第三章信道与干扰.pptx

CCEE第三章第三章 信道与干扰信道与干扰通信原理电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理主要内容主要内容 3.1 3.1 概概 述述3.2 恒参信道及其对信号传输的影响恒参信道及其对信号传输的影响 3.4 信道的噪声干扰信道的噪声干扰3.5 信道容量信道容量3.3 变参信道及其对信号传输的影响变参信道及其对信号传输的影响 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.3 变参信道及其参信道及其对信号信号传输的影响的影响 变参信道变参信道1 变参信道对信号传输的影响变参信道对信号传输的影响2变参信道特性的改善变参信道特性的改善3电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道参信道概述概述变参信道是信道特性随参信道是信道特性随时间变化很快的信道化很快的信道其变化速率甚至能与波形传输速率相比拟其变化速率甚至能与波形传输速率相比拟在一个码元时间内它的特性就可能发生很大的变化在一个码元时间内它的特性就可能发生很大的变化变参信道包含的参信道包含的传输媒媒质比恒参信道复比恒参信道复杂得多，得多，对信号的影响也要信号的影响也要严重得多重得多 典型的典型的变参信道参信道对流层散射对流层散射流星余迹散射流星余迹散射电离层反射和散射电离层反射和散射电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理对流流层散射散射从地面开始到从地面开始到1016公里的高空公里的高空（两极（两极为10公里，公里，赤道赤道为16公里）叫公里）叫对流流层对流流层是大气的最低是大气的最低层，对流流层中的湿度、中的湿度、压力、力、水气都是随温度水气都是随温度变化的化的由于地表情况不同（地理条件不同），由于地表情况不同（地理条件不同），经常会出常会出现大气湍流大气湍流形成一个个大气旋形成一个个大气旋涡，各，各涡流流单元元拥有不同的介有不同的介电常数，常数，对电磁波的折射率也不同。磁波的折射率也不同。当当发射天射天线辐射的射的电波作用于波作用于这些不均匀气些不均匀气团时，由于介由于介电常数的不同，必然常数的不同，必然产生折射和散射，生折射和散射，这时，电磁波磁波传播方向不再与以前一致，而是向四面八方播方向不再与以前一致，而是向四面八方发散。散。对流流层散射的散射的传播距离可达播距离可达500600公里公里远。对流流层散射可散射可应用于：用于：干线通信，通常每隔干线通信，通常每隔300km300km建立一个中继站，构建立一个中继站，构成无线电中继线路，以达到远距离传输成无线电中继线路，以达到远距离传输点对点通信点对点通信电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理平流平流层散射散射从从对流流层顶到离地面到离地面60公里左右的高空大公里左右的高空大气气层叫平流叫平流层，它，它处于于对流流层与与电离离层之之间平流平流层散射距离可达散射距离可达6001000公里。公里。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道参信道对流流层散射散射流星余迹散射流星余迹散射电离离层反射和散射反射和散射电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理流星余迹散射流星余迹散射流星流星经常出常出现在离地面在离地面70130公里的高空，公里的高空，流星运流星运动的速度和的速度和动能都比能都比较大，在与大气大，在与大气的碰撞的碰撞过程中，足以使部分流星程中，足以使部分流星发生物理生物理电离，形成一个柱形的离，形成一个柱形的电离区（即流星余迹），离区（即流星余迹），这个柱形个柱形电离区存在的离区存在的时间大大约在在1秒以上，秒以上，利用它可以利用它可以进行散射通信。行散射通信。流星的出流星的出现是离散的，流星余迹也是不是离散的，流星余迹也是不连续的，但流星的出的，但流星的出现非常非常频繁，繁，统计表明，每表明，每昼夜昼夜进入地球大气入地球大气层的流星在的流星在1010以上，尽以上，尽管余迹管余迹时间短短暂且不且不连续，但由于数量很多，但由于数量很多，仍可利用它仍可利用它进行通信。行通信。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道参信道对流流层散射散射流星余迹散射流星余迹散射电离离层反射和散射反射和散射电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理电离离层反射和散射反射和散射电离离层是离地面是离地面602000公里的高空大气公里的高空大气层，它是在太阳光中紫外，它是在太阳光中紫外线的照射下的照射下发生生电离而形成。