无线通信中分集技术的演进

系数置为相同的值，就得到等增益合并。等增益合并的 性能略差于最大比合并，强于选择合并和门限合并。
要考虑到分集度与空分多路（自由度）的最大化。总之， 分集技术的研究重点趋向于空间分集技术的细化以及
根据发射端对信道信息的已知情况，多天线系统 中的发射分集主要分为２类１２．３】。
ａ）发射端已知信道信息的情况：此时发射端根据 各个信道不同的信噪比进行不同的功率分配，这个情 况类似于接收分集中的最大比合并。
天线的分集接收，不过目前也有在智能手机上设置２
６ Ａ．Ｗｉｔｔｎｅｂｅｎ．Ｂ∞ｅ ｓｔａｔｉｏｎｍｏｄ。ｌａｔｉｏ。ｄｉ，ｅｒｓｉｔｙｆｏｒ ｄｉｇｉｔａｌ ＳＩＭＵＬＣＡＳＴ．
两个或者多个天线的尝试。
ｉｎ Ｐｒｏｃ．１９９１ ＩＥＥＥ ＶｅｈｉｃｕｌａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆ．（ＶＴＣ ４１ｓｔ），Ｍａｙ １９９１：
小型化的终端设备（如手机），由于受体积的限制，多天 线之间会产生较强的干扰，就不能够在手机端实现多
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。。。ｉ。ａｔｉ。。．聊：Ｅ Ｊ．Ｓｅｌ。。ｔ．Ａ。。Ｃ。。。。。．１９９８，１６（１０）：１４５ｌ—１４５８
ｂ）发射端未知信道信息的情况：此时可以使用一 些特殊的空时编码技术（如Ａｌａｍｏｕｔｉ编码，正交编 码），以达到分集的效果。
空间分集的应用限制『３１：一般来说，只要是可以应 用多天线的地方，就可以使用空间分集，但是对于一些
空间分集与其他分集技术乃至多路复用技术的结合。
参 垒生 考★又士献 。
１张贤达，保铮·通信信号处理·北京：国防工业出版社，２０００
根据物理原理，基站和移动终端之间的相对运动 会使发射信号的每一个多径分量产生不同的多普勒频 移，从而引起接收到的信号产生随机的频率调制。 １．３周围物体的速度
如果信道中的物体处于运动中，它们也会对发射 信号的多径分量产生时间变化的多普勒频移，但如果 移动终端的移动速度比周围物体的速度快，那周围物 体的移动就可以忽略。 １．４信号的发射带宽
角度分集也称为方向分集，角度分集使用的是定 向天线，当天线接收的角度限定在足够小的范围内的 时候，只可能有一个路径的发射信号进入天线的接收 范围，这样就避免了多径效应。通过在接收端设置足够 多的天线，以捕获发射信号多径的可能角度，就可以实 现分集。如果使用可以改变每个天线相位的智能天线 阵，就可以捕捉到最强的多径信号。 ２．４空间分集
１无线通信的影响因素
与有线通信（光缆、双绞线等）相比，无线通信由于 其信道的复杂性和不可控干扰因素的影响，对信号的 准确接收要困难得多——在物理上表现为信号的衰落
常常相当严重。其中导致信号衰落的几个重要的影响 因素有多径传播、移动终端的速度、周围物体的速度、 信号的发射带宽等…。 １．１多径传播
在无线信道中存在许多不同的反射物体和散射物 体，使得发射信号在经过这些物体时会产生不同的相 位和时延，因而从不同路径到达接收天线。这也就是常 说的多径衰落。 １．２移动终端的速度
每一种分集技术在带来一定的分集增益，使信号 的传输更加可靠的同时，也一定要付出一些资源的代 价。时间分集以降低传输速率为代价的，所以不适合高 速通信情形和对延时敏感的业务。频率分集的代价是 频谱利用率的降低和发射功率的增加，虽然可以使用 扩频技术增加可用的带宽，但是在频谱日益紧张，可用 频率已经成为一种稀缺资源的情况下，使用频率分集 作为一种主要的分集方法也是不明智的。而且时间分 集和频率分集有一些固有的限制［３１，在信道的相关时 间很大（即慢衰落信道）的情况下，是不能使用时间分 集的；相应地，在信号的时延扩展小（即信号的相关带 宽很大）的情况下，是不能使用频率分集的。角度分集 也是多天线分集的一种方式，不过它使用的是特殊的 定向天线，角度分集面对的问题是由于天线阵不可能 覆盖所有多径方向，因此必然会带来发射功率的损失， 严重的情况甚至会带来性能的下降。从总体上说，空间 分集（多天线分集）是这几类分集技术中最佳的，它不 产生功率的额外损失，或者以频率或者传输速率的牺 牲为代价，它所需要付出的代价是增加设备的成本和 复杂性。随着技术的发展，硬件和软件的成本（特别是 硬件）是可以不断降低的，而其他的天然资源却是不可 再生的。因此，从整体性能和发展趋势上看，空间分集 具有其他几种分集技术的优势而避免了它们的劣势， 在目前而言是最为可取的。
