通信专业考研复试要了解的专业素养知识：光纤通信、衰落与分集技术

香农第一、二、三定理

第一定理：

将原始信源符号转化为新的码符号，使码符号尽量服从等概分布，从而每个码符号所携带的信息量达到最大，进而可以用尽量少的码符号传输信源信息

第二定理：

当信道的信息传输率不超过信道容量时，采用合适的信道编码方法可以实现任意高的传输可靠性，但若信息传输率超过了信道容量，就不可能实现可靠的传输。

第三定理：

只要码长足够长，总可以找到一种信源编码，使编码后的信息传输率略大于率失真函数，而码的平均失真度不大于给定的允许失真度，即D'<=D

扩频分类

1、直扩系统（DS）就是采用高码速率的直接序列（Direct　Sequence）伪随机码在发端进行扩频，使信号频谱展宽，在收端采用相同的伪码（ＰＮ）进行相关解扩。

2、跳频系统（ＦＨ）就是采用跳频（Frequency Hopping）方式进行扩频，形象地说是采用特定的伪码控制的多频率移频键控。

3、跳时系统（ＴＨ）就是采用跳时（Time Hopping）方式进行扩频，形象地说是采用特定的伪码控制的多时片的时移键控。

4、混合系统就是直扩，跳频和跳时的相应组合即DS/FH/TH混合系统。

扩频通信优点

1）干扰能力强

抗干扰能力强是扩频通信最基本的特点。扩频系统的扩展频道越宽，获得的处理增益越高，干扰容限就越大，抗干扰能力就越强。接收端采用与发送端同步的扩频码解扩后，有用信号得到恢复，其他干扰信号的频谱都被展宽了，从而使得落入信息带宽内的干扰强度大大降低，从而抑制了干扰。

2）保密性好

保密性好是扩频通信最初在军事通信中获得应用的主要原因。由于扩频系统使用周期很长的伪随机友进行扩频，经调制后的数字信息类似于随机噪声，在接收端进行解扩时，只有采用与发送端同步的扩频码才能正确恢复发送的信息。而且在不知伪随机码时破译是很困难的，所以使信息得到了保密。此外，由于扩频信号的频谱被扩展到很宽的频带内，其功率谱密度也随之降低（可明显低于环境噪声和干扰电平），难以检测，所以信号具有隐蔽性。

3）具有抗衰落、抗多径干扰能力

由于扩频通信系统的信号频谱被展宽，所以扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力，此外，扩频通信系统还能有效地克服多径干扰。

4）具有多址能力，易于实现码多分址

扩频通信系统中采用伪随机序列扩频，在实际的通信系统中可以利用不同的伪随机序列作为不同用户的地址码，从而实现码多分址通信。

基本原理：

用伪随机码对信号进行扩频，信号的频谱变宽，在接收端用与发送端相同的码序列对信号进行解扩，有用信号得到恢复，不需要的噪声的频谱被展宽，落入信息带宽内的干扰强度大大降低，从而获得了更高的信噪比，提高了抗干扰能力

纠错编码技术

CDMA ----分集技术（rake接收）

TDMA-----自适应均衡技术，均衡技术一般用来克服码间干扰

小灵通----微距技术

OFDM-----增加循环前缀，减少码间干扰

纠错编码技术：奇偶校验，循环冗余校验，卷积码，交织编码

时域均衡原理

均衡的概念 (为什么要时域均衡？)

  实际的基带传输系统不可能完全满足无码间串扰传输条件，因而码间串扰是不可避免的。当串扰严重时，必须对系统的传输函数 进行校正，使其达到或接近无码间串扰要求的特性。理论和实践表明，（什么事时域均衡？）在基带系统中插入一种可调（或不可调）滤波器就可以补偿整个系统的幅频和相频特性，从而减小码间串扰的影响。这个对系统校正的过程称为均衡，实现均衡的滤波器称为均衡器。   均衡分为频域均衡和时域均衡。频域均衡是从频率响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输条件。而时域均衡，则是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。 

