分集增益

分集技術是研究如何充分利用傳輸中的多徑信號能量，以改善傳輸的可靠性，它也是一項研究利用信號的基本參量在時域、頻域與空域中，如何分散開又如何收集起來的技術。

“分”與“集”是一對矛盾，在接收端取得若干條相互獨立的支路信號以後，可以通過合併技術來得到分集增益。從合併所處的位置來看，合併可以在檢測器以前，即在中頻和射頻上進行合併，且多半是在中頻上合併；合併也可以在檢測器以後，即在基帶上進行合併。合併時採用的準則與方式主要分為四種：最大比值合併（MRC:Maximal Ratio Combining）、等增益合併(EGC:Equal Gain Combining)、選擇式合併(SC:Selection Combining)和切換合併（Switching Combining）。

註：曲線A表示在深衰落情況下無分集時的相對電平累積分布曲線；曲線B 表示採用分集接收的相對電平累積分布曲線。

基本介紹

• 中文名：分集增益
• 外文名：Diversity Gain
• 套用行業：通信技術

詞語定義

分集增益是指在某一累積時間百分比內，分集接收與單一接收時的收信電平差。這一電平差越大，分集增益越高，說明分集改善效果越好。

定義一

描述傳輸特徵的一個隨機變數的兩個值的比值，而此兩個值是指在有分集接收時該隨機變數超過某值的機率與無分集接收時該隨機變數超過另一值的機率相同時所對應的這兩個值。註：1表征傳輸的特徵隨機變數可以是，例如，接收功率，傳輸損耗，噪聲功率，或誤碼率。 2選定兩個值的順序以使比值大於1。 3 當量值是功率或損耗時，分集增益一般表示為分貝。

定義二

在同樣接收條件及規定的某一時間機率下，採用分集接收較之不採用分集接收時系統信噪比所獲得的改善程度，以分貝計。

合併方式分類

一、最大比合併

最大比合併原理圖

在接收端由多個分集支路，經過相位調整後，按照適當的增益係數，同相相加，再送入檢測器進行檢測。在接受端各個不相關的分集支路經過相位校正，並按適當的可變增益加權再相加後送入檢測器進行相干檢測。在做的時候可以設定第i 個支路的可變增益加權係數為該分集支路的信號幅度與噪聲功率之比。

最大比合併方案在收端只需對接收信號做線性處理，然後利用最大似然檢測即可還原出發端的原始信息。其解碼過程簡單、易實現。合併增益與分集支路數N 成正比。

最大合併比使較強的信號加強，較弱的信號減弱。

二、等增益合併

等增益合併原理圖

等增益合併也稱為相位均衡，僅僅對信道的相位偏移進行校正而幅度不做校正。等增益合併不是任何意義上的最佳合併方式，只有假設每一路信號的信噪比相同的情況下，在信噪比最大化的意義上，它才是最佳的。它輸出的結果是各路信號幅值的疊加。對CDMA系統，它維持了接收信號中各用戶信號間的正交性狀態，即認可衰落在各個通道間造成的差異，也不影響系統的信噪比。當在某些系統中對接收信號的幅度測量不便時選用EGC。

當N （分集重數）較大時，等增益合併與最大比值合併後相差不多，約僅差1dB 左右。等增益合併實現比較簡單，其設備也簡單。

三、選擇式合併

選擇式合併原理圖

採用選擇式合併技術時， N 個接收機的輸出信號先送入選擇邏輯，選擇邏輯再從N 個接收信號中選擇具有最高基帶信噪比的基帶信號作為輸出。每增加一條分集支路，對選擇式分集輸出信噪比的貢獻僅為總分集支路數的倒數倍。 選擇合併方式使用RSSI 作為各支路好壞的標準，其準確性會受到各支路間干擾的影響。

四、切換合併

切換合併原理圖

接收機掃描所有的分集支路，並選擇SNR 在特定的預設門限之上的特定分支。在該信號的SNR 降低到所設的門限值之下之前，選擇該信號作為輸出信號。當SNR 低於設定的門限時，接收機開始重新掃描並切換到另一個分支，該方案也稱為掃描合併。由於切換合併並非連續選擇最好的瞬間信號，因此他比選擇合併可能要差一些。但是，由於切換合併並不需要同時連續不停的監視所有的分集支路，因此這種方法要簡單得多。

對選擇合併和切換合併而言，兩者的輸出信號都是只等於所有分集支路中的一個信號。另外，它們也不需要知道信道狀態信息。因此，這兩種方案既可用於相干調製也可用於非相干調製。

詳細介紹

無線信號在複雜的無線信道中傳播產生Rayleigh衰落，在不同空間位置上其衰落特性不同。如果兩個位置間距大於天線之間的相關距(通常相隔十個信號波長以上)，就認為兩處的信號完全不相關。這樣就可以實現信號空間分集接收。

傳統上通過分集提供獨立的衰落信道在接收機接收多個發射信號的副本。從中提取發射信號。當不同的信息比特經過獨立的衰落，所有的副本同時深衰落的機率非常的小，這樣，接收機可以從衰落較輕的接收信號提取傳送的比特。

在MIMO通信中，空時編碼(STC)將數據分成多個數據子流在多個天線上同時發射，建立了空間分離和時間分離之間的關係，通過在發射天線間的時域引入編碼冗餘得到分集增益。其本質在於建立了空間分離和時間分離之間的關係，達到各個天線之間的相互保護的目的（也就是說各個天線傳送的信號獨立或者相關性很小），降低了同一個符號在所有天線上發生深度衰落的機會，降低平均誤碼率。