1.2 抗衰落技術

無線信道是隨機時變信道，信號在無線信道中傳播，會產生傳播損耗（路徑損耗）、慢衰落（陰影衰落）和快衰落。信號衰落示意圖如圖1-1所示。

傳播損耗是指在空間傳播所產生的損耗，它描述了由于移動用戶與基站之間相對距離產生變化而引起的損耗的變化，主要與無線電波頻率以及移動用戶與基站之間的距離有關。

慢衰落損耗是由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產生的陰影效應而產生的損耗。它反映了中等范圍內數百波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗，一般遵從對數正態分布。

快衰落損耗是由于多徑傳播而產生的損耗，它反映微觀小范圍內數十波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗，一般遵從瑞利分布或萊斯分布?？焖ヂ溆挚梢约毞譃橐韵?類。

（1）空間選擇性衰落：不同的地點，不同的傳輸路徑衰落特性不一樣。

（2）時間選擇性衰落：用戶的快速移動在頻域上產生多普勒效應而引起頻率擴散，從而引起時間選擇性衰落。

（3）頻率選擇性衰落：不同的頻率衰落特性不一樣，引起時延擴散，從而引起頻率選擇性衰落。

衰落會降低通信系統的性能，為了對抗衰落，可以采用多種措施，常用方法有分集技術和均衡技術。

1.2.1 分集技術

分集就是利用兩條或多條傳輸途徑傳輸相同信息，并對接收機輸出信號進行選擇或合成，來減輕衰落影響的一種措施。常用的分集技術可分為空間分集、極化分集、時間分集和頻率分集。

1．空間分集

空間分集采用主分集天線接收的辦法來解決快衰落問題?；镜慕邮諜C對主分集通道分別接收到的信號進行處理（一般采取最大似然法），接收的效果由主分集天線接收的不相關性所保證。所謂不相關性，是指主集天線接收到的信號與分集天線接收到的信號不具有同時衰減的特性，這也就要求采用空間分集時主分集天線之間的水平間距大于10倍的無線信號波長，如圖1-2所示，分集距離D的合理范圍為10～20波長?；蛘卟捎脴O化分集的辦法，保證主分集天線接收到的信號不具有相同的衰減特性。

2．極化分集

極化分集采用雙極化天線，一根天線內有兩個極化方向，衰落特性互不相關的兩路多徑A和B最終被合并成一路信號。極化分集與空間分集相比，可以節省安裝空間。極化分集天線如圖1-3所示。V+H表示垂直和水平兩路信號，\ /表示+45°和-45°兩路信號。

3．時間分集

時間分集采用符號交織、檢錯和糾錯編碼等方法。不同編碼所具備的抗衰落特性不一樣，編碼也是當今移動通信廣泛使用的技術。交織技術如圖1-4所示。

4．頻率分集

頻率分集采取擴頻方式來解決快衰落。頻率分集理論的基礎是相關帶寬，即當兩個頻率相隔一定間隔后，就認為它們的空間衰落特性是不相關的。當兩個頻率間隔大于200 kHz，移動通信頻段就可獲得這種不相關性。在GSM移動通信中，采用跳頻這種擴頻方式來獲得分集增益。在CDMA移動通信中，由于每個信道都工作在較寬頻段，本身就是一種擴頻通信。

1.2.2 均衡技術

數字通信系統中，由于多徑傳輸、信道衰落等影響，接收端會產生嚴重的碼間干擾（Inter Symbol Interference, ISI），增大誤碼率。為了克服ISI，提高通信系統的性能，在接收端需采用均衡技術。均衡是指對信道特性的均衡，即接收端的均衡器產生與信道特性相反的特性，用來減小或消除因信道的時變多徑傳播特性引起的碼間干擾。

均衡有兩種基本實現途徑。一為頻域均衡，它使包括均衡器在內的整個系統的總傳輸函數滿足無失真傳輸的條件。它往往分別校正幅頻特性和群時延特性，序列均衡通常采用這種頻域均衡法。二為時域均衡，就是直接從時間響應考慮，使包括均衡器在內的整個系統的沖激響應滿足無碼間串擾的條件。目前廣泛利用橫向濾波器來實現，它可以根據信道特性的變化而不斷地進行調整，實現起來比頻域均衡方便，性能一般也比頻域均衡好，故得到廣泛的應用。特別是在時變的移動通信中，幾乎都采用時域均衡的實現方式。

時域均衡器常采用橫向均衡器。橫向均衡器原理如圖1-5所示。它的主要部分是一組抽頭延遲線。相鄰抽頭間的時延是T，即一個碼元的持續時間。

有碼間干擾的單個碼元響應波形進入有抽頭的時延線，再經過各橫向支路并乘以不同系數Ci后相加。調節C1，可以抵消拖尾對下一個碼元（相距Ts）的干擾。類似的，調節其他抽頭系數，可分別抵消對其他碼元的干擾。這樣，進行數碼傳輸時，相互間就接近沒有碼間干擾，有一套嚴謹的數學方法來計算抽頭系數，如迫零算法、最小均方誤差算法。在頻帶利用率高的數字通信設備中，常用這種均衡器。

練習題

1．請分析自由空間傳播模型中距離d和頻率f如何影響傳播損耗。

2．采用空間分集時，為了保證主分集天線接收到的信號不具有相同的衰減特性，主分集天線之間的間距需要滿足什么要求？

3．簡述何謂分集技術。移動通信系統中通常使用哪幾種分集技術？

4．簡述什么是均衡技術。