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３：茹盂ｈ，Ｎ眦ｂｉ ｓｅｓｈａｄｒｉ，。ｄ Ａ．Ｒ．ｃａｌｄｅｒｂ。。ｋ．ｓｐ。。“眦。ｏｄｅｓ
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加权系数，调整加权系数的值使输出信号的信噪比最 计算量比较小。在目前使用的多天线系统（ＭＩＭＯ）中，
大。最大比合并的性能要优于选择合并和门限合并。
混合的分集技术——空间／时间分集以及空间／频率分
ｄ）等增益合并：在很多情况下，要根据各个支路 集也是经常被使用的技术。对于空间分集来说，使用空
计算时变的系数并不是一件容易的事情，因此把加权 时编码时不光要考虑分集增益（分集度）的最大化，还
时间分集通过发射端在不同时间段发射相同信号 的方式来达到分集的目的，发射的相同信号之间的时 差要大于信道的相关时间。实现时间分集的优势在于 发射端不需要增加额外的发射功率，劣势在于重复发 送相同的信号会降低数据的传输速率。时间分集的实 现方式一般是通过信道编码和比特交织。 ２．２频率分集
频率分集通过把信道带宽分为几个子载波，同时 发送相同的信号来达到分集的目的，各个相邻的子载 波之间的间隔要大于信号的相关带宽。与时间分集相 比，频率分集不需要降低数据的传输速率，但是需要牺 牲额外的发射功率。扩频技术也可以应用在频率分集 中。 ２．３角度分集
值再重新搜索。与选择合并相比，门限合并不需要搜索 全部的分量，减少了计算量，如果门限定得合适，门限 合并的效果与选择合并相当。
ｃ）最大比合并：合并策略是对各路信号乘以一个
实现接收分集是不太现实的。于是发射分集的技术就 显得更加重要圈。在发射分集技术的研究中，也经过了 从时间分集㈣到空时编码的空间分集技术ｌＹｌ的演进。采 用空时编码的空间分集技术无需信道信息的反馈而且
在多天线系统中，多径信号到达不同的接收天线， 然后以一定的策略把到达各个天线的分量进行合并， 再送到解调器，以达到接收分集的效果。接收分集的合 并方式大多数是采用线性的加权系数，即线性合并。
根据合并策略的不同，多天线系统中的接收分集
万方数据
主要可以分为以下几类【１．２】。
分集）又分为发射分集和接收分集，对发射分集的研究
４分集技术的发展趋势
８４８—８５３
７ Ａ．Ｗｉｔｔｎｅｂｅｎ．Ａ ｎｅｗｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｅｆｆｉｃｉ。ｎＩ咖ｓｍｉｔ∞ｔｅｍｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｄｉ—
从分集技术的发展看，随着多天线技术在通信中
源自文库
ｖｅｒｓｉｔｖ￥ｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｌｉｎｅａｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ．ｉｎ Ｐｒｏｅ．１９９３ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｍａ一
空间分集有２种方式：一种是通过多天线发射，接 收，即天线阵列的方式，首先在发射端产生多个互相独 立的信号，通过信道成为多个独立的多径信号，在接收 端达到分集的效果。一种是极化分集，通过发射不同极 化方向的电磁波，在同一路径上实现分集。与多天线分 集相比，极化分集有一个固有的限制，因为电磁波的极 化方向最多只有２个（水平极化和垂直极化），而且极 化分集最多能实现的分集度为２，这是一个很大的缺 陷。由此在空间分集技术中多使用多天线方式，后者就 很少使用了。 ２．５几类分集的比较
ｒｅｓｔｒａｉｎ ｄｅｅｐ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｎ ｍｏｄｅｍ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔ
ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｓｅｄ
ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
３发射和接收分集
