù)都是由 接收機(jī)決定的，而發(fā)射機(jī)并不知曉分集的情況。 3 1 1 分集技術(shù)分類 根據(jù)分集的目的，分集技術(shù)可分為兩類：宏分集和微分集。 3 1 1 1 宏分集 由于地形的變化，如丘陵和山坡，移動(dòng)臺(tái)接收不到中心位置地面信號(hào)，于是 必須采用兩個(gè)獨(dú)立天線場(chǎng)地來(lái)發(fā)射或接收兩個(gè)或多個(gè)不同信號(hào)，并組合這些信 第三章r a k e 接收機(jī)的應(yīng)用上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 號(hào)，以降低慢衰落。如對(duì)于c d m a 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于頻率復(fù)用為l 且采用快速功 率控制，所以要達(dá)到適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)性能，使用宏分集( 即軟切換) 是很關(guān)鍵的”“。 因?yàn)?，如果移?dòng)臺(tái)沒(méi)有連接到衰落最低的基站上，那么在相鄰小區(qū)中就會(huì)產(chǎn)生不 必要的干擾。宏分集不僅是對(duì)抗陰影遮蔽效應(yīng)的有效手段，其對(duì)于低延時(shí)業(yè)務(wù)保 證低延時(shí)高質(zhì)量來(lái)說(shuō)十分重要。在本章3 3 節(jié)中，將詳細(xì)介紹低軌道衛(wèi)星通信中 常用的一項(xiàng)宏分集技術(shù)一多星分集。 3 1 1 2 微分集 它是以抗快衰落為目的，采用同一天線場(chǎng)地的分集技術(shù)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)距 離只有幾個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，衰落的特性由幅度波動(dòng)的深度和速度表征。這些衰落是由移 動(dòng)臺(tái)附近物體的復(fù)雜的反射引起的，如r a y l e i g h 衰落分布、r i c e 衰落分布等。 為了防止發(fā)生深度衰落，可以采用微分集技術(shù)來(lái)處理快速變化的信號(hào)。本文主要 研究抗快衰落的微分集技術(shù)，下面將簡(jiǎn)單介紹幾種常用的分集技術(shù)h 引。 3 1 1 2 1 時(shí)間分集 對(duì)于一個(gè)隨機(jī)衰落的信號(hào)來(lái)說(shuō)，若對(duì)其振幅進(jìn)行順序取樣，那么在時(shí)間上間 隔足夠遠(yuǎn)( 大于相干時(shí)間) 的兩個(gè)樣點(diǎn)是互不相關(guān)的。這就給我們提供了實(shí)現(xiàn)分 集的一種方法一時(shí)間分集，即將給定的信號(hào)在時(shí)間上相隔一定的間隔重復(fù)傳輸m 次，只要時(shí)間間隔大于相干時(shí)間，就可以得到m 條獨(dú)立的分集支路，由于相干 時(shí)間與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度成反比，因此當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，時(shí)間分集基本上 是沒(méi)有用處的。 r a k e 接收機(jī)( 參見(jiàn)3 2 節(jié)) 是時(shí)間分集在寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)上應(yīng)用的形式： 多路徑信號(hào)可以看成是時(shí)間不同的信號(hào)回波，可以經(jīng)過(guò)同相處理后進(jìn)行分集合 成。 3 1 1 2 2 頻率分集 將要傳輸?shù)男畔⒎謩e以不同的載頻發(fā)射出去，只要載頻之間的間隔足夠大 ( 大于相干帶寬) ，那么在接收端就可以得到衰落特性不相關(guān)的信號(hào)。如北美 c d m a 擴(kuò)頻移動(dòng)信道帶寬為1 2 5 m h z ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相干帶寬，所以c d m a 系統(tǒng)本 身就是頻率分集。 頻率分集的優(yōu)點(diǎn)是，與空間分集( 參見(jiàn)4 1 節(jié)) 相比，減少了天線的數(shù)目。 但缺點(diǎn)是要占用更多的頻率資源，在發(fā)端需要多部發(fā)射機(jī)。 第三章r a k e 接收機(jī)的應(yīng)用上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 1 1 2 3 極化分集 在移動(dòng)環(huán)境下，兩個(gè)在同一地點(diǎn)極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號(hào)呈現(xiàn)出 互不相關(guān)衰落特性。