分集技术接收端三种合并方式的比较及仿真研究

2022-12-18

1 分集技术的发展概况及研究意义

分集技术就是为保障传输质量, 发送端采取某种手段通过相互独立的衰落信道传输同一信号的多个副本, 以降低接收端无法识别信号的概率的一种技术。分集有两重含义:一是分集传输, 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。

近年来, 分集技术受到很大的重视, 它除了平时用得较多的分集技术 (时间分集、频率分集、角度分集、空间分集) 和合并技术 (选择式合并、最大比值合并、等增益合并) 外, 又在他们的基础上发展了多种功能强大、运用简单、分集增益高的新技术, 比如说MIMO信道、空时编码分集和协作分集等[1]。

2 三种合并方式的平均误码率比较及仿真

2.1 三种合并方式的基本原理

接收端收到M (M≥2) 个分集信号后, 如何利用这些信号以减小衰落的影响, 这就是合并的问题。信号合并的目的就是要使它的信噪比有所改善, 因此对合并器的性能分析是环绕其输出信噪比进行的。一般使用的是线性合并器, 把输入的M个独立衰落信号相加后合并输出。假设M个输入信号电压为r1 (t) 、r2 (t) 、…、rM (t) 则合并器的输出电压r (t) 为[2]:

式中, ka为第k个信号的加权系数。选择不同的加权系数, 就可以构成不同的合并方式。常用的有以下三种方式。

(1) 选择式合并。

选择式合并是指检测所有分集支路的信号, 以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。由上可见, 在选择式合并器中, 加权系数只有一项为1, 其余均为0。两个支路的中频信号分别经过解调, 然后作信噪比比较, 选择其中有较高信噪比的支路接到接收机的共用部分。[2]选择式合并方法简单、实现容易。但是, 由于未被选择的支路信号丢弃, 因此抗衰落效果差。

(2) 最大比值合并。

最大比值合并是一种最佳合并方式, 它对多路信号进行同相加权合并, 权重是由各支路信号所对应的信号功率与噪声功率的比值所决定的, 最大比合并的输出SNR等于各路SNR之和。所以, 即使当各路信号都很差使得没有一路信号可以被单独解调出时, 最大比算合并仍有可能合成出一个达到SNR要求的可被解调的信号。

(3) 等增益合并。

等增益合并无须对信号加权, 各支路的信号是等增益相加的。等增益合并方式实现比较简单, 其性能接近于最大比值合并。

2.2 DPSK多重分集系统平均误码率

选择式合并的二重分集 (M=2) 时的平均误码率为:

同理可得出M=2和M=3时等增益合并技术和最大比值合并技术的平均误码率, 将三种方式进行比较如表1。

由以上的不同分集重数时的平均误码率计算式可知, 由无分集改用分集后, 误码率获得明显改善。

2.3 三种不同分集技术仿真

对以上三种不同分集技术的信噪比改善因子、误码率进行仿真, 结果如图1、图2、图3。仿真结果表明:在M相同的情况下, 最大比值合并技术的信噪比改善因子最大, 等增益合并技术其次, 而选择合并最低, 且信噪比的改善, 随着分集的重数增加而增加。选择合并技术在M值增大的情况下, 误码率逐渐减小, 得到了明显的改善。误码率的改善以最大比值合并最好, 选择式合并最差。

3 结语

移动通信的发展是以日新月异的速度发展, 各种高新技术不断涌现。在这众多的技术当中, 以分集技术尤为突出, 它可以在不增加发送功率或系统带宽的情况下, 克服多径衰落, 达到分集增益, 提高系统的通信性能。本文对选择式合并、最大比值合并、等增益合并三种方式的信噪比改善因子、平均误码率进行了比较研究和仿真, 得出了在M相同的情况下, 最大比值合并技术的信噪比改善因子最大, 等增益合并技术其次, 而选择合并最低的结论。

摘要：由于多径信号不仅分散信号的能量, 而且到达接收机所经历的路径和时间的不同造成的相位不同, 引起接收电平的剧烈起伏, 严重影响接收效果, 如何有效地对抗无线信道的衰落是高速移动通信必须要解决的首要问题。在不增加发送功率或系统带宽的情况下, 克服多径衰落影响、提高信道可靠性的有效方法是采用各种分集技术。本文对选择式合并、最大比值合并、等增益合并三种方式的信噪比改善因子、平均误码率进行了比较研究和仿真, 仿真结果表明最大比值合并拥有最大的信噪比。

关键词：分集技术,合并技术,仿真