  频域均衡在信道特性不变，且传输低速率数据时是适用的，而时域均衡可以根据信道特性的变化进行调整，能够有效地减小码间串扰，故在高速数据传输中得以广泛应用。本节仅介绍时域均衡原理。 

  由以上结果可见，输出波形的最大值 降低为 3/4 ，相邻抽样点上消除了码间串扰，即 ，但在其点上又产生了串扰，即 和 。这说明， 用有限长的横向滤波器有效减小码间串扰是可能的，但完全消除是不可能的。 

  时域均衡的实现方法有多种，但从实现的原理上看，大致可分为预置式自动均衡和自适应式自动均衡。预置式均衡是在实际传数之前先传输预先规定的测试脉冲（如重复频率很低的周期性的单脉冲波形），然后按“迫零调整原理”（具体内容请参阅有关参考书）自动或手动调整抽头增益；自适应式均衡是在传数过程中连续测出距最佳调整值的误差电压，并据此电压去调整各抽头增益。一般地，自适应均衡不仅可以使调整精度提高，而且当信道特性随时间变化时又能有一定的自适应性，因此很受重视。这种均衡器过去实现起来比较复杂，但随着大规模、超大规模集成电路和微处理机的应用，其发展十分迅速。

均衡器实际上就等效于基带信道滤波器的逆滤波器，如果信道是一个频率选择性衰落的信道，则均衡器将放大被衰落的的频率分量，衰减被信道增强的分量，从而提供一个平坦频率响应和线性相位响应的g(t)。

光纤通信的基本原理

        光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。  

        由发光二极管 LED 或注入型激光二极管 ILD 发出光信号沿光纤传播，在另一端则有 PIN 或 APD 光电二极管作为检波器接收信号。为确保信号的有效传输，在光发送端之前需增加光放大器，以提高入纤的光功率，在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。 光纤类型  

        根据光在光纤中的传播方式可将光纤划分为两种类型：即多模光纤和单模光纤。多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率光纤和渐变型折射率光纤。多模光纤主要用于短距离、低速率的通信，用于干线传输网建设的光纤主要有三种，即 G.652 常规单模光纤、 G.653 色散位移单模光纤和 G.655 非零色散位移光纤。而其中的 G.653 光纤除了在日本等国家的干线网上有应用之外，在我国的干线网上几乎没有应用。 G.655 光纤中的新型光纤最多，如低色散斜率光纤、大有效面积光纤、无水峰光纤等。 

         G.652 单模光纤：在 C 波段 1530 ～ 1565 nm 和 L 波段 1565 ～ 1625nm 的色散较大，系统速率达到 2.5 Gbit/s 以上时，需要进行色散补偿，在 10 Gbit/s 时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。  

        G.653 色散位移光纤：在 C 波段和 L 波段的色散很小，在 1550nm 是零色散，系统速率可达到 20 Gbit/s 和 40 Gbit/s ，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用 DWDM 扩容时会出现非线性效应，产生四波混频（ FWM ），导致信号串扰，因此不太适用于 DWDM 。 

        G.655 非零色散位移光纤：在 C 波段和 L 波段的色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频，也可以开通高速系统。新型的 G.655 光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的 1.5 ～ 2 倍，大有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。 

 光纤的优点：

 传输频带宽、通信容量大。     

   光纤传输损耗低、中继距离长。  

       光纤传输的信号不受电磁的干扰、保密性强、使用安全。  

       光纤具有抗高温和耐腐蚀的性能，因而可以抵御恶劣的工作环境。         

       光纤的体积小、重量轻，便于敷设。  

       制作光纤的原材料丰富，石英光纤的主要成分是二氧化硅（ SiO 2 ）。  

光缆的制造：  

        光缆的制造过程一般分以下几个过程： 

        光纤的筛选：选择传输特性优良和张力合格的光纤。 

        光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色不迁移。  

        二次挤塑：选用高弹性、低膨胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的松套管，将光纤纳入并填入防潮防水的凝胶。 