离而形成。电离离层一般分一般分为四四层，6080公里公里为D层，160120公里公里为E层，200公里左右公里左右为F1层，350400公里公里为F2层。D D层只有在白天日照时才存在，主要对长波起反层只有在白天日照时才存在，主要对长波起反射作用，而对短波和中波则起吸收作用射作用，而对短波和中波则起吸收作用E E层主要由氧原子电离形成，可反射中波和短波，层主要由氧原子电离形成，可反射中波和短波，白天晚上都存在白天晚上都存在 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理电离离层反射和散射反射和散射利用利用F层的反射作用，可的反射作用，可进行短波行短波远距离通距离通信，通信距离信，通信距离为10002000公里。公里。F1 F1 只有白天存在，只有白天存在，F2 F2 白天和晚上都存在白天和晚上都存在短波短波电离离层反射的反射的优点点要求功率小，要求功率小，终端端设备成本成本较低低传播距离播距离远受地形限制小受地形限制小有适当的有适当的传输频带宽度度不易受到人不易受到人为破坏（在破坏（在军事上有重要意事上有重要意义）电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理短波短波电离离层反射的缺点反射的缺点传输可靠性差，可靠性差，电离离层中的异常中的异常变化会引化会引起起较长的通信中断的通信中断需要需要经常更常更换频率，使用复率，使用复杂存在存在快衰落快衰落与与多径多径时延延干干扰电平高平高电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理散射通信散射通信电离离层由于由于电子子浓度不均匀，度不均匀，还可用来可用来进行散射通信，行散射通信，选用的用的频率率为35-7035-70MHz，这个个频段散段散设损耗随距离耗随距离变化不大，但其通化不大，但其通带很窄，很窄，仅可通几路可通几路电报或一路或一路电话电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理散射通信散射通信散射体既不受散射体既不受电离离层变化的化的骚扰，不怕雷，不怕雷电等等恶劣天气的影响，即便在太阳黑子活劣天气的影响，即便在太阳黑子活动情况异常或情况异常或是在磁爆、核爆炸等是在磁爆、核爆炸等恶劣情况下，大气中的散射劣情况下，大气中的散射体也始体也始终存在，尤其适合用在近海跨越海峡、海存在，尤其适合用在近海跨越海峡、海湾和湾和岛屿及用于内及用于内陆跨越沙漠、高山、湖泊、沼跨越沙漠、高山、湖泊、沼泽和人烟稀少的和人烟稀少的边远地区的通信。地区的通信。散射通信散射通信设备已广泛用于建立永久性固定通信干已广泛用于建立永久性固定通信干线。散射。散射设备还被用于装被用于装车，使其成，使其成为能在能在现场迅速开通或迅速开通或转移的移移的移动散射站，成散射站，成为民用机民用机动通通信的重要手段。信的重要手段。散射通信适合在野散射通信适合在野战条件下使用，目前在条件下使用，目前在军事事领域内也被广泛采用。域内也被广泛采用。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理信号在信号在电离离层和的和的对流流层中的中的传播播电离层发收单跳单跳双跳双跳发收散射区散射区 每条路径信号的衰耗和时延随电离层或对流层的变化机理随机变化每条路径信号的衰耗和时延随电离层或对流层的变化机理随机变化每条路径信号的衰耗和时延随电离层或对流层的变化机理随机变化每条路径信号的衰耗和时延随电离层或对流层的变化机理随机变化 多径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合多径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合多径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合多径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合成成成成(矢量和矢量和矢量和矢量和)虽然每条路径信号的振幅和相位的变化可能是缓慢的，但合成信号则虽然每条路径信号的振幅和相位的变化可能是缓慢的，但合成信号则虽然每条路径信号的振幅和相位的变化可能是缓慢的，但合成信号则虽然每条路径信号的振幅和相位的变化可能是缓慢的，但合成信号则可能产生快速、剧烈、复杂的变化可能产生快速、剧烈、复杂的变化可能产生快速、剧烈、复杂的变化可能产生快速、剧烈、复杂的变化由发射点出发的电波可由发射点出发的电波可能经多条路径到达接能经多条路径到达接收点收点多径传播多径传播 短波短波电离离层反射反射引起多径引起多径传播的重要原因：播的重要原因：电波经电离层的一次反射和多次反射电波经电离层的一次反射和多次反射 几个反射层高度不同几个反射层高度不同 电离层不均匀性引起的漫射现象电离层不均匀性引起的漫射现象 地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非寻常波寻常波电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道参信道传输媒媒质的共同特点的共同特点1.1.