无线通信里最烦人的问题之一是多径衰落。信号从发射端到接收端走了好几条路径,有的直射、有的反射,到达时间不同、相位不同,叠加起来可能增强也可能抵消。移动终端稍微挪一下,接收电平就能掉十几dB,通话就断了。
分集接收的思路很朴素:既然一条路径靠不住,就多收几路互不相关的信号,再合并起来。多路信号同时衰落的概率远小于单路,合并后的信噪比就稳定了。这就是分集增益的来源。
空间分集最常用。两个接收天线隔开一定距离,比如半个波长以上,收到的多径信号就基本不相关了。基站上常见双极化天线,用两个极化方向接收,也算空间分集的一种变形,体积小、安装方便。
频率分集是把同一信息放在不同载频上发,路径对不同频率的响应不同,同时衰落的概率低。时间分集靠编码和交织,把信息分散到不同时隙,快衰落的时候能起到纠错作用。这两种都要占用额外资源,不如空间分集直接。
合并方式有三种。选择合并只挑信噪比最好的那一路,实现最简单;等增益合并把各路信号对齐相位后直接相加;最大比合并按各路信噪比加权,理论性能最好,但需要估计信道。实际系统里最大比合并用得最多。
分集和MIMO不是一回事。分集是为了提高可靠性,让链路更稳;MIMO的空间复用是为了提高速率,同时发多路数据。两者可以结合,但设计目标不同。日常能见到的分集应用很多,无线麦克风的双天线、汽车钥匙的多次发送、基站的双极化接收,背后都是这个思路。
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