        光缆绞合：将数根挤塑好松套管的光纤与加强单元绞合在一起。         挤光缆外护套：在绞合的光缆外加一层护套。 光缆的种类  

        按敷设方式分：

自承重架空光缆、管道光缆、铠装地埋光缆和海底光缆。 

        光缆结构分：

束管式光缆、层绞式光缆、紧抱式光缆、带式光缆、非金属光缆和可分支光缆。 

        用途：

长途通信光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。 

光纤产生损耗的原因：  

本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接等。       

   本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。  

   弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。         

 挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。  

    杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。          不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。  

     对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴 ( 单模光纤同轴度要求小于 0.8μm) 、端面与轴心不垂直、端面不平、对接心径不匹配和熔接质量差等。          

光纤损耗的分类：

光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗；附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。 附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。在实际应用中，不可避免地要产生光纤连接损耗，光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗，究其主要原因是在这些条件下，光纤纤芯中的传输模式发生了变化，因此，附加损耗是可以尽量避免的。 在固有损耗中，散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的，在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。材料的吸收损耗是由于制造光纤材料中的粒子吸收光能以后，产生振动、发热，而将能量散失掉而产生的；散射损耗是由于光纤材料分子的“瑞利散射”而引起的光损耗，鉴于目前的光纤制造工艺水平，可以说瑞利散射损耗是无法避免的。 光纤接续衰减的产生  

       影响光纤接续损耗的因素较多，大体可分为光纤本征因素和非本征因素两类。    

 光纤本征因素是指光纤自身因素，主要有：光纤模场直径不一致、两根光纤芯径失配、纤芯截面不圆、纤芯与包层同心度不佳等，其中光纤模场直径不一致影响最大。  影响光纤接续损耗的非本征因素即接续技术。 

    轴心错位：当错位 1.2μm 时，接续损耗达 0.5dB 。 

       轴心倾斜：当光纤断面倾斜 1° 时，约产生 0.6dB 的接续损耗，如果要求接续损耗 ≤0.1dB ，则单模光纤的倾角应为 ≤0.3° 。  

        端面分离：活动连接器的连接不好或熔接机放电电压较低时，很容易产生端面分离，造成连接损耗较大。 

        端面质量：光纤端面的平整度差时也会产生损耗，甚至气泡。  

        接续点附近光纤物理变形：光缆在架设过程中的拉伸变形，接续盒中夹固光缆压力太大等，都会对接续损耗有影响，甚至熔接几次都不能改善。 

        其他因素的影响。接续人员操作水平、操作步骤、盘纤工艺水平、熔接机中电极清洁程度、熔接参数设置、工作环境清洁程度等均会影响到熔接损耗的值。 降低光纤接续损耗的措施  

        一条线路上尽量采用同一批次的优质裸纤，对于同一批次的光纤，其模场直径基本相同，光纤在某点断开后，两端间的模场直径可视为一致，因而在此断开点熔接可使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。 

        光缆架设按要求进行。在光缆敷设施工中，严禁光缆打小圈及折、扭曲，牵引力不超过光缆允许的 80 ％，瞬间最大牵引力不超过 100 ％，牵引力应加在光缆的加强件上，避免光纤芯受损伤导致的接续损耗增大。  

        接续光缆应在整洁的环境中进行，严禁在多尘及潮湿的环境中露天操作，光缆接续部位及工具、材料应保持清洁，不得让光纤接头受潮，准备切割的光纤必须清洁、不得有污物，切割后光纤不得在空气中暴露时间过长。  

        选用精度高的光纤端面切割器来制备光纤端面，切割的光纤应为平整的镜面，无毛刺，无缺损，光纤端面的轴线倾角应小于 1 度。  

        熔接机要正确使用，要根据光纤类型正确合理地设置熔接参数、预放电电流、时间及主放电电流、主放电时间等，特别是在放置与使用环境差别较大的地方，应根据当时的气压、温度、湿度等环境情况，重新设置熔接机的放电电压及放电位置以及使 V 型槽驱动器复位等调整。 