对信号的衰耗随信号的衰耗随时间的的变化而化而变。在随。在随参信道中，参信道中，传输媒介参数随气象条件和媒介参数随气象条件和时间的的变化而随机化而随机变化。化。2.2.传输的的时延随延随时间而而变。3.3.多径多径传播。多径播。多径传播播对信号信号传输质量的量的影响最大。影响最大。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.3 变参信道及其参信道及其对信号信号传输的影响的影响 变参信道变参信道1 变参信道对信号传输的影响变参信道对信号传输的影响2变参信道特性的改善变参信道特性的改善3电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道参信道对信号信号传输的影响的影响频率弥散与快衰落率弥散与快衰落 频率率选择性衰落和性衰落和时间弥散弥散 慢衰落慢衰落 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理慢衰落慢衰落由于由于变参信道的参信道的传输媒媒质均均为不同高度的大气不同高度的大气层，对电波波传播的特性播的特性总是随着昼夜、季是随着昼夜、季节、时间的的不同在不断地不同在不断地变化着，因而化着，因而对被被传输信号的衰减信号的衰减也是不断也是不断变化的。化的。这种种变化通常仍叫它化通常仍叫它为衰落衰落现象，象，这种种变化比多径化比多径传播造成的衰落播造成的衰落现象要象要缓慢慢得多。所以，通常把得多。所以，通常把这种衰落种衰落现象叫象叫“慢衰落慢衰落”，而把多径，而把多径传播造成的衰落称之播造成的衰落称之为“快衰落快衰落”。慢衰落特性也可用慢衰落特性也可用积累概率分布曲累概率分布曲线来表示来表示慢衰落一般慢衰落一般说来来对所所传信号信号频谱中的各个中的各个频率分率分量几乎量几乎产生同生同样影响，因而影响，因而对信号信号损害不大。一害不大。一般可以通般可以通过调节设备的增益来的增益来补偿。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道参信道对信号信号传输的影响的影响频率弥散与快衰落率弥散与快衰落 频率率选择性衰落和性衰落和时间弥散弥散 慢衰落慢衰落 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率弥散与快衰落率弥散与快衰落以下用以下用变参信道参信道传送送单频信号来信号来说明明频率弥率弥散快衰落散快衰落现象象 发射波发射波经过经过n n条路径传播后条路径传播后的接收信号的接收信号第第i i条路径的接收信号振幅，随时间不同而随机变化条路径的接收信号振幅，随时间不同而随机变化 第第i i条路径的接收信号时延，随时间不同而随机变化条路径的接收信号时延，随时间不同而随机变化 第第i i条路径的随机相位条路径的随机相位 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率弥散与快衰落率弥散与快衰落缓慢变化的随机过程缓慢变化的随机过程 分别是分别是coscosc ct t和和sinsinc ct t的包络的包络电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率弥散与快衰落率弥散与快衰落合成波合成波R(t)R(t)的包络的包络合成波合成波R(t)R(t)的相位的相位电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理接收信号接收信号R(t)分析分析任意时刻任意时刻t t是是n n个随机变量之和个随机变量之和当当n n（路径数）足够大路径数）足够大在在“和和”中的每一个随机变量可以认为是独立地出现中的每一个随机变量可以认为是独立地出现的，的，且对总的且对总的Xc(t)Xc(t)及及Xs(t)Xs(t)的作用是均匀的小的作用是均匀的小 中心极限定理：大量随机中心极限定理：大量随机变量之和近似服量之和近似服从正从正态分布。分布。