CN1976251B - 基于反相对称法的分集接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反相对称法的分集接收方法，该方法是在发送端同时发送两路互反的信号，在接收端分别将这两路信号解调后再相减或将其中的一路反相后与另一路相加，从而有效地改善了信噪比。本发明由于天线数目少、间距小而载频个数少、频差小，从而降低了系统费用以及信号传输的复杂度。本发明适用于各种无线电信号传输领域。

Description

基于反相对称法的分集接收方法

技术领域

本发明属于无线电通信系统中的信号传输方法，特别是在电信号传输中基于反相对称法的一种分集接收方法。

背景技术

在以往的无线通信系统中常采用分集接收技术来克服信道的衰落现象和改善系统性能。其中有空间分集、频率分集等。空间分集是用多个收、发天线传送同一信号；频率分集是用多个载频传送同一信号。为了确保各信道统计独立，天线的间距必须足够远或各载频的间隔必须足够大。在接收端获得多个信号副本，利用各种合并准则，使接收端的信噪比(SNR)最大。上述方法对信噪比的改善率r随着传送路数m的增加而增加，即 $r\≈\sqrt{m}.$ 然而无论是天线间隔的增加还是传送路数的增加，都会增大系统费用和复杂度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于反相对称法的分集接收方法。该方法是将同一信号分两路传输(即m＝2)，并利用两路噪声的相关性提高系统的信噪比，以解决上述方法中天线间隔和传送路数的增加所带来的系统复杂和费用的增加问题。

本发明的基本构思是在发送端同时发送两路互反的信号，在接收端分别将这两路信号解调后再相减，从而获得较大的输出信噪比。反相对称法简称PISM(Phase Inversion Symmetric method)。

本发明的具体技术方案是将两路互反的信号s₁(t)和s₂(t)分别用两个信道CH₁和CH₂传输，其中s₂(t)＝-s₁(t)。反相对称法基本原理框图详见附图1。

附图1中的ξ₁(t)和ξ₂(t)分别为信道CH₁和CH₂中具有零均值的加性噪声，为便于分析，设信道增益为1，因此在接收端，CH₁和CH₂的输出分别为：

r₁(t)＝s₁(t)+ξ₁(t)

r₂(t)＝s₂(t)+ξ₂(t)

附图1中减法器的输出为：r(t)＝r₁(t)-r₂(t)

                           ＝[s₁(t)+ξ₁(t)]-[s₂(t)+ξ₂(t)]

                           ＝[s₁(t)-s₂(t)]+[ξ₁(t)-ξ₂(t)]

                           ＝s(t)+ξ(t)

式中：s(t)＝s₁(t)-s₂(t)

ξ(t)＝ξ₁(t)-ξ₂(t)

当CH₁和CH₂的传输特性相近时，容易求出输出信号功率为

S₀＝E[(s₁(t)-s₂(t))²]≈4E[s₁ ²(t)]＝4S₁(1)

式中S₁和S₂分别为CH₁和CH₂的输出信号功率，且S₁≈S₂。

同时还可以求得加法器的输出噪声功率为

N₀＝E[ξ²(t)]＝E[(ξ₁(t)-ξ₂(t))²]

  ＝E[ξ₁ ²(t)]+E[ξ₂ ²(t)]-E[2ξ₁(t)ξ₂(t)]

设N₁和N₂分别为CH₁和CH₂的输出噪声功率，ρ为两路噪声的相关系数，即：

N₁＝E[ξ₁ ²(t)]，N₂＝E[ξ₂ ²(t)]，ρ＝E[ξ₁(t)ξ₂(t)/(N₁N₂)^1/2]

代入上式可得：N₀＝N₁+N₂-2ρ(N₁N₂)^1/2(2)

再假定这两路噪声的数字特征也相近即：N₁≈N₂

代入(2)式可得：N₀≈2(1-ρ)N₁                (3)

从而求得输出信噪比为：S₀/N₀≈2S₁/((1-ρ)N₁) (4)

从而得到了PISM的信噪比改善率为：

r＝G_PISM＝(S₀/N₀)/(S₁/N₁)≈2/(1-ρ)         (6)

它只和两路噪声的相关系数ρ有关，而与原来的信噪比无关。

实际的通信系统大都满足0＜ρ＜1，此时r≈2/(1-ρ)＝2～∞。可见ρ越大对信噪比的改善程度就越大。例如，当ρ＝0.9时，r≈20；当ρ＝0.99时，r≈200。并且这种改善程度只取决于相关系数ρ，而不管原来的信噪比S₁/N₁有多么小。这就为我们从强噪声中提取弱信号提供了可能性。

将PISM用于分集接收技术中，如附图2所示，将两路互反的信号s₁(t)和s₂(t)，分别调制在两个载频f₁、f₂上，这两个载频的间隔为信号带宽f_m的1～6倍，即

|f₁-f₂|＝(1～6)f_m

在接收端用两个间距为(0～3)λ₀的接收天线接收这两路信号。其中

λ₀≈2/(f₁+f₂)

注：当间距为0时表示只用一个天线接收。

接收机分别对这两路信号解调，再将解调后的信号相减或将其中的一路反相后与另一路相加，从而把有用信号提取出来，并使噪声得到抑制。

本发明将PISM用于分集接收技术中，是将同一信号分两路传输(即m＝2)，可以使信噪比的改善率r≈2/(1-ρ)，这里的ρ为两路噪声的互相关系数。而按以往的分集接收技术， $r\≈\sqrt{2}.$ 在实际系统中，通常可取ρ＝0～1。当ρ＝0时，本发明也能使r≈2，好于以往的分集接收技术。而当两路噪声相关性很强时，相关系数ρ接近于1，此时改善率r将会很大。

在本发明中由于天线数目少、间距小而且载频个数少、频差小，从而降低了系统费用和复杂度。

附图说明

图1是本发明反相对称法基本原理框图。

图2是本发明将反相对称法用于分集接收方法的基本框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例能够对本发明作出进一步的详细说明。

实施例1

本发明将反相对称法用于分集接收技术中，在发送端同时发送两路互反的信号，在接收端分别将这两路信号解调后再相减或将其中的一路反相后与另一路相加。

实施例2

如附图2所示，将两路互反的信号s₁(t)和s₂(t)，分别调制在两个载频f₁、f₂上，这两个载频的间隔为信号带宽f_m的1～6倍，即

|f₁-f₂|＝(1～6)f_m

在接收端用两个间距为(0～3)λ₀的接收天线接收这两路信号。其中

λ₀≈2/(f₁+f₂)

注：当间距为0时表示只用一个天线接收。

接收机分别对这两路信号解调，再将解调后的信号相减或将其中的一路反相后与另一路相加，从而把有用信号提取出来，并使噪声得到抑制。

Claims (2)

1.基于反相对称法的分集接收方法，其特征是在发送端同时发送两路互反的信号，在接收端分别将这两路信号解调后再相减或者将其中的一路反相后与另一路相加。

2.如权力要求1所述的基于反相对称法的分集接收方法，其特征是将两路互反的信号s₁(t)和s₂(t)，分别调制在两个载频f₁、f₂上，这两个载频的间隔为信号带宽f_m的1～6倍，在接收端用两个间距为d的接收天线接收这两路信号，其中d为λ₀的0～3倍，λ₀≈2/(f₁+f₂)，当d为λ₀的0倍时，两个接收天线合并为一个接收天线，但由于两路信号分别调至在两个载频f₁、f₂上，所以接收端仍能将它们区分开来。

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