分集技术按照分集是在接收端或者发射端实现 的，可分成接收分集和发射分集。接收分集是直接对发 射信号的多径分支采取一定的准则进行合并，以得到 分集的效果；发射分集通过把待发送的信号分成几个 相同的副本，把它们独立发射出去，以得到想要的分集 效果。换句话说，接收分集是使用信号天然的多径效应 来达到性能的改善，而发射分集是有意利用信道的多 径特性来达到分集的效果。上面所列举的时间分集、频 率分集和极化分集都属于发射分集，角度分集属于接 收分集。在多天线分集（空间分集）中，多发单收系统 （ＭＩＳＯ）只能使用发射分集，单发多收系统（ＳＩＭＯ）只 能使用接收分集，多发多收系统（ＭＩＭＯ）可以使用以 上２种分集和混合分集方式。
韩军峰 Ｈａｎ Ｊｕｎｆｅｎｇ
２００２年毕业于南京邮电学院：中讯邮电咨匈 设计院工程师。
摘 要 分集技术是现代无线通信中克服深度衰落的常
用方法，本文总结了无线通信技术中使用的分集技术，分 析了分集技术的演进趋势。 关键词 无线通信分集技术空间分集 多天线技术
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ
无线通信中
Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆＤｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
分集技术的一
顾佩彬
Ｇｕ Ｐｅ汤ｔｎ ２００２年毕业于南京邮电学院．现攻读中山大 学管理学院工程管理硕士（在职）冲国电信股
份例公司广东传送网络运营中心网络运营
邰综合维护管理主管。
根据针对的衰落的不同，分集分为宏分集与微分 集【１１。宏分集针对在传输过程中由建筑物、地面植被和 地形变化导致的阴影衰落，通过移动终端对基站与基 站之间的信号的分集，在软切换过程中实现。微分集 是为了抑制无线信道中在传输过程中可能出现的深度 衰落而产生的，与宏分集不同的是，微分集技术是对同 一个基站（移动终端）的多根天线的信号进行分集，而 不是在基站之间完成。微分集技术（下称分集技术）是 本文要阐述的重点。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｓｐａｃｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍｕｌｔｉ－ａｎｔｅｎｎａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
０前言
在现代无线通信中，如何克服无线信道的多径衰 落是改善通信性能的一个重要课题。分集技术——对 同一个信号进行不同的接收，是一种常用的方法。它 能以较低的成本改善无线通信的性能，分集技术也是 ３Ｇ演进的关键技术之一。
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ０ｎ＇ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ ｉｎｆ．１９９８，４４（２） ４ Ａｒｏｇｙａｓｗｍ口ｔｉ Ｐａｕｌｒａｊ，Ｒｏｈｉｔ Ｎａｂａｒ，Ｄｈａｎａｎｊａｙ Ｇｏｒｅ，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ
５Ｐ”。一Ｔｉ“。ｗｉ”１。８８ｃ。一““ｉ。８‘ｉ”，ｃａｍｂｒｉｄｇｅｕｎｉＶｅｎｉ‘ＹＰｒｅ＊·ＭａＹ
如果发射信号的带宽大于多径信道的“带宽”（多 径扩展延时的倒数），即信号的自相关时间小于多径信 号的延时差，接收信号就会发生畸变。
６５
万方数据
在无线通信中，多径传播效应、多普勒频移和信号 的相关带宽是影响信号传输的主要因素，它们与分集 技术都有一定的联系。
２分集技术的分类与比较
分集技术是通过对同一个发射信号的不同副本进 行综合接收，以此来减少信号在传输过程中可能产生 的深度衰落的技术。从分集技术接收的副本所在的不 同领域来说，可以分为４大类１２１，即时间分集、频率分 集、角度分集和空间分集。 ２．１时间分集
ａ）选择合并：合并策略是逐个检测各路分量的信 噪比，选择信噪比最大的一路输出。
ｂ）ｆ－ｊ限合并：合并策略是把搜索到的第一个信噪
晚于接收分集，相对来说接收分集的实现也较为简单。 在基站与移动终端通信中，基站对移动终端发射的多 径信号实现接收分集是比较容易的，但是在移动终端
比大于预设门限的分量输出，直到该路分量低于门限 一方，由于受体积、成本的限制，要对基站发射的信号