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理由中心极限定理由中心极限定理是高斯随机变量是高斯随机变量平稳高斯过程平稳高斯过程 R(t)R(t)是窄带高斯过程是窄带高斯过程 包络包络V(t)V(t)服从瑞利分布服从瑞利分布 相位相位(t)(t)服从均匀分布服从均匀分布电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率弥散与快衰落率弥散与快衰落式中式中X Xc c(t)(t)和和X Xs s(t)(t)均为平稳的高斯随机过程均为平稳的高斯随机过程,所以所以R(t)R(t)可视为一个窄带随机过程。可视为一个窄带随机过程。R(t)R(t)的波形和频谱的波形和频谱如图所示：如图所示：电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率弥散与快衰落率弥散与快衰落由由图可可见从波形上看，多径传播的结果使确定的单一载从波形上看，多径传播的结果使确定的单一载频信号频信号AcosAcosc ct t变成了包络和相位都随机变化变成了包络和相位都随机变化的窄带信号，这种信号称为衰落信号；通常将的窄带信号，这种信号称为衰落信号；通常将由于电离层浓度变化等因素所引起的信号衰落由于电离层浓度变化等因素所引起的信号衰落称为慢衰落；而把由于多径效应引起的信号衰称为慢衰落；而把由于多径效应引起的信号衰落称为快衰落落称为快衰落从频谱上看，单频变成了一个窄带频谱，叫从频谱上看，单频变成了一个窄带频谱，叫“频率弥散频率弥散”现象。现象。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理由中心极限定理由中心极限定理是高斯随机变量是高斯随机变量平稳高斯过程平稳高斯过程 R(t)R(t)是窄带高斯过程是窄带高斯过程 包络包络V(t)V(t)服从瑞利分布服从瑞利分布 相位相位(t)(t)服从均匀分布服从均匀分布电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理接收信号接收信号R(t)分析分析信号包信号包络服从瑞利分布，通常又称之服从瑞利分布，通常又称之为瑞利型衰瑞利型衰落。落。设瑞利型衰落信号的包络值记为设瑞利型衰落信号的包络值记为V V，则随机变量，则随机变量V V的一的一维概率密度函数维概率密度函数f(V)f(V)可表示成：可表示成：相位相位(t)服从均匀分布，一服从均匀分布，一维概率密度函数可表概率密度函数可表示示为：电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理接收信号接收信号R(t)分析分析1.V=时，f(V)有极大有极大值：电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理接收信号接收信号R(t)分析分析2.V的数学期望：的数学期望：电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理接收信号接收信号R(t)分析分析3.V的均方的均方值（二（二阶原点矩）：原点矩）：电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分析分析说明明4.V的方差（二的方差（二阶中心矩）：中心矩）：电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理接收信号接收信号R(t)分析分析5.5.当：当：V V的中值的中值电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理接收信号接收信号R(t)分析分析6.6.信号低于信号低于的概率：的概率：信号包络低于信号包络低于的的时间约为时间约为3939。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理接收信号接收信号R(t)分析分析7.7.信号包信号包络V超超过某一指定某一指定值K的概率：的概率：电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理衰落特性的描述衰落特性的描述衰落特性通常用衰落特性通常用“衰落深度衰落深度”和和“衰落速衰落速度度”两个参量来衡量。两个参量来衡量。衰落深度：用来描述接收信号电平变化的范围衰落深度：用来描述接收信号电平变化的范围大小的。它定义为下图曲线中纵坐标大小的。它定义为下图曲线中纵坐标10109090所对应的横坐标上的衰耗或接收电平之差。所对应的横坐标上的衰耗或接收电平之差。衰落速度：用来描述电平变化的快慢情况。它衰落速度：用来描述电平变化的快慢情况。它定义为每分钟以正斜率通过中值电平的平均次定义为每分钟以正斜率通过中值电平的平均次数。数。