理解分集首先要理解以下概念：


全面解析：时延扩展与相干带宽、多普勒扩展与相干时间——无线通信基础

为什么采用分集

为了对抗无线信道的多径效应和多普勒效应，他们均会导致深度衰落。

为了克服深度衰落的影响，采用分集技术在

若干支路

上传递相互间相关性很小的载有相同消息的信号，然后通过合并技术再将各个之路信号合并输出，那么便可在接收端上大大降低深衰落的概率。因为两个相互独立的信道同时受深衰落影响的概率要小于一个信道受深衰落影响的概率。分集技术减轻衰落影响，同时接收机也可以获得分集增益，提高接收机灵敏度[1]。

这个若干支路的不同之处就在于时间、空间、频率导致的不同支路/路径。

时间分集

时间分集就是将一个码元，在不同的时间发送多次，这样不同的码元会经历不同的衰落，在接收端进行合并，

会有一定延时

。

只要各次发送的时间间隔足够大，则各次发送信号经历的信道衰落就可以认为是相互独立的。

那么这个时间间隔大小分怎么控制呢？

至少要在不同的相干时间间隔

，我们知道由于多普勒效应的影响，相应的相干时间内的接收信号之间是经历的相同的衰落，因此不同相干时间内的信号接受的信号相互独立，而不是在一个相干时间内重发多次，如图1[2]，一个码元发送4次，4个不同的码元，如果按照No Interleaving的方法，就有可能x2经历深度衰落而导致无法接受，交织Interleaving后，相同的码元分布在不同的相干时间内，即使有一个经历深衰落而消失，也能从其他时间周期中恢复。

因此当移动台是静止的，没有多普勒频移，要求重复发送时间间隔无限大，这表明时间分集对静止状态的移动信号是无效果的，只有当移动台有足够速度时，其相干时间才有意义，才能充分利用时间分集。

由时间分集这种分集导致的不同信道接收带来的增益称为

分集增益

，

但上述这种方法没有利用好信道自由度，因为是相同的码元在L个时间的简单重复

，旋转编码可以做到这一点，但我并没有看懂，有兴趣的可以看[2]。

空间/天线分集

为了利用时间分集，必须在若干个相干时间周期内进行交织和编码，然而，当存在严格的时延限制和(或)相干时间较大（移动速度很低甚至静止）时，就不可能利用时间分集了，在这种情况下，必须采用其他形式的分集。在发射机和(或)接收机安装多副天线就可以实现天线分集，即空间分集。如果天线安装的间隔足够大，那么不同天线对之间信道增益的衰落大致是相互独立的，于是也就得到相互独立的信号路径[2]。

接收分集

接收分集把多个接收天线上的独立衰落信号合并为一路，再送给解调器。即使各接收信号没有经历衰落，由于多个信号合并而带来的信噪比增益称为

阵列增益（功率增益）。

除此之外当然也有分集增益。合并的方式有多种[3]。如下

选择合并


选择合并（ selection combining，SC) 输出信噪比最高的那个支路上的信号。因为每一个时刻只用一个支路， 选择舍并只要一个接收机， 随时切换到被选的天线支略上即可。不过对连续发送的系统， 可能需要毎个天线支路都安装一个接收机来监测各支路h的信噪比。选择合并输出的信噪比等于各支路信噪比的最大值。此外，因为不需要各支路同相,因此SC可以采用相干调制或差分调制。

门限合并


门限合并是一种更简单的合并方法， 它用同一个接收机顺序监测每个支路， 输出第一个信噪比高于门限值的信号， 从而避免了在每个支路上都安装一个接收机。一旦选定支路后， 只要该支路的怯噪比一直高于门限值， 合并器就始终输出这个支路上的信号。 当这一支路的信噪比低于门限值时， 就切换到其他支路，决定切换到哪一个其他支路上有一些不同的方法。

最大比合并


最大比合并（maximal-ratio comibing, MRC）输出的则是各支路倍号的加权和,各支路同相相加.目标是选择合适的权值使得合并的信噪比最大。

等增益合并


最太比合并要知道毎个支路上的时变信噪比， 这些值测起来比较困难。简单一些的方法是等增益合并（equal-gain combining，EGC)， 它以相同的权重对各支路上的信号进行同相合并。

发射分集

发射分集和时间分集的发送效果是一样的，只不过是空间不同，后者是时间不同。在发射端已知信道状态信息CSI包括信道增益与相位时，发送分集与接收MRC完全类似。

与时间分集类似，发送分集是空间上的重复发送，浪费自由度。

在不知CSI时，可以采用空间分集与时间分集结合充分利用自由度的方式称为

空时码。

典型的空时码方案是Alamouti方案[2]

频率分集

与时间分集类似，时间分集是在不同的相干时间内发送同一信息，频率分集在不同的

相干带宽

内发送同一信息。即不同的相干带宽内的频率不再是平坦衰落，整个

信号带宽大于相干带宽Wc

。不同频率衰落统计特性上的差异，来实现抗频率选择性衰落的功能。实现频率分集的条件是两个频率之间的间隔要大。

这种重发的方案与时间分集和空间分集中采用的一个信息码元被重复发送 L 次的重复码是类似的。

在这种情况下， 一旦要更为频繁地发送码元,就会出现码间干扰(inter-symbol interference，ISI):即前一个码元的时延副本对当前码元产生干扰。要解决的问题就是在利用信道固有的频率分集的同时如何处理码间干扰，一般而言， 有如下三种方法[2]：

采用均衡的单载波系统：

在接收端通过线性和非线性处理， 可以在某种程度上减轻码间干扰。 利用维特比算法可以实现发射码元的最优 ML 检测，然而， 维特比算法的复杂度随着抽头的数量指数增加_并且通常仅用于有效抽头的数量较小的情况。 另外,线性均衡器在检测当前码兀的同时线性地抑制来自其他码元的千扰， 其复杂度较低。

直接序列頻谱扩展：

采用这种方法时， 信息码元被伪噪声序列调制后通过远远大于数据速率的带宽讲发射出去，因为码元速率非常低，所以码间干扰很小，从而大大简化了发射机结构。 从一个用户的角度讲， 这种方法虽然会导致不能髙效地利用系统的总自由度，但允许多个用户共享总的自由度，并且用户彼此之间都表现为伪噪声。

多载波系统：

通过发射预编码将 ISI 信道转换为一组无干扰、

正交子载波

，其中各子载波经历窄带平坦衰落。对不同子载波的码元进行编码就可以实现分集，这种方法称为正交频分多路复用(Orthogonal Frequency Division Mutiplexing，OFDM)。

上面三种方法具体原理可以查阅资料，或者看[2]（我觉得2讲的太简化，建议看别的书）。

参考文献

[1]

分集和合并技术之感性理解


[2]David Tse 的《无线通信基础》

[3]Andrea Goldsmith的《无线通信》