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原理概述

在移動通信系統中，受多徑衰落和陰影衰落等快衰落的影響，在信號接收端多個幅度和相位不同的信號相疊加，不同信號的疊加使得復合信號相互抵消或增強，產生較嚴重的失真。為了克服快衰落帶來的影響，通常采用的抗衰落和抗幹擾技術有：分集技術、均衡技術、編碼技術等。

分集的基本原理是通過信道特性不同的多個信道（時間、頻率或者空間特性等不同），接收到承載相同信息的多個發送信號的副本。由於多個信道的傳輸特性不同，信號多個副本受衰落的影響就不會相同。使用接收到的多個信號副本，幫助接收端正確恢復出原發送信號。分集技術充分利用之前造成幹擾的信號的多徑特性，來提高接收信號的正確判決率，這要求不同信號副本之間具有不相關性。

如果不采用分集技術，為了克服快衰落影響，發射端必須要提高發射功率。而手持移動終端的電池容量有限，所以反向鏈路中所能獲得的功率也非常有限，而采用分集方法可以降低發射功率，延長移動終端使用時間。

分集技術包括空間分集、頻率分集、時間分集、極化分集等。

原理介紹

一、空間分集

空間分集是一種常用的分集形式。所謂空間分集，指將同一信息進行編碼後從多根天線上發射出去的方式，接收端將信號區分出來並進行合並，從而獲得分集增益，其模型如下圖所示：

在空間分集系統模型中，當發射天線間距大於長度d時，我們可以認為不同子信道的信道增益相互獨立，產生的信號路徑也是不相關的。d是與天線所處的散射環境和載波頻率有關的常數。例如移動臺接近地面散射豐富時，信道在很短的空間距離下就可以達到不相關，典型的天線間距為

對於位置比較高的基站來說，將需要幾個到十幾個波長的天線距離。空間發射分集技術經常用於城市蜂窩系統中，因為它可以通過選擇最好的接收信號或其合成信號以減少衰落的影響。隨著環境密度的增加，為使鏈路預算達到平衡，可以通過改善移動臺接收增益(3～5dB)。安裝天線空間較大是空間分集的一大缺點。實際中分集支路數目受到較大的天線單元間距的限制，系統成本隨著大間距增大，各支路之間的平均接收功率的差異也因大間距而變大，而較小的天線間距又會讓各單元間的相關性變大，因而天線單元間距過大或者過小均導致空間分集性能下降。

二、頻率分集

頻率分集主要應用於頻率衰落型信道，就是在多於一個載頻上對同一信號進行重復發送，發送信號副本以頻率冗余的方式到達接收端，形成獨立的衰落，然後對接收信號進行合成或選擇。頻率分集需要利用不同頻段的信號經衰落信道後在特性上的差異來實現。其模型如圖所示：

頻率分集的效果取決於兩頻道信號的相關系數，相關系數越小，分級效果越好。頻率分集兩頻道信號的相關系數可以表示為：

式中，d為電路長度，單位為km；f為頻率，單位為GHz；△f為兩頻道中心頻率之差的絕對值，單位為GHz。頻率分集可以通過直接序列擴頻(DS-SS)、多載波調制和調頻來實現。相比空間分集，它使用的設備更少，然而由於引入了頻率冗余，就占用了更多的頻帶資源，這對寶貴的頻帶資源來說，是致命的。

三、時間分集

時間發射分集是將同一信號以超過信道相幹時間的時間間隔進行重復發送，則各次發送間隔出現相互統計獨立的的衰落。在實現抗時間選擇性衰落時，就是通過時間分集利用時間上衰落在統計上互不相關的特性上的差異。其模型如下圖所示：

重復發送的時間間隔必須保證發送出去的信號副本保持不相幹的衰落，此時時間間隔△T應該滿足：

式中，fm是與信道環境相關的衰落頻率，為統計測量值；v發端的相對移動速度，λ為工作波長。若收發端的相對移動速度v=0，即收發端相對靜止時，△T為無窮大。這說明當，當收發端相對靜止時，不能取得時間分集增益。在數字通信系統中，通常使用差錯控制編碼以獲得時域上的冗余，由時間交織提供發射信號副本之間的時間間隔。時間分集由於引入了時間冗余，使得帶寬利用受損，降低了傳輸效率。

四、極化分集

極化分集就是利用在同一地點兩個極化方向相互正交的天線發出的信號可以呈現不相關的衰落特性進行分集接收，目前我們最常用的雙極化天線多采用±45°雙線極化，即在收發端天線上安裝± 45°極化天線，就可以把得到的兩路衰落特性不相關的信號進行極化分集。

由於一根雙極化天線是由極化彼此正交的兩根天線封裝在同一天線罩中組成的，采用雙線極化天線,可以大大減少天線數目，簡化天線工程安裝，降低成本，減少了天線占地空間。

圖1：基站天線常用極化方式

圖2：雙極化基站天線示意

極化分集天線通過使用的正交極化天線來獲得獨立的衰落信號，因此不需要空間分集。在市區基站，要安裝滿足空間分集距離要求的天線比較困難，此時極化分集方式就成為重要選擇。

分集技術介紹