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理包络电平包络电平V小于横坐标的概率（）小于横坐标的概率（）相对于中值的分贝数相对于中值的分贝数衰落深度衰落深度90%10%衰落深度电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道参信道对信号信号传输的影响的影响频率弥散与快衰落率弥散与快衰落 频率率选择性衰落和性衰落和时间弥散弥散 慢衰落慢衰落 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率率选择性衰落和性衰落和时间弥散弥散频率率选择性衰落：性衰落：是指信号是指信号频谱中某一些分量衰耗特中某一些分量衰耗特别大、大、而另一些而另一些频谱分量衰耗却比分量衰耗却比较小，从而造小，从而造成成传输后的信号畸后的信号畸变。分析分析说明明 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分析分析说明明信号传播路径有两条信号传播路径有两条到达接收点的两路信号强度相同到达接收点的两路信号强度相同(幅度相同幅度相同)到达到达接收点的接收点的时间不同时间不同(即时延不同即时延不同)发射信号发射信号f(t)f(t)经过两条路径传播的信号为经过两条路径传播的信号为固定时延固定时延两路相对时延两路相对时延某一确定强度某一确定强度框图框图电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理模模拟框框图V0V0时延t0时延t0电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分析分析说明明传递函数传递函数电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分析分析说明明取取H(H()的模的模 零点零点极大值极大值相对时延差随时间变化相对时延差随时间变化故传输特性出现的零点与极点故传输特性出现的零点与极点在频率轴上的位置随时间而变在频率轴上的位置随时间而变 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理推广到多径信道推广到多径信道频率率选择性衰落依性衰落依赖于相于相对时延差延差多径多径传播的相播的相对时延差（延差（简称多径称多径时延差）延差）通常用最大多径通常用最大多径时延差来表征，并用它来估延差来表征，并用它来估算算传输零极点在零极点在频率率轴上的位置。上的位置。多径传播的最大时延差多径传播的最大时延差多径传播媒质的多径传播媒质的“相关带宽相关带宽”(相邻传输零点的频率间隔相邻传输零点的频率间隔)电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率率选择性衰落和性衰落和时间弥散弥散如如传输波形的波形的频谱宽度大于度大于f，波形将，波形将产生生明明显的的频率率选择性衰落，性衰落，为了不引起明显的选择性衰落，传播波形的频带必须小为了不引起明显的选择性衰落，传播波形的频带必须小于多径传输媒质的相关带宽于多径传输媒质的相关带宽f f0 0。工程实现中一般取传输信号带宽工程实现中一般取传输信号带宽B=(1/5B=(1/51/3)1/3)f f时间弥散：弥散：是频率选择性衰落造成的波形畸变。是频率选择性衰落造成的波形畸变。分析分析说明：仍以前面两条路径的框明：仍以前面两条路径的框图为例例电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分析分析说明明TT设发端送入的信号端送入的信号f(t)为一方波一方波信号信号f(t0)和和f(t0+)分分别为经两条路径两条路径传播后的信号，播后的信号，为两条路径的两条路径的相相对时延。延。f0(t)=f(t0)+f(t0+)与与f(t)比比较：幅度变得高低不平幅度变得高低不平波形被展宽波形被展宽这种波形展种波形展宽现象称象称为“时间弥散弥散”。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理时间弥散弥散时间弥散的影响：波形的展弥散的影响：波形的展宽可能会造成可能会造成前后数字波形的重叠，前后数字波形的重叠，导致致码间干干扰。为了减少了减少这种影响，必种影响，必须Ts。这样就大大就大大降低了数字波形的降低了数字波形的传输速度。大大限制了速度。大大限制了数字波形的数字波形的传输速度。速度。变参信道的多径参信道的多径传播播对数字信号的数字信号的传输带来的影响是来的影响是严重的，重的，这也是也是变参信道参信道对数数字信号字信号传输的主要影响。的主要影响。