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我们之前整理过一篇文章介绍了无线电波的传播与衰落（感兴趣的同学可移步 无线电波如何传播？衰落如何产生又该如何计量？）。那么承接前文，无线电波的衰落会对无线通信造成很多不良影响，如：
① 使接收电平降低，无法保证正常通信；
② 使接收波形畸变，产生严重的误码；
③ 传播延时变化，破坏与延时有关的同步；
④ 在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影响某些跟踪过程。
因此研究并了解抗衰落技术对于保障无线通信的安全性与稳定性具有重要的意义。
常见抗衰落技术有分集接收技术、均衡技术、信道编码等，我们后面将逐一进行了解。
分集接收技术
一、分集的定义
分集接收：是指接收端对它接收到的多个携带同一信息且衰落特性相互独立的信号进行特定的处理，达到克服多径衰落的目的，以降低信号电平起伏的办法。
分集的两个过程：一是分散传输，使接收端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，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响。
二、分集的类型
分集接收技术根据分集作用对象的不同，分为显分集和隐分集（显分集：构成明显分集信号的传输通道，多指利用多副天线接收信号的分集。隐分集：分集作用隐含在传输信号中，在接收端利用信号处理技术实现分集，通常只需一副接收天线）。
显分集根据所对抗衰落类型的不同，又分为微分集和宏分集。
微分集包括空间分集、极化分集、时间分集和频率分集等，主要用于对抗多径传播引起的快衰落（因其属于瞬时微观表现）。宏分集主要指多基站分集，用于对抗大范围阴影衰落，即慢衰落（因其属于长期宏观表现）。
隐分集主要包括交织编码技术、跳频技术和直接序列扩频技术等。
为了避免混乱，可以借助下图进行巩固记忆：
下面对上述典型分集方式进行详细介绍：
01 空间分集
在空间设立两副接收天线，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。又称为天线分集。
空间分集既可以用于移动台，也可以用于基站，或者同时应用于两者。空间分集基于这样一个事实：在移动台端，如果天线间的距离d≥1/2波长（实际工程中，市区通常设置0.5λ，郊区通常设置0.8λ），或者在基站端分集天线间的相隔距离>一定值（通常是几十个波长），那么不同的分集天线上收到的信号包络将基本上是不相关的。（两天线间隔距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。所谓相关性是指信号间相似的程度。）
对于空间分集而言，分集的支路数M越大，分集的效果越好。但当M较大时（如M >3），分集的复杂性增加，分集增益的增加随着M的增大而变慢。
空间分集是GSM数字移动通信系统中最常用的一种分集方法。
02 极化分集
由于移动台的小型化，对移动台接收采用空间分集一般比较困难，在市区固定基站，要安装满足空间分集距离要求的天线一般也不太行得通，此时极化分集方式就成为重要选择。
极化分集基于极化方向相互正交（如水平极化和垂直极化）的天线发出的信号不相关这一特性。在传输信道的反射过程中，不同极化方向的反射系数不同，这使得信号的幅度和相位的变化产生差异，在经过足够多次的反射后，不同极化方向上的信号就变成相互独立或者接近相互独立。
把两副接收天线的极化方向互成一定的角度进行接收，可以获得较好的分集效果。目前我们最常用的是±45°双线极化，即在接收端安装±45°极化天线，就可以把得到的两路衰落特性不相关的信号进行极化分集。
±45°极化天线
极化分集也可以把两副天线集成在一起实现：一根双极化天线是由极化彼此正交的两根天线封装在同一天线罩中组成的。采用双线极化天线,可以大大减少天线数目，简化天线工程安装，降低成本，减少天线占地空间。
双极化天线
不过，极化会产生3dB的衰减。因为发射端必须将能量分到两个不同的极化天线。
极化分集实际上是空间分集的特殊情况，其分集支路只有两路。
03 时间分集
采用一定的时延来发送同一消息或者在系统所能承受的时延范围内在不同的时间内发送消息的一部分。
在移动通信系统中，交织与纠错编码就是一种有效和实用的时间分集方法。但时间分集由于引入了时间冗余，使得带宽利用受损，降低了传输效率。
04 频率分集
频率分集是指用两个以上的载频同时传送一个信号，在接收端对不同频率的信号进行合成，利用不同频率的无线载波的不同路径减少或消除衰落的影响。只要载频之间的间隔足够大，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号。频率分集的效果取决于两频道信号的相关系数，相关系数越小，分集效果越好。