光纤的发展应用：  

        人类很早以前就认识到用光可以传递信息，并逐步探索到可以用玻璃纤维把光信号封闭在其中进行光传送的方式，但早期的光纤衰减特别大，直到 20 世纪 60 年代，人类所能制造的最好的玻璃纤维的衰减仍在每公里 1000dB 以上。 1966 年 7 月，利用光导纤维作为光的传输媒介的光纤通信，其发展只有二三十年的历史。光纤通信的发展可分为以下几代进程：

第一代光纤通信系统，是以 1973 － 1976 年的 850nm 波长的多模光纤通信系统为代表； 

第二代光纤通信系统，是 70 年代末， 80 年代初的多模和单模光纤通信系统；

第三代光纤通信系统是 80 年代中期以后的长波长单模光纤通信系统，中继距离约 50km ； 

        第四代光纤通信系统，是指进入 90 年代以后的同步数字体系光纤传输网络。 随着密集波分复用 DWDM 技术、掺铒光纤放大器 EDFA 技术和光时分复用 OTDM 技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统发展，并且逐步向全光网络演进。采用光时分复用 OTDM 和波分复用 DWDM 相结合的试验系统，容量可达 3 Tb/s （即 3000 Gb/s ）或更高；时分复用 TDM 的 10 Gb/s 系统和与 DWDM 相结合的 32×10 Gb/s 和 160×10 Gb/s 系统已经商用化， TDM 40 Gb/s 系统已经在实验室进行试验。在如此高速率的 DWDM 系统中，开发敷设新一代光纤已成为构筑下一代通信网的重要基础。要求新一代光纤应具有所需的色散值和低色散斜率、大有效面积、低的偏振模色散，以克服光纤带来的色散限制和非线性效应问题。  

        目前而言，对于基于 2.5 Gb/s 及其以下速率的 WDM 系统， G.652 光纤是一种最佳选择；对于基于 10 Gb/s 及更高速率的 WDM 系统， G.652 和 G.655 光纤均能支持；对于通路非常密集的 WDM 系统， G.652 光纤承载的系统在技术上有较好的优势，在考虑光纤选型时应综合性能及成本等

光纤通信原理

光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纤通信。

光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

   语音信号→电信号→光信号→电信号

光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。

光纤总结

光纤的几种损耗：耦合损耗 连接损耗 辐射损耗  散射损耗  吸收损耗  弯曲损耗

色散的分类：模间色散 波导色散 材料色散 偏振膜色散

光源：发光二极管  非相干光，短距离；激光二极管  相干光  使用与长距离

光发送机 电信号→光信号

光检测器：把接收到得光信号转化为光电流  雪崩二极管把光电流加倍

      光检测器→前置放大器

光纤通信的量大重要技术：掺饵光纤放大器   WDM技术的应用

 光放大器：掺饵光纤放大器  光纤拉曼放大器

既可以在发送端提高发送功率；可以在接收端提高接收灵敏度；还可以做中继器延长传输距离

同步原理

所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称为定时。在数字通信中，按照同步的功能分为：载波同步、位同步、群同步和网同步。

载波同步

载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。

位同步

位同步又称码元同步。在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起始时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。

群同步

群同步包括字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧同步。在数据通信中，信息流是用于若干码元组成一个“字”，有用若干“字”组成“句”。在接收这些信息时必须知道这些“字”、“句”的起始时刻，否则接收端无法正确恢复出原始的信息和数据。

网同步

在在获得了以上讨论的载波同步、位同步、群同步之后，两点间的数字通信就可以有准可靠地进行了。然而，随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，多个用户之间的通信和数据交换，构成了数字通信网。显然，为了保证通信网络内阁用户之间可靠的通信和数据交换，全网必须有一统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。

扩频通信的主要特点

抗干扰性强，误码率低

　　如上所述，扩频通信系统由于在发送端扩展信号频谱，在接收端解扩还原信息，产生了扩频增益，从而大大地提高了抗干扰容限。根据扩频增益不同，甚至在负的信噪比条件下，也可以将信号从噪声的淹没中提取出来，在目前商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作于负信噪比条件下的通信方式。

