频率分集

4.频率分集：

频率分集是将调制在不同载波频率上的同一路信号进行合并，从而带来信

号增益的一种接收技术。频率分集又分为同频率分集和异频率分集。

频率分集是在发信端将一个信号利用两个间隔较大的发信频率同时发

射，在收信端同时接收这两个射频信号后合成，由于工作频率不同，电磁

波之间的相关性极小，各电磁波的衰落概率也不同。频率分集抗频率选择

性衰落特别有效，但付出的代价是成倍地增加了收发信机，且需成倍地多

占用频带，降低了频谱利用率。

4.1 频率分集的实现原理

频率分集的工作原理是基于在信道相干带宽之外的频率上不会出现同样衰

落的结论。在理论上不相关信道产生同样衰落的概率是各自产生的衰落概率的乘

积。

在以扩频技术为基础的CDMA系统中，由于信号的带宽远远大于系统的相

关带宽，从而使得同一地点接收到的信号发生的衰落在系统带宽内互不相关。也

就是说，CDMA系统中不可能在同一地点发生所有频率上的衰落，因此宽带

CDMA信号解扩后，某一频率点上的衰落对整个信号的影响是很小的。所以，

CDMA系统的宽带传输特性本身就具有频率分集效应，扩频增益越大，系统得

益也越大。

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：率分集的分集改善系数

，--------------------------------（1-1）

式中--------两个载频频率之差（GHz）

f

F--------衰落因子

式（1-1）只有满足≥5时有效，它的使用范围为

I

dm

2GHz ≤≤11GHz

f

30㎞≤≤70㎞

d

ff

/≤0.05

频率分集接收原理图如下：

发射机1

接收机1

发射信号

发射机2接收机2

(

f

f

)

接收信号

图1 频率分集接收

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。

4.2 频率分集的作用及特点

根据衰落的频率选择性，当两个频率间隔大于信道带宽相干带宽时，接收到

的此两种频率的衰落信号不相关，市区的相关带宽一般为50kHz左右，郊区的

相关带宽一般为250kHz左右。而CDMA的一个信道带宽为1.23MKz，无论在

市区还是郊区都远远大于相关带宽的要求，所以CDMA的宽带传输本身就是频

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。

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。

4.3 频率分集的典型应用：

频率分集技术本质上是一个以不同载频平行工作的系统。在具体实现时,频率

分集通过在一个重复周期内以不同载频“ 同时”或“ 分时”发射若干子脉冲。

在接收时，再把多个频率的回波经不同的接收通道在信号处理器中进行对齐相加

处理。频率分集的雷达系统具有一些突出的优点。诸如， 可增加发射功率， 突

破单个发射机的功率限制； 在接收通道中， 各个频率的回波信号经非相参积累，

可提高信噪比， 改善检测性能； 频率分集平滑回波信号的起伏， 改善因目标

闪烁和多径效应产生的距离和角跟踪误差；还能增强反干优能力以及提高可

靠性等。频率分集的主要设计参数是，频率分集去相关频率间隔、 频率分集的

通道数、频率分集在接收机中哪个部位实现等，这些参数与接收机中捷变频等性

能有着密切的关系。

4.3.1 具有用于多个空间流的子信道频率分集的宽带多载波机

对于多个空间信道的每一个而言，一种多载波机给每个子信道的子载波分配

星座符号集。将星座符号到子信道的分配结果在一些空间信道之间循环旋转，以

便每个空间信道的子信道使用不同的子载波集，从而增强频率分集。

4.3.2低功率超宽带机和接收机

提供了通过牺牲时间和/或频率分集来换取低功耗的低功率机和/或接收机设

备。在信道状况指示时间和/或频率扩展对于传输是不必要的时候，机可进入功

率节省模式，其中使用时间选通方案或时间重复方案来执行传输。在时间选通方

案中，码元被仅一次而非多次，但用增加的功率来。在时间重复方案中，在不同

码元传输时段上在相同频率上相同码元的副本多次，而非在不同码元传输时段上

在不同频率上。因此，码元可被一次并被存储以供后续重传，藉此允许一些机/

接收机链组件能以较低。