频率分集的缺点是不仅需要备用带宽，占用更多的频谱资源，而且需要有和频率分集中采用的频道数相等的若干个接收机，所以一般应用在特殊业务中。且由于频率资源的限制，在移动通信系统中一般不采用这种分集技术。
05 多基站分集
多基站分集即宏分集，主要是用于蜂窝系统的分集技术。该分集即把多个基站设置在不同的地理位置和不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信，最后选出信号最好的一个基站进行通信。只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落，这种办法就可以保证通信不会中断。
06 交织编码技术（时间隐分集）
交织技术是一项极其有用的数字通信技术，它可以看做是一种时间隐分集技术，可以在不附加任何比特开销的情况下，通过交织编码的方式使数字通信系统获得时间分集。
在数字蜂窝通信系统中，话音信号已经通过话音编码被转变为数字比特，话音编码器会在其编码序列中产生一些很重要的数据比特，这些比特必须加以保护，不能让其产生误码。交织编码器的作用就是将这些重要的数据比特分散到不同的时间段中发送，即使无线信道出现瞬间的深度衰落或突发干扰，这些重要的数据比特也不会被同时扰乱。而只要不出现连续的比特错误，就可以利用信道编码技术（将在以后介绍）来纠正信道干扰造成的数据比特错误。
分组结构的交织器：分组结构的交织编码器是一个m行×n列的矩阵，每次对m×n个数据位进行交织。数据位按列填入交织器，在输出端按行读出后送到发射机，这样就产生了对原始数据位以m个比特为周期进行分隔的交织效果。接收机端采用与此相反的过程，就可以恢复出原始数据。
由于接收机只能在收到全部m×n个数据位并进行解交织以后才能够进行解码，因此交织技术会有一个固有的延时，延时的大小主要取决于交织器的大小（m×n）。移动通信系统中交织编码器的延时不能超过40ms。
可以用卷积结构的交织器代替分组结构的交织器，交织效果更好。
07 跳频技术（频率隐分集）
数字移动通信中采用跳频技术抗多径、抗干扰和抗衰落。跳频（Frequency Hopping，FH）是指通信使用的载波频率受一组快速变化的PN码（伪随机码）控制而随机地跳变。（FH实际上是一种复杂的频移键控，是一种用PN码进行多频频移键控的通信方式。）
跳频抗多径
• 跳频抗多径的原理是：若发射的信号载波频率为f0，当存在多径传播环境时，因多径延迟的不同，信号到达接收端的时间有先有后。
• 若接收机在收到最先到达的信号之后立即将载波频率跳变到另一频率f1上，则可避开由于多径延迟对接收信号的干扰。
跳频抗同信道干扰
• 采用跳频图案的正交性组成正交跳频网，可以避免频率复用引起的同频干扰。
• 利用跳频技术构成准正交跳频网，也能使同频干扰离散化，亦即减少同频干扰的重合次数，从而减少同频干扰的影响。
跳频抗衰落
• 跳频抗衰落是指抗频率选择性衰落。
• 跳频抗衰落的原理是：当跳频的频率间隔大于信道相关带宽时，可使各个跳频驻留时间内的信号相互独立。换句话说，在不同的载波频率上同时发生衰落的可能性很小。
08 直接序列扩频技术（DSSS）
扩频技术通过大幅扩展频带的宽度来分散信号，从而隐藏信号，达到躲避干扰、抵抗干扰的目的。扩频技术主要有两种，一是直接序列扩频，二是跳频扩频。简单来说，在数据上直接加入伪随机序列码，可得到直序扩频（DSSS）；如果伪随机码作用在载波频率上，则得到跳频扩频（FHSS）。这里我们主要了解一下直序扩频（简称直扩）。
直扩建立在PSK的基础上，增加扩频和解扩步骤。扩频即利用序列随机的扩频码将码元“打碎”展开，形成“碎片”（即码片chip：TC）；窄带PSK经过扩频后变成宽带，宽带信号送入信道传输。解扩即将“碎片”拼合、还原，解析出原来的信号。
直接序列扩频技术特点
保密性
伪随机码将信号拆分打乱，相当于加密，很难被自身设备以外的其他接收端解析接收。
隐蔽性
信号经过扩频后，在功率一定的情况下，随着频谱的展开，其功率谱密度下降，甚至可以淹没在噪声中，信号也很难会被不同PN码的接收端解析得到，所以具有较强的抗截获能力。
抗衰落
直序扩频的带宽很宽，由于传输引起的部分频谱的衰落导致的变化不会使信号频谱发生严重衰落。
抗多径干扰
扩频系统中的PN码通常具有很好的自相关特性，很容易将不同路径的反射信号分离开，经处理后在时间和相位上重新对齐，形成几路叠加，大幅度的改善系统的性能。
易实现多址通信（码分多址/码分复用）
多用户用不同的扩频码发送信号，由于是依靠码的不同来彼此分隔开的，所以多址干扰是有限的，在用户数量有限的情况下，可以进行多址通信。过程中采用正交码或准正交码，以及利用无线通信的“远近效应”（适当降低近处设备功率，提高远处的），可以在实现基本通信的基础上，有效降低和控制干扰。
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