5G无线技术基础自学系列 | 抗衰落技术

Posted 2022-12-16 COCOgsta

素材来源：《5G无线网络规划与优化》

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无线信道是随机时变信道，信号在无线信道中传播时，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9-1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影响而产生的损耗。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，它反映了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、不同的传输路径的衰落特性不一样。

(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，引起频率扩散，从而产生时间选择性衰落。

(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，从而产生频率选择性衰落。

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，常用方法为分集技术。

分集就是利用两条或多条传输途径传输相同信息，并对接、收信机的输出信号进行选择或合成，用以减轻衰落影响。常用的分集技术有空间分集、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方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，这要求采用空间分集时，主分集天线之间的水平间距至少是无线信号波长的10倍，分集距离D是无线信号波长的10~20倍；或者采用极化分集，保证主分集天线接收到的信号不具有相同的衰减特性，如图9-2所示。

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9-3所示。其中，“V+H”表示垂直和水平两路信号，“\\” “/”分别表示+45°和-45°两路信号。

3.时间分集

时间分集可以采用符号交织、检错和纠错编码等技术。交织技术如图9-4所示。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之一。

4.频率分集

频率分集采用扩频方式来解决快衰落问题。频率分集的理论基础是相关带宽，即当两个频率相隔一定间隔后， 就可以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200kHz时， 移动通信频段即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的频段上， 因此其本身即是一种扩频通信。在5G NR中， 上下行均支持非连续资源分配， 同时PUSCH支持跳频， 具有较高的频率分集增益。