1.2 抗衰落技术

无线信道是随机时变信道，信号在无线信道中传播，会产生传播损耗（路径损耗）、慢衰落（阴影衰落）和快衰落。信号衰落示意图如图1-1所示。

传播损耗是指在空间传播所产生的损耗，它描述了由于移动用户与基站之间相对距离产生变化而引起的损耗的变化，主要与无线电波频率以及移动用户与基站之间的距离有关。

慢衰落损耗是由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从对数正态分布。

快衰落损耗是由于多径传播而产生的损耗，它反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从瑞利分布或莱斯分布。快衰落又可以细分为以下3类。

（1）空间选择性衰落：不同的地点，不同的传输路径衰落特性不一样。

（2）时间选择性衰落：用户的快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散，从而引起时间选择性衰落。

（3）频率选择性衰落：不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散，从而引起频率选择性衰落。

衰落会降低通信系统的性能，为了对抗衰落，可以采用多种措施，常用方法有分集技术和均衡技术。

1.2.1 分集技术

分集就是利用两条或多条传输途径传输相同信息，并对接收机输出信号进行选择或合成，来减轻衰落影响的一种措施。常用的分集技术可分为空间分集、极化分集、时间分集和频率分集。

1．空间分集

空间分集采用主分集天线接收的办法来解决快衰落问题。基站的接收机对主分集通道分别接收到的信号进行处理（一般采取最大似然法），接收的效果由主分集天线接收的不相关性所保证。所谓不相关性，是指主集天线接收到的信号与分集天线接收到的信号不具有同时衰减的特性，这也就要求采用空间分集时主分集天线之间的水平间距大于10倍的无线信号波长，如图1-2所示，分集距离D的合理范围为10～20波长。或者采用极化分集的办法，保证主分集天线接收到的信号不具有相同的衰减特性。

2．极化分集

极化分集采用双极化天线，一根天线内有两个极化方向，衰落特性互不相关的两路多径A和B最终被合并成一路信号。极化分集与空间分集相比，可以节省安装空间。极化分集天线如图1-3所示。V+H表示垂直和水平两路信号，\ /表示+45°和-45°两路信号。

3．时间分集

时间分集采用符号交织、检错和纠错编码等方法。不同编码所具备的抗衰落特性不一样，编码也是当今移动通信广泛使用的技术。交织技术如图1-4所示。

4．频率分集

频率分集采取扩频方式来解决快衰落。频率分集理论的基础是相关带宽，即当两个频率相隔一定间隔后，就认为它们的空间衰落特性是不相关的。当两个频率间隔大于200 kHz，移动通信频段就可获得这种不相关性。在GSM移动通信中，采用跳频这种扩频方式来获得分集增益。在CDMA移动通信中，由于每个信道都工作在较宽频段，本身就是一种扩频通信。

1.2.2 均衡技术

数字通信系统中，由于多径传输、信道衰落等影响，接收端会产生严重的码间干扰（Inter Symbol Interference, ISI），增大误码率。为了克服ISI，提高通信系统的性能，在接收端需采用均衡技术。均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性，用来减小或消除因信道的时变多径传播特性引起的码间干扰。

均衡有两种基本实现途径。一为频域均衡，它使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件。它往往分别校正幅频特性和群时延特性，序列均衡通常采用这种频域均衡法。二为时域均衡，就是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。目前广泛利用横向滤波器来实现，它可以根据信道特性的变化而不断地进行调整，实现起来比频域均衡方便，性能一般也比频域均衡好，故得到广泛的应用。特别是在时变的移动通信中，几乎都采用时域均衡的实现方式。

时域均衡器常采用横向均衡器。横向均衡器原理如图1-5所示。它的主要部分是一组抽头延迟线。相邻抽头间的时延是T，即一个码元的持续时间。

有码间干扰的单个码元响应波形进入有抽头的时延线，再经过各横向支路并乘以不同系数Ci后相加。调节C1，可以抵消拖尾对下一个码元（相距Ts）的干扰。类似的，调节其他抽头系数，可分别抵消对其他码元的干扰。这样，进行数码传输时，相互间就接近没有码间干扰，有一套严谨的数学方法来计算抽头系数，如迫零算法、最小均方误差算法。在频带利用率高的数字通信设备中，常用这种均衡器。

练习题

1．请分析自由空间传播模型中距离d和频率f如何影响传播损耗。

2．采用空间分集时，为了保证主分集天线接收到的信号不具有相同的衰减特性，主分集天线之间的间距需要满足什么要求？

3．简述何谓分集技术。移动通信系统中通常使用哪几种分集技术？

4．简述什么是均衡技术。