combining

分集技术的技术分类

总结起来,发射分集技术的实质可以认为是涉及到空间、时间、频率、相位和编码多种

资源相互组合的一种多天线技术。根据所涉及资源的不同,可分为如下几个大类：

1、空间分集

我们知道在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信

道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也

很小，因此这一设想引出了利用两副接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，

衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集。空间分集是利用场强随空间的随机变

化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。这里所提

相关性是个统计术语，表明信号间相似的程度，因此必须确定必要的空间距离。经过测试和

统计，CCIR建议为了获得满意的分集效果，移动单元两天线间距大于0.6个波长，即d>0.61，

并且最好选在l/4的奇数倍附近。若减小天线间距，即使小到1/4，也能起到相当好的分集

效果。

空间分集

空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统。其中空间分集接收是在空间不同

的垂直高度上设置几副天线，同时接收一个发射天线的微波信号，然后合成或选择其中一个

强信号，这种方式称为空间分集接收。接收端天线之间的距离应大于波长的一半，以保证接

收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，

其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选

出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。这样就降低了信道

衰落的影响，改善了传输的可靠性。空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需

另外单独的接收天线。

2、频率分集

频率分集

频率分集是采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率同时发送和接收同一信

息，然后进行合成或选择，利用位于不同频段的信号经衰落信道后在统计上的不相关特性，

即不同频段衰落统计特性上的差异，来实现抗频率选择性衰落的功能。实现时可以将待发

送的信息分别调制在频率不相关的载波上发射，所谓频率不相关的载波是指当不同的载波之

间的间隔大于频率相干区间，即载波频率的间隔应满足:式中：△f为载波频率间

隔，Bc为相关带宽，△Tm为最大多径时延差。当采用两个微波频率时，称为二重频

率分集。同空间分集系统一样，在频率分集系统中要求两个分集接收信号相关性较小(即频

率相关性较小)，只有这样，才不会使两个微波频率在给定的路由上同时发生深衰落，并获

得较好的频率分集改善效果。在一定的范围内两个微波频率f1与f2相差，即频率间隔△

f=f2-f1越大，两个不同频率信号之间衰落的相关性越小。频率分集与空间分集相比较，

其优点是在接收端可以减少接受天线及相应设备的数量，缺点是要占用更多的频带资源，所

以，一般又称它为带内(频带内)分集，并且在发送端可能需要采用多个发射机。

3、时间分集

时间分集是将同一信号在不同时间区间多次重发，只要各次发送时间间隔足够大，则各

次发送降格出现的衰落将是相互独立统计的。时间分集正是利用这些衰落在统计上互不相关

的特点，即时间上衰落统计特性上的差异来实现抗时间选择性衰落的功能。为了保证重复发

送的数字信号具有独立的衰落特性，重复发送的时间间隔应该满足：fm为衰落频率，

V为移动台运动速度，最后一个参数为工作波长。若移动台是静止的，则移动速度v=0，

此时要求重复发送的时间间隔才为无穷大。这表明时间分集对于静止状态的移动台是无效果

的。时间分集与空间分集相比较，优点是减少了接收天线及相应设备的数目，缺点是占用时

隙资源增大了开销，降低了传输效率。

4、极化分集

在移动环境下,两副在同一地点,极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出不相关的衰

落特性。利用这一特点,在收发端分别装上垂直极化天线和水平极化天线,就可以得到2路衰

落特性不相关的信号。所谓定向双极化天线就是把垂直极化和水平极化两副接收天线集成到

一个物理实体中，通过极化分集接收来达到空间分集接收的效果，所以极化分集实际上是空

间分集的特殊情况,其分集支路只有2路。这种方法的优点是它只需一根天线，结构紧

凑，节省空间，缺点是它的分集接收效果低于空间分集接收天线，并且由于发射功率要分配

到两副天线上，将会造成3dB的信号功率损失。分集增益依赖于天线间不相关特性的好坏，

通过在水平或垂直方向上天线位置间的分离来实现空间分集。而且若采用交叉极化天

线，同样需要满足这种隔离度要求。对于极化分集的双极化天线来说，天线中两个交叉极化

辐射源的正交性是决定微波信号上行链路分集增益的主要因素。该分集增益依赖于双极化天

线中两个交叉极化辐射源是否在相同的覆盖区域内提供了相同的信号场强。两个交叉极化辐

射源要求具有很好的正交特性，并且在整个120“扇区及切换重叠区内保持很好的水平跟踪

特性，代替空间分集天线所取得的覆盖效果。为了获得好的覆盖效果，要求天线在整个扇区

范围内均具有高的交叉极化分辨率。双极化天线在整个扇区范围内的正交特性，即两个分集

接收天线端口信号的不相关性，决定了双极化天线总的分集效果。为了在双极化天线的两个

分集接收端口获得较好的信号不相关特性，两个端口之间的隔离度通常要求达到30dB以上。

编辑本段分集技术-接收合并技术

分集技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量，以改善传输的可靠性，它也是一

项研究利用信号的基本参量在时域、频域与空域中，如何分散开又如何收集起来的技术。“分”

