多信道合并算法

多信道合并算法主要内容1.多信道传输的背景2.分集技术3.合并方式4.合并方式的性能比较1.多信道传输的背景我们知道，为了提高移动通信系统的性能，可以采用信道均衡和信道编码来改进接收信号质量，其中，信道均衡用于补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰，信道编码通过加入冗余的数据位来改善通信链路的性能。我们知道，当信道出现深度衰落时，接收到的信号受到很大衰减，从而出现严重误码。这时，如果我们提供多条独立衰落信道，使同样得信号在这些信道上传输，然后把从这些信道上接收到的信号接收后再进行判决。由于多条独立衰落信道同时发生深度衰落的概率必然是比较小的，所以分集技术可显著改善误码性能，从而可以补偿衰落信道的损耗。2.分集技术2.1.分集的概念在多路不相关的衰落路径上传送相同的信号然后合并。分集有两重含义：一是分散传输，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。因此，要获得分集效果最重要的条件是各个信号之间应该是“不相关”的。2.2.分集方式有数种分集方式来构造独立衰落的信道，其中常见的分集方式如下。（1）.频率分集频率分集是将数字信息调制在L个载波上传输，这些载频间的间隔不小于信道的相关带宽。这时L个对应了L条独立衰落信道。(2).时间分集时间分集是将同样的数字信息在L个不同时隙发送，这些时隙的间隔不小于信道的相干时间，于是这L个时隙对应了L条独立衰落信道。（3).多天线空间分集用相隔一定间距的多根天线接收信号，或者发送信号，如果天线间的间隔至少在10个波长以上，则都可以获得独立衰落信道。（4）Rake接收当发送信号的带宽远远超过信道相干带宽时，因为这时信号可以分离出多径分量，从而可以提供多条独立衰落信号路径，也称为路径分集。3.分集技术中的合并方式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，这就是合并问题。合并的方式有以下几种。1.选择性合并()()(),1,2,,kjlkklkrtaesttkL信号在L条独立衰落信道上传输，设第k条信道的等效低通输出为：其中和分别表示第k条衰落信道的幅度衰和相移；是等效低通复高斯噪声，设它的实部和虚部的功率谱密度均为kak()ktkN于是第k条信道接收机的输出信噪比为:其中为复包络信号的能量。选择合并器通过测量各条支路的信噪比，选择其中最大信道比支路的输出进行判决。2ksksaErNsE()lst2.最大比合并（MRC算法）在最大比合并中，合并器把各衰落支路所接收到的信号线性组合，即（2-1）选择合并系数使的信噪比最大，所以最大比合并是一种最佳的合并器。1()()Llklkkrtrtk()lrt式（2-1）中得信号分量为(2-2)噪声分量为（2-3）由于相互独立，所以噪声总功率为：（2-4）于是输出信噪比为：（2-5）1()()kLjlkkkvtstae1()()Lkkktt()kt21LkkkNN2121kLjkkskLkkkeErN利用Schwartz不等式，有（2-6）式（2-6)成立的充分条件为现令（2-7）（2-8）222111LLLkkkkkkkabb,1,2,,kkbakL,kjkkkkkkaeabNN代入式（2-6）得到（2-9）所以（2-10）当选择（2-11）时，式（2-10）等号成立，也就是说这时合并器输出地信噪比是最大的，等于各支路信噪比之和。222111kLLLjkkkkkkkkkeNN1Lkkrr,1,2,,kjkkkekLNr达到信噪比最大的条件是加权系数的相位为，正好抵消衰落的相位偏移，使得各支路信号同相相加。同时加权系数的幅度与成正比，所以强信号的加权系数大，进一步削弱了各支路的噪声。kkNkk3.等增益合并在等增益合并中，每个分支进行相位校正，使各支路信号同相相加，但各分支的增益加权系数是相等的，所以这时的合并系数为。于是合并器的输出为：kjke111()()()kLLLjlklklkkkkkrtrstet4.平方律合并在非相干解调中，往往完全不估计衰落信道参数和，而是把接收机把各支路接收到的等效低通信号平方后直接相加起来进行包络检波。这时送给平方律检波器的信号为：21()()Lllkkrtrt4.合并方式的性能比较在数字通信中，多径信号的合并一般放在各支路解调以后，对各支路的输出判决量进行合并。对于相干解调情况，接收机可以估计信道的相移，合并器对解调输出进行相位校正，然后加权求和，这就是等增益合并。如果在接收机中不仅可以估计出衰落信道的相移，而且也克估计出信号的幅度衰减，在合并器中经过相位校正的信号按信号的强度加权，这种就是最大比合并。这里比较的主要是最大比合并，等增益合并选择式合并三种方式。从上图可以看出，在这三种合并方式中，最大比值合并的性能最好，选择式合并的性能最差。当N较大时，等增益合并接近于最大比值合并。谢谢