分集技术

分集技术
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、等增益合并、选择式合并和切换合并。

根据信号论原理，若有其他衰减程度的原发送信号副本提供给接收机，则有助于接收信号的正确判决。

这种通过提供传送信号多个副本来提高接收信号正确判决率的方法被称为分集。

分集技术是用来补偿衰落信道损耗的，它通常利用无线传播环境中同一信号的独立样本之间不相关的特点，使用一定的信号合并技术改善接收信号，来抵抗衰落引起的不良影响。

空间分集手段可以克服空间选择性衰落，但是分集接收机之间的距离要满足大于3倍波长的基本条件。

散射传播中的快衰落起因于随机的多径传输。

衰落效应是影响无线通信质量的主要因素之一。

其中的快衰落深度可达30~40dB，如果想利用加大发射功率、增加天线尺寸和高度等方法来克服这种深衰落是不现实的，而且会造成对其它电台的干扰。

而采用分
集方法即在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。

相应的还需要采用分集接收技术减轻衰落的影响，以获得分集增益，提高接收灵敏度，这种技术已广泛应用于包括移动通信，短波通信等随参信道中。

在第二和第三代移动通信系统中，这些分集接收技术都已得到了广泛应用。

信号的幅度不仅随时间起伏，也随频率和空间起伏，他们分别称为时间选择性衰落、频率选择性衰落和空间选择性衰落。

时间选择性衰落是指当信号波形时间宽度较大时，信号前后部分受到不同步、无确定关系的衰落，他起因于传输媒质的时变性。

频率选择性衰落是指当信号带宽较宽，信号频谱中频率间隔较大的分量有不同的并随时间而随机变化的衰减和相移，他起因于多径效应。

空间选择性衰减是指在空间不同的位置上的不同地点，信号的衰落几乎是不相关的，他起因与空间的扩散效应。

由于对流层散射存在严重的快衰落现象，使得信号噪声比大幅度地变化，通信质量变坏，为了克服快衰落现象，一般采用分集接收技术。

1 分集技术
分集技术作为一种十分有效的信道信号抗衰落技术，它的基本思想是产生多个携带同一信息且相瓦独立的衰落信号，通过对收到的多个独立的衰落信号进行适当的合并，进而来降低信号衰落对系统的影
响，从而来改善系统的传输性能。

分集技术根据获得独立路径信号的方法不同，通常可以分为频率分集，时间分集和空间分集等。

所谓频率分集是通过在小同的载波频率上发送符号，在频率域内提供信号的副本：时间分集足指通过采样时间交织与信道编码，在时间域内提供信号的副本：空间分集是指利用多副天线来安现的。

常用的空间分集主要分为极化分集、接受分集、发送分集和角度分集等。

分集的基本原理是根据多个信道(频率、时问或者空间)接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不相同，因此信号多个副本的衰落信号就不会相同，接收机使用包含多个副本的信息来恢复出原发送信号。

分集技术主要包括分散传输和集中处理两个方面内容。

分散传输足指接收机能够获得多个统计独立的、携带问一信息的衰落信号；而集中处理是指把接收机收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。

协作分集技术作为分集技术的重要组成部分，下面对其进行简要的概述。

2 协作分集的基本模式
协作分析系统主要由源节点、中继节点和目的节点三部分构成。

其具体的工作过程主要分为两部分：第一部分，首先源节点以广播形式向中继节点和目的节点发送信息，中继节点对接收到的信息进行信号处理；第二部分，源节点和中继节点向目的节点发送信息，目的节点通过某种合并方式合并两步接收到的信号。

我们根据中继节点所进行的不同处理方式通常协作分集可以分
为放大中继、检测中继和编码协作三种模式。

(1)放大中继模式。

放大中继作为最简单的协作方式，工作原理为：首先每个移动终端通过接收其伙伴传来的被噪声污染了的信号，然直接接将该信号进行放大处理后发送出去，培后基站接收来自发送端和中继节点的信号并对其进行合并。

虽然在处理过程中放大信号将噪声一起进行放大，但是由于基站接收到了两路经历独也衰落的信号，因此可以更好的对信号进行判决处理。

在中继节点，我们通常根据自动增益控制来对接收到的信号进行功率调整，具体的调整系数为：02r N P A P s rs s +≤
β，其中，Ars 表示源端与中继端之间的衰落系数，Ps 表示信号功率，No 表示两用户之间信道的噪声功率。

(2)检测中继模式。

检测中继是最接近传统中继方法的一种工作模式。

工作原理：通过在中继处消除噪声干扰，从而来避免放大中继模式中对噪声的放大。

在这种工作模式下，移动终端总是试图埘接收到的其合作伙伴的信号首先进行解码，然后再进行编码和转发给基站，这样就去除了中继端产生的噪声影响。

检测中继模式具有简单、适应性好等优点。

(3)编码协作。

编码协作是将协作技术和信道编码技术结合起来的一种技术。

I 工作原理：首先对接收到的协作伙伴的信息进行正确解码，然后按照原编码方式进行编码并发送相应的冗余信息。

各移动
终端通过重新编码发送了不同的冗余信息。

把分集和编码结合起来，从而达到了提升系统性能的目的。

3 协作分集技术在无线通信中的应用
协作分集技术存无线通信中的主要作用表现在以下几个方面：
(1)提高信息传输速率。

有关研究结果表明，当两个用户到基站的信道统计特性相似(即有相同的均值且两个用户间的信道质量较好时)，采用协作方案来提高信息传输速率的幅度就越大，从而使得系统性能的提升效果十分明显。

当两个用户到基站信道统计特性不相同时，协作依然能够提高信息的传输速率。

(2)扩大覆盖范围。

协作通信作为中继通信的一种，它具有覆盖范围广泛的特点。

对于处于小区边缘外侧的用户来说，通过采用小区内的中继通信来提高上、下行速度，从而来满足小区的接入要求。

小区引入了协作通信之后，小区的覆盖范围比原有的通信蜂窝网络范围有所提高。

与此同时，对于处于阴影效应下等通信盲区的用户，利用中继通信带来的分集效果可以提高上、下行速度。

(3)减少传输的误码率。

由于中继重传了源节点发送的信号，在接收端获得了空间分集增益。

信道质量得到很大的提升，传输的可靠性也得到明显改善。

因此。

在协作通信模式下，大大减小了系统传输的误码率。

(4)减少功率消耗。

传统的直传通信，功率主要消耗在源节点：然而在协作通信中，功率消耗丰要消耗在源节点和中继节点上。

这样就使得单个节点的传输压力相对减小，进而减少了能量消耗，从而使
传感器网络的生命时间得到延长。

事实上，任何一个实际网络的所有节点并不是都处在繁忙状态，总存在一些空闲节点。

因此，协作通信正是合理利用了这些空余节点，从而最大限度的发挥了网络性能，减少了网络的功率消耗。

分集技术作为一种十分有效的信道信号抗衰落技术，是改善移动终端上行信道性能的有效方法，在无线通信网络中有着广阔的应用前景和发展空间。

对其进行相关研究具有一定的理论意义和现实意义。