与“集”是一对矛盾，在接收端取得若干条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术来得

到分集增益。从合并所处的位置来看，合并可以在检测器以前，即在中频和射频上进行合并，

且多半是在中频上合并；合并也可以在检测器以后，即在基带上进行合并。合并时采用的准

则与方式主要分为四种：最大比值合并（MRC:MaximalRatioCombining）、等增益合并

(EGC:EqualGainCombining)、选择式合并(SC:SelectionCombining)和切换合并（Switching

Combining）。

1.最大比合并

在接收端由多个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，再送入

检测器进行检测。在接受端各个不相关的分集支路经过相位校正，并按适当的可变增益加权

再相加后送入检测器进行相干检测。在做的时候可以设定第i个支路的可变增益加权系数为

该分集之路的信号幅度与噪声功率之比。最大比合并方案在收端只需对接收信号做线

性处理，然后利用最大似然检测即可还原出发端的原始信息。其译码过程简单、易实现。合

并增益与分集支路数N成正比。

2.等增益合并

等增益合并原理等增益合并也称为相位均衡，仅仅对信道的相位偏移进行校正而幅度不

做校正。等增益合并不是任何意义上的最佳合并方式，只有假设每一路信号的信噪比相同的

情况下，在信噪比最大化的意义上，它才是最佳的。它输出的结果是各路信号幅值的叠加。

对CDMA系统，它维持了接收信号中各用户信号间的正交性状态，即认可衰落在各个通道

间造成的差异，也不影响系统的信噪比。当在某些系统中对接收信号的幅度测量不便时选用

EGC。

等增益合并原理

当N（分集重数）较大时，等增益合并与最大比值合并后相差不多，约仅差1dB左右。

等增益合并实现比较简单，其设备也简单。

3.选择式合并

选择式合并系统采用选择式合并技术时，N个接收机的输出信号先送入选择逻辑，选

择逻辑再从N个接收信号中选择具有最高基带信噪比的基带信号作为输出。每增加一条分

集支路，对选择式分集输出信噪比的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。

选择式合并系统

编辑本段分集技术与接收合并技术

分集技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量，以改善传输的可靠性，它也是一

项研究利用信号的基本参量在时域、频域与空域中，如何分散开又如何收集起来的技术。“分”

与“集”是一对矛盾，在接收端取得若干条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术来得

到分集增益。从合并所处的位置来看，合并可以在检测器以前，即在中频和射频上进行合并，

且多半是在中频上合并；合并也可以在检测器以后，即在基带上进行合并。合并时采用的准

则与方式主要分为四种：最大比值合并（MRC:MaximalRatioCombining）、等增益合并

(EGC:EqualGainCombining)、选择式合并(SC:SelectionCombining)和切换合并（Switching

Combining）。

最大比合并

在接收端由多个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，再送入

检测器进行检测。在接受端各个不相关的分集支路经过相位校正，并按适当的可变增益加权

再相加后送入检测器进行相干检测。在做的时候可以设定第i个支路的可变增益加权系数为

该分集之路的信号幅度与噪声功率之比。最大比合并方案在收端只需对接收信号做线

性处理，然后利用最大似然检测即可还原出发端的原始信息。其译码过程简单、易实现。合

并增益与分集支路数N成正比。

等增益合并

等增益合并原理等增益合并也称为相位均衡，仅仅对信道的相位偏移进行校正而

幅度不做校正。等增益合并不是任何意义上的最佳合并方式，只有假设每一路信号的信噪比

相同的情况下，在信噪比最大化的意义上，它才是最佳的。它输出的结果是各路信号幅值的

叠加。对CDMA系统，它维持了接收信号中各用户信号间的正交性状态，即认可衰落在各

个通道间造成的差异，也不影响系统的信噪比。当在某些系统中对接收信号的幅度测量不便

时选用EGC。当N（分集重数）较大时，等增益合并与最大比值合并后相差不多，

约仅差1dB左右。等增益合并实现比较简单，其设备也简单。

选择式合并

选择式合并系统采用选择式合并技术时，N个接收机的输出信号先送入选择逻

辑，选择逻辑再从N个接收信号中选择具有最高基带信噪比的基带信号作为输出。每增加

一条分集支路，对选择式分集输出信噪比的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。

切换合并

切换合并原理图如下：

切换合并原理图

[1]