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理T2T3T电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.3 变参信道及其参信道及其对信号信号传输的影响的影响 变参信道变参信道1 变参信道对信号传输的影响变参信道对信号传输的影响2变参信道特性的改善变参信道特性的改善3电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道特性的改善参信道特性的改善变参信道参信道对信号信号传输的最大危害是多径的最大危害是多径传播引起的快衰落播引起的快衰落现象和多径象和多径时延。延。为了抗快衰落通常可采用多种措施，了抗快衰落通常可采用多种措施，较为有效且常用的抗衰落措施就是分集接收技有效且常用的抗衰落措施就是分集接收技术。下面我下面我们简介分集接收的原理。介分集接收的原理。分集接收的思路分集接收的思路分集方法分集方法合并方式合并方式电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分集接收的思路分集接收的思路分集接收就是分集接收就是设法取得法取得n组相互独立相互独立的信号，的信号，再按适当的方法集中起来，以便衰落再按适当的方法集中起来，以便衰落强度度相互相互补偿，使，使总的接收信号比的接收信号比较平平稳，从，从而克服或减弱信号包而克服或减弱信号包络的起伏。的起伏。采用分集接收的信号采用分集接收的信号质量可以大大提高，量可以大大提高，变参信道中分集接收是抗快衰落的有效方参信道中分集接收是抗快衰落的有效方法。法。分集接收分集接收接收信号瞬接收信号瞬时电平与相距一定距离的另一平与相距一定距离的另一接收位置上的信号瞬接收位置上的信号瞬时电平相互独立平相互独立同一位置上同一位置上间隔很大的两个隔很大的两个时刻上的接收刻上的接收信号信号电平相互独立平相互独立同一位置、同一信道同一位置、同一信道传输来的来的频率相隔很率相隔很远的信号衰落相互独立的信号衰落相互独立不同的天不同的天线极化方向或不同角度天极化方向或不同角度天线所接所接受的信号具有受的信号具有类似的独立衰落性似的独立衰落性质电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道特性的改善参信道特性的改善分集接收的思路分集接收的思路分集方法分集方法合并方式合并方式电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分集方式分集方式空空间分集分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集率分集时间分集分集电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理空空间分集分集收端使用收端使用n付同付同样的天的天线，将它，将它们安置在有安置在有一定距离的不同位置，以降低不同天一定距离的不同位置，以降低不同天线接接收信号收信号间的相关性。的相关性。分集分集接收接收输出输出发送端发送端接收端接收端.电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理空空间分集分集天天线放置的位置不同，效果也不同放置的位置不同，效果也不同电离层反射和对流层散射媒质的信道，直立方电离层反射和对流层散射媒质的信道，直立方向和水平垂直相关系数的速率降低得较快。若向和水平垂直相关系数的速率降低得较快。若天线间隔达到天线间隔达到100100个波长左右，就可以认为两天个波长左右，就可以认为两天线接收信号完全不相关了。线接收信号完全不相关了。直立方向直立方向水平垂直方向水平垂直方向水平顺延方向水平顺延方向电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理空空间分集分集通常情况下，分集天通常情况下，分集天线数（分集重数）越数（分集重数）越大，性能越好。大，性能越好。当分集重数增加到一定数量以后，分集重当分集重数增加到一定数量以后，分集重数数对性能的改善能力将越来越差。性能的改善能力将越来越差。考考虑分集重数分集重数时不能一味求多，造成不必不能一味求多，造成不必要的浪要的浪费，一般情况下多采用，一般情况下多采用24付天付天线二四重空二四重空间分集。分集。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分集方式分集方式空空间分集分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集率分集时间分集分集电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理极化分集极化分集有有时候衰落的部分原因是由于信号通候衰落的部分原因是由于信号通过传输媒媒质极化方向极化方向发生了生了变化。