分集和合并技术之感性理解
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本文我对分集(diversity)和合并(combine)技术理解的总结，不涉及数学推导，完全的感性理解，读起来会比较容易。
1 分集技术简介
为了对抗无线信道的多径效应和多普勒效应，可以采用分集，均衡和信道编码来提高接收机收到的信号质量。根据信息理论，通过发射机发送多于一个信号副本给接收机可以提高接收机对信号正确判决概率。这种通过发射机提供多于一个信号副本，接收机以一定的合并方式合并接受到的多个信号副本来提供通信质量的信号传输技术叫分集。本文重点阐述分集的原理，分类以及应用。
分集技术的理论基础是：由于无线信道的随机性，一定条件下，信道响应是不相关的。不同的条件，导致不同的分集技术。比如，不同的时间范围内信道的响应是非相关的，利用这一特点可以使用时间分集技术；不同的频率范围信道的响应也是非相关的，利用这一特点可以使用频率分集技术；不同的空间空间环境信道的响应也是非相关的，利用这一点可以使用空间分集技术，等等，具体的细节会在下文阐述。
衰落效应是影响无线通信质量的重要因素之一，其中快衰落深度可达30dB-40dB。如果想利用加大发射机功率增加天线尺寸来克服这种深衰落是不现实的。不仅会造成对其他频段的干扰，而且通信的成本也会比较高。采用分集技术在若干之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。应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。分集技术已经广泛应用的无线通信中。
2 基本原理
分集技术的基本原理是接收机通过多个信道接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道之间的传输特性不同，信号多个副本的衰落就会不同。接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。如果不采用分集技术，在收到信道深衰落影响时，发射机必须提高发射功率才能保证通信链路的正常连接。
分集技术包含了两个方面：一是分散传输。分散传输使得接收机能够获得多个统计独立的，携带同一信息的衰落信号；二是集中处理。集中处理使得接收机把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。因此，要获得分集效果的条件是各个信号之间应保持非相关性。如果接收机收到的信号之间相关性很大，可视为通过同一信道到达接收机，不会体现分集效果。
3 分集技术分类
如前所述，在接收机看来，分集信号就像从发射机的多个相互独立的天线传输过来一样。在无线通信中，可利用的资源有空间，频率和时间等。我们可以利用这些通信资源达到让信号像从发射机的多个相互独立的天线传输过来的效果。分集技术可以看做整合了这些资源的多天线技术。根据通信过程中利用的通信资源不同，分集技术可以分为空间分集，频率分集和时间分集。
3.1 空间分集
在移动通信中，空间的变化会导致信道环境的变化。当接收机接受两个来自不同信道的信号时，由于其受到的信道衰落影响是不相关的，故二者在同一时刻受到深衰落影响的可能性较小。基于这一点，我们可以在接收机使用两个天线。这两个天线的距离足以保证接收到的信号经历的信道是独立的。这样接收机两个天线独立的接收同一信号，然后合并输出。这一技术叫空间分集。
空间分集是利用信号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，所接收的信号相关性就越小。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 \(d > 0.6 \lambda\) ，并且最好选在1/4波长奇数倍。若天线间距减小，计时一个1/4波长的距离也能获得较好的分集效果。
空间分集系统分空间发送分集和空间接收分集两个系统。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，然后合并。这种方式成为空间分集接收。
空间分集的优点是分集增益高。缺点是还需另外一副天线。
3.2 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受统一信息，然后进行合并或者选择，利用不同频段的信号经衰落后在统计上的不相关性，即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。
频率分集与空间分集比较，其优点是在接收端可以减少接收天线的以及相应设备的数量，缺点是要占用更多的频率资源，所以一般称它为频带内分集，并且在发送端可能要采用多个发射机。 这里我能不能找到一个调制方式其调制效率比OFDM还要高
3.3 时间分集
时间分集是将同一信号在不同时间区间内多次重发，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。若移动台是静止的，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。我觉得这句话有点儿不太对，因为虽然移动台是静止的，但是在发射机和接收机之间的信道依然是变化的，不同时间内信道的变化难道跟移动台的速度有关系么？
3.4 极化分集
在移动化境下，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了不相关的衰落特性。利用这一特点，在接受端分别装上垂直极化和水平极化的天线就可以得到两路衰减特性不相关的信号。极化分集是空间分集的一个特例，其分集之路只有两路。这里我能不能多装一个这样的天线，其极化方向就像QPSK星座图那样，不是BPSK那样，这样有没有可能提高系统性能呢？这样两副天线就可以收到像四副天线那样的分集效果
极化分集的优点是：只需要一根天线，结构紧凑，节省空间。缺点是：分集接受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的功率损失。分集增益依赖于天线间不相关特性的好坏。
4 合并技术
分集技术是研究如何利用传输中的多径能量，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，频域以及空域中如何分散又如何收集起来的技术。前文主要介绍了分散的技术，接下来介绍合并技术。分集技术的"分" 与"集"就是这么来的。我觉得diversity翻译成分集很精确。 常见的分集技术有：最大比合并，等增益合并，选择式合并，切换合并。
4.1 最大比合并（MRC）
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，再送入检测器检测。在接收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。
最大比合并方案在接收端只需要对接收信号做线性处理，然后利用最大似然检测即可还原发送端的原始信号。其译码过程简答易实现。合并增益与分集支路数成正比。
4.2 等增益合并
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。它输出地结果是各路信号幅度的叠加。
对于CDMA系统，它维持了接收信号中各用户信号间的正交性状态，即认可衰落在各个信道间造成的差异，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合并后相差不多，约1dB。
等增益合并的优点是：实现比较简单。
4.3 选择式合并
采用选择式合并技术时，接收机从N个接收信号中选择一个具有最高信号噪声信噪比的基带信号作为输出。
4.4 切换合并
我认为切换式合并是选择式合并的特例