接收机扫描所有的分集支路，并选择SNR在特定的预设门限之上的特定分支。在该信号的

SNR降低到所设的门限值之下之前，选择该信号作为输出信号。当SNR低于设定的门限

时，接收机开始重新扫描并切换到另一个分支，该方案也称为扫描合并。由于切换合并并非

连续选择最好的瞬间信号，因此他比选择合并可能要差一些。但是，由于切换合并并不需要

同时连续不停的监视所有的分集支路，因此这种方法要简单得多。对选择合并和切换

合并而言，两者的输出信号都是只等于所有分集支路中的一个信号。另外，它们也不需要知

道信道状态信息。因此，这两种方案既可用于相干调制也可用于非相干调制。

编辑本段分集技术与合并方式性能比较

这里比较的主要是最大比合并，等增益合并选择式合并三种方式。三种合并方式

性能比较可以看出，在这三种合并方式中，最大比值合并的性能最好，选择式合并的

性能最差。当N较大时，等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。

分集技术与分集改善效果

分集改善效果指采用分集技术与不采用分集技术两者相比，对减轻深衰落影响所得到的

效果(好处)。为了定量的衡量分集的改善程度，常用标称改善效果，即用分集增益和分集改

善度这两个指标来描述。、

分集改善效果定义

分集增益是指在某一累积时间百分比内，分集接收与单一接收时的收信电平差。这一电

平差越大，分集增益越高，说明分集改善效果越好。例如下图中，对应50%、5%、0.1%的

累积时间百分比时，这一电平差分别为3dB、5.5dB、14dB。积累时间百分比越小，分集增

益越高。0.1%时间百分比的分集增益为14dB意味着：无分集时由曲线A查出此时的衰深

深度比自由空间收信电平低30dB;采用分集技术后，由曲线B查出此时的衰落深度仅比自由

空间收信电平低16dB。可见分集接收使衰落深度减轻了14dB。

分集改善度定义

分集改善度是指在某一相对的收信电平时，单一接收与分集接收的衰落累积时间百分比

之比。其比值越大，说明分集改善效果越好。在上图中，当收信电平低于自由空间收信电平

20dB时，单一接收与分集接收对于同一收信电平，其衰落的累积时间百分比分别为1%和

0.01%，两者的比值为100，亦即分集改善为100。在数字微波系统中，不管采用哪一种分

集接收方式，都会使系统的有效衰落储备增加，即抗频率选择性衰落的能力增强。还能不同

程度地改善带内失真，改善交叉极化鉴别度。分集技术-相关词条无线通信，多

径衰落，增益

编辑本段分集技术相关信息

分集就是指通过两条或两条以上途径传输同一信息，以减轻衰落影响的一种技术措施。

分集技术包括分集发送技术和分集接收技术，从分集的类型看，使用较多的是空间分集和频

率分集，除此之外，还有以下几种：把空间分集和频率分集组合起来，即发站用两个

频率发送同一信息，收站用垂直分隔的两副天线各自接收不同频率的信号，再进行合成或选

择，就称为混合分集。此外还有站址分集、时间分集、角度分集等。由于传播环

境的恶劣，微波信号会产生深度衰落和多普勒频移等，使接收电平下降到热噪声电平附近，

相位亦随时间产生随机变化，从而导致通信质量下降。对此，采用分集接收技术减轻衰落的

影响，获得分集增益，提高接收灵敏度。1．空间分集分为空间分集发送和空间分集接

收两个系统，本文以空间分集接收为例说明这种技术。空间分集接收：在空间不同的

垂直高度上设置几副天线，同时接收一个发射天线的微波信号，然后合成或选择其中一个强

信号，这种方式称为空间分集接收。示意图如下。空间分集接受是利用多副接收天线

来实现的。在发射端采用一副天线发射，而在接收端采用多副天线接收。接收端天线之间的

距离d≥λ/2（λ为工作波长），以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，

当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅

度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的

接收天线输出信号。这样就降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。空间分集接收的

优点是分集增益高，缺点是还需另外单独的接收天线。为了克服这个缺点，近来又生产出定

向双极化天线。两个在同一地点、极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出互不相关衰落