在短波化。在短波电离离层反射信道中，接收信号的水平极化分量反射信道中，接收信号的水平极化分量和垂直极化分量和垂直极化分量间的相关性很小。的相关性很小。可用两可用两个位置很近，但极化方向不同的天个位置很近，但极化方向不同的天线分集分集接收信号。接收信号。注意注意：在：在对流流层散射和微波散射和微波视距信道中，距信道中，水平极化和垂直极化水平极化和垂直极化电波之波之间的相关系数的相关系数接近于接近于1，此，此时不能用极化分集。不能用极化分集。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分集方式分集方式空空间分集分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集率分集时间分集分集电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理角度分集角度分集利用天利用天线波束指向不同方向波束指向不同方向间隔增大而相隔增大而相关性减小的特性关性减小的特性进行分集。行分集。为了了实现角度分集，收角度分集，收发天天线都都应该具有具有不止不止个波束，以便按不同角度个波束，以便按不同角度时传输该信息。在微波波段，分集的角度信息。在微波波段，分集的角度间隔可能隔可能在零点几度在零点几度这种方法种方法现在用得不多。在用得不多。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分集方式分集方式空空间分集分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集率分集时间分集分集电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率分集率分集用多个不同用多个不同载频传送同一个消息送同一个消息利用同一途径利用同一途径传输的不同的不同载波的包波的包络的相的相关系数随其关系数随其频率率间隔的增加而减小的特性隔的增加而减小的特性进行分集行分集如如载频差大于最大多径差大于最大多径时延的倒数延的倒数时，可，可认为不同不同载波的信号基本上不相关，波的信号基本上不相关，这样我我们可按不同的可按不同的频率率进行分集。行分集。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率分集率分集当载波频率间隔大于相关带宽时当载波频率间隔大于相关带宽时可以认为接收信号的衰落是相互独立的可以认为接收信号的衰落是相互独立的载波频率间隔应满足载波频率间隔应满足 载波频率间隔载波频率间隔 相关带宽相关带宽最大多径时延差最大多径时延差 例：移例：移动通信工作通信工作频率率900MHz，典型最大，典型最大多径多径时延差延差为5s电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理分集方式分集方式空空间分集分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集率分集时间分集分集电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理时间分集分集时间分集是将同一信号在不同的分集是将同一信号在不同的时间区区间多次重多次重发。只要各次。只要各次发送的送的时间间隔足隔足够大，各次大，各次发送信号所出送信号所出现的衰落将是相互的衰落将是相互独立的，独立的，则得到的得到的n个信号便个信号便为互不相关。互不相关。时间分集主要用于衰落信道中分集主要用于衰落信道中传输数字信数字信号。号。重复重复发送的送的时间间隔隔应满足：足：衰落频率衰落频率运动速度运动速度电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理时间分集分集若目若目标静止，静止，则v=0，此，此时重复重复发送送时间间隔隔为无无穷大大时间分集分集对于静止目于静止目标来来说是无效的。是无效的。衰落频率衰落频率运动速度运动速度电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理变参信道特性的改善参信道特性的改善分集接收分集接收分集方法分集方法合并方式合并方式电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理合并方式合并方式在分集得到在分集得到n组互不相关的信号后，互不相关的信号后，还须采取适当的集中方法将它采取适当的集中方法将它们合并起合并起来，才能克服快衰落，使信号达到平来，才能克服快衰落，使信号达到平稳的目的。的目的。