　　各种形式人为的干扰(如电子对抗中)或其他窄带或宽带(扩频)系统的干扰，只要波形、时间和码元稍有差异，解扩后仍然保持其宽带性，而有用信号将被压缩。从图4可以看出，对于脉冲干扰， 由于在信号的接收过程中，它是一个被一次"模二相加"过程，可以看成是一个被扩频过程，其带宽将被扩展，而有用信号却是一个被二次"模二相加"过程，是一个解扩过程，其信号被恢复(压缩)后，保证高于干扰。由于扩频系统这一优良性能，其误码率很低，正常条件下可达10-10，最差条件下也可达10-6，远高于普通的微波通信（如通常所说的一点多址）的效果，完全能满足目前国内SCADA系统对通信传输质量的要求。应该说，抗干扰性能强是扩频通信的最突出的优点；

易于同频使用，提高了无线频谱利用率

　　无线频谱十分宝贵，虽然从长波到微波都已得到开发利用，仍然满足不了社会的需求。为此，世界各地都设计了频谱管理机构， 用户只能使用申请获得的频率，依靠频道划分来防止信道之间发生干扰。

　　由于扩频通信采用了相关接收这一高技术，信号发送功率极低（<1W，一般为1~100mW），且可工作在信道噪声和热噪声背景中，易于在同一地区重复使用同一频率，也可以与现今各种窄带通信共享同一频率资源；

抗多径干扰

　　在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性；在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。 

扩频通信是数字通信，特别适合数字话音和数据同时传输，扩频通信自身具有加密功能，保密性强，便于开展各种通信业务。扩频通信容易采用码分多址、语音压缩等多项新技术，更加适用于计算机网络以及数字化的话音、图像信息传输；

扩频通信绝大部分是数字电路，设备高度集成，安装简便，易于维护，也十分小巧可靠，便于安装，便于扩展，平均无故障率时间也很长；

另外，扩频设备一般采用积木式结构，组网方式灵活，方便统一规划，分期实施，利于扩容，有效地保护前期投资。

怎样提高频谱利用率

进行信源编码，使用多载波技术，ofdm技术就是提高频谱利用率的，tdma也可以提高频谱利用率，等等技术

通信中各种衰落

瑞丽衰落：

电波经过反射reflection、折射refraction、散射（衍射diffraction） 等多条路径传播到达接收机后, 总信号的强度服从瑞利分布. 同时由于接收机的移动及其他原因, 信号强度和相位等特性又在起伏变化, 故称为瑞利衰落.

莱斯衰落：

如果收到的信号中除了经反射折射散射等来的信号外, 还有从发射机直接到达接收机 (如从卫星直接到达地面接收机) 的信号,那么总信号的强度服从莱斯分布, 故称为莱斯衰落.

平坦型衰落：

一般来说, 多路信号到达接收机的时间有先有后,即有相对时(间)延(迟). 如果这些相对时延远小于一个符号的时间（时延τ小于码元周期）, 则可以认为多路信号几乎是同时到达接收机的. 这种情况下多径不会造成符号间的干扰. 这种衰落称为平衰落, 因为这种信道的频率响应在所用的频段内是平坦的.

频率选择性衰落：

相反地, 如果多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略, 那么当多路信号迭加时, 不同时间的符号就会重迭在一起,造成符号间的干扰（时延τ大于码元周期）. 这种衰落称为频率选择性衰落, 因为这种信道的频率响应在所用的频段内是不平坦的.

快衰落和慢衰落：

至于快衰落和慢衰落, 通常指的是信号相对于一个符号时间而言的变化的快慢. 粗略地说,如果在一个符号的时间里,变化不大,则认为是慢衰落. 反之, 如果在一个符号的时间里,有明显变化,则认为是快衰落. 理论上对何为快何为慢有严格的数学定义

频率选择性衰落与平坦型衰落区别

频率选择性衰落的影响因素是信道的传播时延。一般来说，假若信号的最大时延是t，那么我们就定义W=1/t为相关带宽，在这个带宽之内，我们认为信道是平坦的，换言之，这个频段内的衰变是一个常量。当传输信号的带宽B小于相关带宽W时，这就被称为平衰落，因为从频域上来看，信道衰落是平坦的；但倘若B>W,我们就不能把信道近似为平坦，这个时候不同的频率分量就会遭受不同的衰落，这就是为什么被称为频率选择性衰落。

