在现代无线通信系统中,抗干扰和抗衰落技术是确保通信质量和可靠性的关键技术。第五章“抗干扰、抗衰落技术”深入探讨了这些技术的原理和应用,特别是分集技术在抗衰落中的作用。
分集技术是无线通信中应对衰落现象的一种有效手段,它可以分为宏观分集技术和微观分集技术。宏观分集技术主要应对大范围的衰落现象,如阴影衰落,而微观分集技术则专注于小范围的衰落,如多径衰落。
在宏观分集技术中,通常使用两个或多个基站与移动台通信。通过分析不同基站接收到的信号强度,选择信号强度较大的基站来通信,从而达到抗衰落的目的。例如,移动台在不同路段运动时,根据距离和地形条件,决定与最近的基站通信。
微观分集技术则是基于信号在传播过程中所经过的不同路径的独立性。根据信号在时间、频率、空间、角度和极化方向上的不同,微观分集可以进一步细分为时间分集、频率分集、空间分集、极化分集和角度分集。
时间分集是通过在不同时间发送相同的信息来实现,以应对信号随时间变化的衰落。频率分集则是通过使用不同的载波频率来传输相同的信息,以此减少信号衰落。空间分集技术通过使用多个天线,接收到来自不同方向的信号,以减少衰落的影响。极化分集利用不同极化方向的电磁波具有不同衰落特性的原理,通过正交极化的天线实现分集效果。角度分集则是根据接收端天线指向不同的方向来接收独立的多径信号。
分集合并技术是为了将多个接收到的独立衰落信号加以处理,以提高信号的信噪比和整体性能。合并方式主要有三种:选择合并、最大比值合并和等增益合并。选择合并是选择信噪比最高的信号路径,最大比值合并则是根据各路信号的信噪比进行加权,等增益合并对各路信号加权相同。合并技术的选择取决于多种因素,包括信道特性、移动台和基站的配置等。
分集技术的有效性可以通过分集改善因子或分集增益来衡量,它们描述了通过分集技术获得的性能提升。分集技术不仅在接收端可以实现,在发射端也可以采用,发射分集技术可以提高系统的发送增益。在实际应用中,发射分集的设计需要考虑信道信息是否已知,如果信道信息未知,需要采用特殊的方案如Alamouti方案来实现分集增益。
在空间分集中,分集路数的选择和天线间的间隔距离是关键因素,间隔距离越远,天线接收到的信号相关性越弱,从而使得分集效果更好。但随之而来的系统复杂度也会增加。
此外,文中还提到了频率分集技术,它的优点是相比空间分集,减少了天线的数量,但缺点是需要占用更多的频谱资源,并且需要多部发射机。在考虑分集技术的合并方式和性能时,还需假设信号与噪声无关、信号衰落速率远低于信号调制频率,以及各路径信号的独立性。
第五章“抗干扰、抗衰落技术”深入探讨了无线通信中抗衰落的各种分集技术及其合并方式,为无线通信系统设计者提供了关键的技术支持和理论基础。