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理合并方式合并方式只要只要选择不同的加不同的加权系数，就可得到不同的合系数，就可得到不同的合并方式。不同的合并方式，并方式。不同的合并方式，对信噪比的改善程信噪比的改善程度也各有不同。度也各有不同。合并性能通常用平均合并性能通常用平均输出信噪比和合并出信噪比和合并增益来表示。增益来表示。设设N N个独立衰落信号分别为个独立衰落信号分别为 合并器的输出为合并器的输出为第第i i个信号的个信号的加权系数加权系数电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理合并方式合并方式选择式合并式合并(开关式开关式)等增益合并等增益合并(组合式合式)最大比最大比值合并合并(组合式合式)通常合并的方法有三种：通常合并的方法有三种：电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理选择式合并（开关式）式合并（开关式）选择式合并是所有合并方式中最式合并是所有合并方式中最简单的一种的一种检测所有接收机所有接收机输出信号的信噪比，出信号的信噪比，选择其其中信噪比最大的那一路信号作中信噪比最大的那一路信号作为合并器的合并器的输出。出。输出输出发送端发送端选选择择逻逻辑辑接收端接收端.k k1 1k k2 2k kN N.电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理选择式合并（开关式）式合并（开关式）输出输出发送端发送端选选择择逻逻辑辑接收端接收端.k k1 1k k2 2k kN N.选择式合并式合并实现方法方法简单，但效果差，没有，但效果差，没有充分利用其它路收到的信号充分利用其它路收到的信号 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理选择式合并（开关式）式合并（开关式）平均输出信噪比平均输出信噪比 合并增益合并增益 支路信号最大信支路信号最大信噪比噪比合并器平均输合并器平均输出信噪比出信噪比电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理合并方式合并方式选择式合并式合并(开关式开关式)等增益合并等增益合并(组合式合式)最大比最大比值合并合并(组合式合式)电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理等增益合并（等增益合并（组合式）合式）当加当加权系数系数k1=k2=kN时,为等增益合并等增益合并假假设每条支路的平均噪声功率相等，每条支路的平均噪声功率相等，则等增等增益合并的平均益合并的平均输出信噪比出信噪比为：合并增益为：合并增益为：等增益合并易于实现，实现效果比选择式合等增益合并易于实现，实现效果比选择式合并好。并好。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理合并方式合并方式选择式合并式合并(开关式开关式)等增益合并等增益合并(组合式合式)最大比最大比值合并合并(组合式合式)电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理最大比最大比值合并合并最大比最大比值合并原理是各条支路加合并原理是各条支路加权系数与系数与该支路信噪比成正比。支路信噪比成正比。信噪比越大，加信噪比越大，加权系数越大，系数越大，对合并后信号合并后信号贡献也越大。献也越大。输出输出发送端发送端相相加加接收端接收端.可变增益可变增益k k1 1可变增益可变增益k k2 2可变增益可变增益k kN N.电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理最大比最大比值合并合并每条支路的每条支路的平均噪声功率相等平均噪声功率相等 各支路加权系数各支路加权系数 第第k k条支路条支路的信号幅度的信号幅度每条支路每条支路的平均噪声功率的平均噪声功率控制各分集支路接收机的增益，使信噪比小的增控制各分集支路接收机的增益，使信噪比小的增益小，信噪比大的增益大，然后合并，益小，信噪比大的增益大，然后合并，这样得到得到的的总信号能保持最大的倍噪比。信号能保持最大的倍噪比。这种方法种方法优于其它两种。于其它两种。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理三种合并方式性能比三种合并方式性能比较这三种合并方式中，最大比三种合并方式中，最大比值合并的性能最合并的性能最好，好，选择式合并的性能最差。式合并的性能最差。当当N 较大大时，等增益合并的合并增益接近于，等增益合并的合并增益接近于最大比最大比值合并的合并增益。合并的合并增益。