利用這一特點(diǎn)，在發(fā)端同一地點(diǎn)分別裝上垂直極化天線和水 平極化天線，在收端同一位置也分別裝上垂直極化天線和水平極化天線，就可以 得到兩路衰落特性不相關(guān)的信號(hào)。極化分集實(shí)際上是空間分集( 參見(jiàn)4 。1 節(jié)) 的 特殊情況，其分集支路只有兩路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，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，信號(hào)功率將有3 d b 的損失。 3 1 1 2 4 角度分集 由于地形地貌和建筑物等環(huán)境的不同，到達(dá)接收端的不同路徑的信號(hào)可能來(lái) 自于不同的方向，在接收端，采用方向性天線，分別指向不同的信號(hào)到達(dá)方向， 則每個(gè)方向性天線接收到的多徑信號(hào)是不相關(guān)的。 此外，本文將在3 2 和4 1 節(jié)中重點(diǎn)討論兩種最常用的分集技術(shù)：r a k e 接 收機(jī)和空間分集接收。 3 1 2 分集合并技術(shù) 在接收端取得m 條相互獨(dú)立的支路以后，可以通過(guò)合并技術(shù)來(lái)得到分集增 益。對(duì)于具體的合并技術(shù)來(lái)說(shuō)，通常有選擇式合并、開(kāi)關(guān)式合并、最大比合并和 等增益合并四種方案【4 9 】- 【5 們。 3 1 2 1 選擇式合并 r ( t ) 圖3 - 1 選擇式合并 選擇式分集合并是在各分集支路接收的信號(hào)中，選取信噪比最高的支路信號(hào) 作為輸出信號(hào)。對(duì)于雙重分集，兩支路信號(hào)的合并如圖3 - 1 所示。圖中r l ( t ) 和r 2 ( t ) 是分集得到的兩個(gè)r a y l e i g h 衰落信號(hào)，而r ( t ) 為合并后得到的合成信號(hào)包絡(luò)。顯 第三章r a k e 接收機(jī)的應(yīng)用 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 然，r ( t ) 等于或小于某電平a 的概率要比r l ( t ) 或r 2 ( t ) 等于或小于a 的概率小得多， 從而降低了信號(hào)衰落深度。 令r 為每個(gè)支路的平均信噪比，則選擇式合并平均輸出信噪比為： m1 = f ( 3 1 ) k = l “ 其合并增益為： 呸= 旱= 薹妻 結(jié)果如圖3 5 所示。 根據(jù)分集重?cái)?shù)m ，選擇式合并需要m 個(gè)接收機(jī) 效應(yīng)，未被選中的信號(hào)完全被遺棄了。 3 1 2 2 開(kāi)關(guān)式合并 ( 3 - 2 ) 選擇開(kāi)關(guān)存在瞬態(tài)和滯后 圖3 2 開(kāi)關(guān)式合并 如圖3 2 所示，在開(kāi)關(guān)式分集合并方法中，兩支路信號(hào)的包絡(luò)r l ( t ) 和r 2 ( t ) 與 預(yù)定的門(mén)限開(kāi)關(guān)電平a 比較，并采用“轉(zhuǎn)換和保持”方法獲得合并信號(hào)r ( t ) ，即 保持r l ( t ) 或r z ( t ) 直到包絡(luò)降低到電平a 以下時(shí)，才轉(zhuǎn)換到兩個(gè)信號(hào)中較強(qiáng)信號(hào)上。 因此，這種合并方式也稱為掃描式分集，其特點(diǎn)是較簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，但其性能 低于選擇式分集合并。 第三章r a k e 接收機(jī)的應(yīng)用上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 1 2 3 最大比合并 圖3 3 最大比合并 這種合并方法首先將各分集支路的接收信號(hào)加權(quán)，即控制各分集接收支路的 增益，而增益的大小是與接收的信號(hào)強(qiáng)度成正比，也就是說(shuō)輸出具有平方律的特 性，然后進(jìn)行相加，所以這種方法也稱平方律合并。如圖3 - 3 所示，合并后信號(hào) 的包絡(luò)為： y = 口， ( 3 3 ) 式中以為第i 條支路的信號(hào)振幅，口為第i 條支路的增益系數(shù)。 設(shè)每個(gè)支路的噪聲功率為口2 ，則可以證明：當(dāng)a = 上 時(shí)，合并后的信噪比 盯 達(dá)到最大。合并后的輸出為： ，。砉善y ? ( 3 - 4 ) 從上式可以看出，合并后信號(hào)的振幅與各支路信噪比相聯(lián)系，信噪比越大的 支路對(duì)合并后的信號(hào)貢獻(xiàn)越大。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要實(shí)際測(cè)量出每個(gè)支路的信噪