从时域上来理解这个问题的话，倘若信号的码元周期为T，一般而言，B近似为1/T，那么平率选择性衰落的条件即为1/T>1/t ==>t >T, 也就是说信道的传播时延大于或近似于码元周期，很明显，在接收端会接收到multiple copies of transmitted signal. 相反，倘若T>>t, 那么时延信号叠加在一起，在接收端看来近似为一个信号，时延的影响可以忽略。应用中，OFDM就是利用类似的原理来实现的。

分集技术

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。

分集技术介绍

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。

意义

在实际的移动通信系统中，移动台常常工作在城市建筑群或其他复杂的地理环境中，而且移动的速度和方向是任意的。发送的信号经过反射、散射等的传播路径后，到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，使接收到的信号幅度出现随机起伏变化，形成多径衰落。不同路径的信号分量具有不同的传播时延、相位和振幅，并附加有信道噪声，它们的叠加会使复合信号相互抵消或增强，导致严重的衰落。这种衰落会降低可获得的有用信号功率并增加干扰的影响，使得接收机的接收信号产生失真、波形展宽、波形重叠和畸变，甚至造成通信系统解调器输出出现大量差错，以至完全不能通信。此外，如果发射机或接收机处于移动状态，或者信道环境发生变化，会引起信道特性随时间随机变化，接收到的信号由于多普勒效应会产生更为严重的失真。在实际的移动通信中，除了多径衰落外还有阴影衰落。当信号受到高大建筑物（例如移动台移动到背离基站的大楼面前）或地形起伏等的阻挡，接收到的信号幅度将降低。另外，气象条件等的变化也都影响信号的传播，使接收到的信号幅度和相位发生变化。这些都是移动信道独有的特性，它给移动通信带来了不利的影响。

为了提高移动通信系统的性能，可以采用分集，均衡和信道编码这3种技术来改进接收信号质量，它们既可以单独使用，也可以组合使用。

分集的基本原理

分集的基本原理是通过多个信道（时间、频率或者空间）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同，信号多个副本的衰落就不会相同。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，在噪声受限的条件下，发射机必须要发送较高的功率，才能保证信道情况较差时链路正常连接。在移动无线环境中，由于手持终端的电池容量非常有限，所以反向链路中所能获得的功率也非常有限，而采用分集方法可以降低发射功率，这在移动通信中非常重要。

分类　　

分集技术包括2个方面：一是分散传输,使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,即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。因此，要获得分集效果最重要的条件是各个信号之间应该是“不相关”的。

总结起来,发射分集技术的实质可以认为是涉及到空间、时间、频率、相位和编码多种资源相互组合的一种多天线技术。根据所涉及资源的不同,可分为如下几个大类： 

空间分集

　　我们知道在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，因此这一设想引出了利用两副接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集。 

　　空间分集是利用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，所接收场强的相关性就越小。这里所提相关性是个统计术语，表明信号间相似的程度，因此必须确定必要的空间距离。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>0.61，并且最好选在l/4的奇数倍附近。若减小天线间距，即使小到1/4，也能起到相当好的分集效果。 

空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统。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，然后合成或选择其中一个强信号，这种方式称为空间分集接收。接收端天线之间的距离应大于波长的一半，以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。这样就降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。 

　　空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需另外单独的接收天线。 

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。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： △f为载波频率间隔，Bc为相关带宽，△Tm为最大多径时延差。 

　　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。 

　　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。 

时间分集

　　时间分集是将同一信号在不同时间区间多次重发，只要各次发送时间间隔足够大，则各次发送降格出现的衰落将是相互独立统计的。时间分集正是利用这些衰落在统计上互不相关的特点，即时间上衰落统计特性上的差异来实现抗时间选择性衰落的功能。为了保证重复发送的数字信号具有独立的衰落特性，重复发送的时间间隔应该满足： 

　　fm为衰落频率，V为移动台运动速度，最后一个参数为工作波长。 

　　若移动台是静止的，则移动速度v=0，此时要求重复发送的时间间隔才为无穷大。这表明时间分集对于静止状态的移动台是无效果的。时间分集与空间分集相比较，优点是减少了接收天线及相应设备的数目，缺点是占用时隙资源增大了开销，降低了传输效率。 