特性。利用这一特点，在发射端同一地点装上垂直极化和水平极化两副发射天线，在接收端

同一地点装上垂直极化和水平极化两副接收天线，就可以得到两路衰落特性互不相关的极化

分量Ex和Ey。所谓定向双极化天线就是把垂直极化和水平极化两副接收天线集成到一个物

理实体中，通过极化分集接收来达到空间分集接收的效果，所以极化分集实际上是空间分集

的特殊情况。这种方法的优点是它只需一根天线，结构紧凑，节省空间，缺点是它的分集接

收效果低于空间分集接收天线，并且由于发射功率要分配到两副天线上，将会造成3dB的

信号功率损失。分集增益依赖于天线间不相关特性的好坏，通过在水平或垂直方向上天线位

置间的分离来实现空间分集。空间上的位置分离保证两面接收天线分别接收不同路径来的微

波信号，同时也使两面天线间满足一定隔离度的要求。若采用交叉极化天线，同样需要满足

这种隔离度要求。对于极化分集的双极化天线来说，天线中两个交叉极化辐射源的正交性是

决定微波信号上行链路分集增益的主要因素。该分集增益依赖于双极化天线中两个交叉极化

辐射源是否在相同的覆盖区域内提供了相同的信号场强。两个交叉极化辐射源要求具有很好

的正交特性，并且在整个120°扇区及切换重叠区内保持很好的水平跟踪特性，代替空间分

集天线所取得的覆盖效果。为了获得好的覆盖效果，要求天线在整个扇区范围内均具有高的

交叉极化分辨率。双极化天线在整个扇区范围内的正交特性，即两个分集接收天线端口信号

的不相关性，决定了双极化天线总的分集效果。为了在双极化天线的两个分集接收端口获得

较好的信号不相关特性，两个端口之间的隔离度通常要求达到30dB以上。分集天线

把多径信号分离出来，使其互不相干，然后通过合并技术将分离出来的信号合并起来，获得

最大的信噪比收益。常用的合并方法有选择性合并、切换合并、最大比合并、等增益合并等.

2．频率分集频率分集是采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率同时发送和

接收同一信息，然后进行合成或选择，以减轻衰落影响，这种工作方式叫做频率分集。当采

用两个微波频率时，称为二重频率分集。同空间分集系统一样，在频率分集系统中也

要求两个分集接收信号相关性较小（即频率相关性较小），只有这样，才不会使两个微波频

率在给定的路由上同时发生深衰落，并获得较好的频率分集改善效果。在一定的范围内两个

微波频率f1与f2相差，即频率间隔△f=f2-f1越大，两个不同频率信号之间衰落的相关性

越小。无论何种分集方式，都是利用在不同的传播条件下，几个微波信号同时发生深

衰落的概率小于单一微波信号同一衰落深度的概率来取得分集改善效果的。---分集改

善效果分集改善效果指采用分集技术与不采用分集技术两者相比，对减轻深衰落影响

所得到的效果(好处)。为了定量的衡量分集的改善程度，常用标称改善效果，即用分集增益

和分集改善度这两个指标来描述。现用下图加以说明：上图中的纵坐标及横坐标的意

义已于图中标出。曲线A表示在深衰落情况下无分集时的相对电平累积分布曲线；曲线B

表示采用分集接收的相对电平累积分布曲线。分集增益是指在某一累积时间百分比内，

分集接收与单一接收时的收信电平差。这一电平差越大，分集增益越高，说明分集改善效果

越好。例如上图中，对应50%、5%、0.1%的累积时间百分比时，这一电平差分别为3dB、

5.5dB、14dB。累积时间百分比越小，分集增益越高。0.1%时间百分比的分集增益为14dB

意味着：无分集时由曲线A查出此时的衰深深度比自由空间收信电平低30dB；采用分集技

术后，由曲线B查出此时的衰落深度仅比自由空间收信电平低16dB。可见分集接收使衰落

深度减轻了14dB。分集改善度是指在某一相对的收信电平时，单一接收与分集接收的

衰落累积时间百分比之比。其比值越大，说明分集改善效果越好。在上图中，当收信电平低

于自由空间收信电平20dB时，单一接收与分集接收对于同一收信电平，其衰落的累积时间

百分比分别为1%和0.01%，两者的比值为100，亦即分集改善为100。在数字微波系

统中，不管采用哪一种分集接收方式，都会使系统的有效衰落储备增加，即抗频率选择性衰

落的能力增强。还能不同程度地改善带内失真，改善交叉极化鉴别度。目前基于其技术的数

字移动微波主要以进口产品为主，如日立、汤姆迅等，我所的这方面研究正加紧进行，不久

即将面世，到那时，移动数字微波将会提供高质量的数字信号，更好的为广播电视等行业服

务。