智能天线和空间分集接收（二）

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一、问题的提出

１．无线信道传播特性

移动通信环境下的电波传播具有自由空间传播损耗、阴影衰落以及多径衰落等特点，其中多径衰落对无线信道上传输的信号有很严重的影响，电波的反射、散射和衍射使接收信号产生了时延扩展、频率（Ｄｏｐｐｌｅｒ）扩展和角度扩展。

（１）时延扩展

假设发射信号是一个时间宽度极窄的脉冲信号，经过多径信道后，由于各信道时延的不同，接收到的信号为一串脉冲，因此接收信号的波形比原脉冲展宽了，造成了ＩＳＩ。

（２）频率扩展

由于移动用户与基站的相对运动，每条多径都会有一个明显的频率移动，引起时间选择性衰落，即信号幅度随着时间变化。

（３）角度扩展

角度扩展是多径信号到达天线阵列的到达角度的展宽，产生了空间选择性衰落，即信号幅值与天线的位置有关。

２．多址干扰

同时，在ＣＤＭＡ无线通信系统中，所有小区的用户使用相同的时隙和频带，且用户接入到基站的上行链路通常是异步的，即每个用户码字的到达时间都不相同。由于非正交的发送码字以及多径效应的影响，接收机收到很多其他用户的多址干扰信号，严重情况下会造成“远近效应”，使ＣＤＭＡ系统的容量受到限制或无法正常工作。

因此，由时延扩展引起的ＩＳＩ、角度扩展带来的空间深衰落以及来自同小区和邻近小区的ＭＡＩ是影响ＣＤＭＡ系统性能的极为重要的几个问题。基于智能天线和空间分集接收技术的空时处理技术可用于减少ＩＳＩ、ＭＡＩ和抵抗空间选择性衰落，这２种技术的区别也体现在它们是如何克服这些干扰的。

３．空时信道模型

经典的信道模型只考虑了接收信号的功率和多普勒频谱分布，并假设信号到达方向（ＤＯＡ）服从大于０，且小于或等于２π的均匀分布，这种信道模型并不能反映信号在无线信道中传输的角度扩展特性。

但是智能天线和空间分集接收技术的实现方式完全依赖于天线接收信号之间的相关性，所以要具体分析信号通过无线通信信道传输后的空间特性是如何影响天线阵系统的性能的，就必须建立空时信道模型。圆盘散射模型（ＣＤＳＭ）说明了不同空间点上接收信号包络的相关性与信号的空间特征有关。

４．不同环境的信道特性

信号在不同环境（乡村和郊区、城市、购物中心或室内环境等）中的时延扩展、频率扩展和角度扩展都不相同，而接收信号的空间相关性是由到达接收机天线阵的信号的角度扩展决定的，所以可针对不同环境设计基于智能天线和空间分集接收技术的空时处理接收机。

（１）乡村和郊区

基站天线通常位于非常高的塔或山顶，高于一般建筑物或其他结构，可以提供视距传输。发射信号主要经移动台附近的物体和远端散射体散射或反射之后到达基站。在这种环境中，有一定的时延扩展，并且基站处的多径分量限制在一个很小的角度区域内。

（２）城市

在密集的城市地区，无论是基站附近，还是移动台周围都会有很多建筑物或障碍物，通常不存在视距传输。发射信号通过多条路径到达接收机，时延扩展和角度扩展都很严重。

（３）购物中心或室内环境

基站天线一般设在建筑物内，由于室内有很多物体，所以基站接收的信号同时受到基站和移动台附近物体的散射作用，接收信号的角度扩展很严重，但是没有明显的时延扩展。