一文详解无线通信抗衰落抗干扰技术

摘要：无线通信中，信号衰落是影响传输质量的关键难题。无论是因为多径效应、阴影效应还是路径损耗，信号在传播过程中总会面临各种干扰。然而，抗衰落技术的不断发展，让我们能够在嘈杂的无线环境中实现高质量的通信。从经典的分集接收、信道编码到现代的自适应调制、MIMO技术，这些

无线通信中，信号衰落是影响传输质量的关键难题。无论是因为多径效应、阴影效应还是路径损耗，信号在传播过程中总会面临各种干扰。然而，抗衰落技术的不断发展，让我们能够在嘈杂的无线环境中实现高质量的通信。从经典的分集接收、信道编码到现代的自适应调制、MIMO技术，这些创新为5G、卫星通信和物联网提供了强大的技术支撑。了解这些技术如何塑造未来无线通信，是探索下一代网络的关键！

下面将基于Semtech公司的LoRa无线扩频抗干扰技术，分享三个关键抗衰落抗干扰技术：分集接收技术、Rake接收器和信号组合方法和多分支多样性接收及其自适应技术。

1、分集接收技术

衰落是无线通信信道中信号传输的主要障碍。衰落是由多径传播引起的。也就是说，来自不同路径的信号可以相互产生建设性或破坏性干扰。解决这一问题的方法有分集接收。

无线信道分集是一种从通过独立衰落路径传输的多个信号中获取信息的方法。它利用无线电传播的随机性，找到用于通信的独立信号路径。这是一个非常简单的概念，如果一条路径经历深度衰落，另一条独立路径可能会有强信号。由于有多个路径可供选择，接收器的瞬时和平均SNR都可以得到改善，然而在一般情况下，分集决策由接收器做出。

LoRa利用扩频技术对抗多径效应和衰落，通过扩展信号的时间特性增加接收的鲁棒性，这与分集接收技术的目标一致。尽管LoRa本身不直接使用空间分集或频率分集，其通过信号特性在时间和频率域的独特设计，间接提高了系统的抗干扰能力。

2、Rake接收器和信号组合方法

Rake接收机是什么？Rake接收器是一种专门用来处理多径传播的技术，通过对不同路径的信号进行相干组合提高信噪比。

Rake接收器专门用于CDMA蜂窝系统，它可以组合多径分量，即原始信号传输的延时版本。这种组合是为了提高接收器的信噪比（SNR）。Rake接收器尝试通过为每个多径信号提供单独的相关接收器来收集原始信号的时移版本。之所以可以做到这一点，是因为当多径分量的相对传播延迟超过一个码片周期时，它们实际上彼此不相关。Rake接收器的设计可以看作是从公共天线馈送的一系列延时相关器抽头。

如果每个相关器抽头都延迟以匹配特定传输信号的到达时间，那么每个抽头的输出都可以同相重新组合。一旦具有特定传播时间的射频信号被相关器抽头锁定，就必须对该信号所经历的增益或损失进行估计。抽头的权重执行此增益归一化功能。调整后，每个Rake抽头的输出可以组合起来以形成更好的传输信号版本。

LoRa虽然不直接使用Rake接收器，但其扩频技术的本质也可以被视为一种广义的“信号组合方法”，因为它能够将多径信号中的能量综合利用，降低衰落影响。

3、多分支多样性接收及其自适应技术

无线通信中的多径传播和阴影效应会导致信号强度随机波动，即所谓的衰落。衰落会显著影响通信链路的性能，导致比特误码率（BER）增加和信道容量降低，其中多样性技术通过接收多个独立的信号副本，提升信号质量，接收信号的多个分支中选择信号质量最好的分支，此技术适用于硬件复杂度较低的系统，但性能提升有限。

自适应技术提出通过自适应调制和编码（AMC，Adaptive Modulation and Coding）来动态调整信号的调制方式和编码速率，当信道条件良好时，使用高阶调制和较少的编码冗余，当信道条件恶劣时，使用低阶调制和更多的编码冗余，这种方法有效提高了信道容量，同时保持低误码率。

对于LoRa技术，其本质上不是多分支多样性接收，它利用了扩频技术（Spread Spectrum Technology）来提升抗干扰能力。而扩频技术本身是一种间接形式的多样性，通过将信号能量分布在宽频带上，降低特定频点的干扰影响。如果结合多分支多样性接收，例如使用多个天线接收不同路径的LoRa信号，则可以进一步提升系统性能。

LoRa也使用自适应数据速率（ADR，Adaptive Data Rate），这是一种自适应技术。ADR根据信道条件动态调整数据速率和发射功率，优化传输距离和链路可靠性。在信号强时，LoRa可以选择较高的数据速率和较低的扩频因子（SF）来提高吞吐量，在信号弱或距离远时，选择较低的数据速率和较高的SF来增加抗干扰能力。