极化分集

　　在移动环境下,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不相关的衰落特性。利用这一特点,在收发端分别装上垂直极化天线和水平极化天线,就可以得到2 路衰落特性不相关的信号。所谓定向双极化天线就是把垂直极化和水平极化两副接收天线集成到一个物理实体中，通过极化分集接收来达到空间分集接收的效果，所以极化分集实际上是空间分集的特殊情况,其分集支路只有2 路。 

　　这种方法的优点是它只需一根天线，结构紧凑，节省空间，缺点是它的分集接收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的信号功率损失。分集增益依赖于天线间不相关特性的好坏，通过在水平或垂直方向上天线位置间的分离来实现空间分集。 

　　而且若采用交叉极化天线，同样需要满足这种隔离度要求。对于极化分集的双极化天线来说，天线中两个交叉极化辐射源的正交性是决定微波信号上行链路分集增益的主要因素。该分集增益依赖于双极化天线中两个交叉极化辐射源是否在相同的覆盖区域内提供了相同的信号场强。两个交叉极化辐射源要求具有很好的正交特性，并且在整个120“扇区及切换重叠区内保持很好的水平跟踪特性，代替空间分集天线所取得的覆盖效果。为了获得好的覆盖效果，要求天线在整个扇区范围内均具有高的交叉极化分辨率。双极化天线在整个扇区范围内的正交特性，即两个分集接收天线端口信号的不相关性，决定了双极化天线总的分集效果。为了在双极化天线的两个分集接收端口获得较好的信号不相关特性，两个端口之间的隔离度通常要求达到30dB以上。

接收与合并技术

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（MRC:Maximal Ratio Combining）、等增益合并(EGC:Equal Gain Combining)、选择式合并(SC:Selection Combining)和切换合并（Switching Combining）。 

最大比合并

　　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，再送入检测器进行检测。在接受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。在做的时候可以设定第i个支路的可变增益加权系数为该分集之路的信号幅度与噪声功率之比。 

　　最大比合并方案在收端只需对接收信号做线性处理，然后利用最大似然检测即可还原出发端的原始信息。其译码过程简单、易实现。合并增益与分集支路数N 成正比。 

等增益合并

　　等增益合并原理 

　　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。它输出的结果是各路信号幅值的叠加。对CDMAHYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/1204407.htm"系统，它维持了接收信号中各用户信号间的正交性状态，即认可衰落在各个通道间造成的差异，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值合并后相差不多，约仅差1dB 左右。等增益合并实现比较简单，其设备也简单。 

选择式合并

　　选择式合并系统 

　　采用选择式合并技术时， N 个接收机的输出信号先送入选择逻辑，选择逻辑再从N 个接收信号中选择具有最高基带信噪比的基带信号作为输出。每增加一条分集支路，对选择式分集输出信噪比的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。 

切换合并

　　切换合并原理图如下： 

　接收机扫描所有的分集支路，并选择SNR 在特定的预设门限之上的特定分支。在该信号的SNR 降低到所设的门限值之下之前，选择该信号作为输出信号。当SNR 低于设定的门限时，接收机开始重新扫描并切换到另一个分支，该方案也称为扫描合并。由于切换合并并非连续选择最好的瞬间信号，因此他比选择合并可能要差一些。但是，由于切换合并并不需要同时连续不停的监视所有的分集支路，因此这种方法要简单得多。 

　　对选择合并和切换合并而言，两者的输出信号都是只等于所有分集支路中的一个信号。另外，它们也不需要知道信道状态信息。因此，这两种方案既可用于相干调制也可用于非相干调制。

这里比较的主要是最大比合并，等增益合并选择式合并三种方式。 

　　三种合并方式性能比较 

　　可以看出，在这三种合并方式中，最大比值合并的性能最好，选择式合并的性能最差。当N较大时，等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。