頻率分集

4.頻率分集：

頻率分集是將調制在不同載波頻率上的同一路信號進行合并，從而帶來信

號增益的一種接收技術。頻率分集又分為同頻率分集和異頻率分集。

頻率分集是在發信端將一個信號利用兩個間隔較大的發信頻率同時發

射，在收信端同時接收這兩個射頻信號后合成，由于工作頻率不同，電磁

波之間的相關性極小，各電磁波的衰落概率也不同。頻率分集抗頻率選擇

性衰落特別有效，但付出的代價是成倍地增加了收發信機，且需成倍地多

占用頻帶，降低了頻譜利用率。

4.1 頻率分集的實現原理

頻率分集的工作原理是基于在信道相干帶寬之外的頻率上不會出現同樣衰

落的結論。在理論上不相關信道產生同樣衰落的概率是各自產生的衰落概率的乘

積。

在以擴頻技術為基礎的CDMA系統中，由于信號的帶寬遠遠大于系統的相

關帶寬，從而使得同一地點接收到的信號發生的衰落在系統帶寬內互不相關。也

就是說，CDMA系統中不可能在同一地點發生所有頻率上的衰落，因此寬帶

CDMA信號解擴后，某一頻率點上的衰落對整個信號的影響是很小的。所以，

CDMA系統的寬帶傳輸特性本身就具有頻率分集效應，擴頻增益越大，系統得

益也越大。

頻率分集是采用兩個或兩個以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時發送和

接收同一信息，然后進行合成或選擇，利用位于不同頻段的信號經衰落信道后在

統計上的不相關特性，即不同頻段衰落統計特性上的差異，來實現抗頻率選擇性

衰落的功能。實現時可以將待發送的信息分別調制在頻率不相關的載波上發射，

所謂頻率不相關的載波是指當不同的載波之間的間隔大于頻率相干區間，即載波

頻率的間隔應滿足:式中：率分集的分集改善系數

，--------------------------------（1-1）

式中--------兩個載頻頻率之差（GHz）

?f

F--------衰落因子

式（1-1）只有滿足≥5時有效，它的使用范圍為

I

dm

2GHz ≤≤11GHz

f

30㎞≤≤70㎞

d

?ff

/≤0.05

頻率分集接收原理圖如下：

發射機1

接收機1

發射信號

發射機2接收機2

(

f

f

)

接收信號

圖1 頻率分集接收

當采用兩個微波頻率時，稱為二重頻率分集。同空間分集系統一樣，在頻率

分集系統中要求兩個分集接收信號相關性較小(即頻率相關性較小)，只有這樣，

才不會使兩個微波頻率在給定的路由上同時發生深衰落，并獲得較好的頻率分集

改善效果。在一定的范圍內兩個微波頻率f1與f2相差，即頻率間隔△ f=f2-f1

越大，兩個不同頻率信號之間衰落的相關性越小。

4.2 頻率分集的作用及特點

根據衰落的頻率選擇性，當兩個頻率間隔大于信道帶寬相干帶寬時，接收到

的此兩種頻率的衰落信號不相關，市區的相關帶寬一般為50kHz左右，郊區的

相關帶寬一般為250kHz左右。而CDMA的一個信道帶寬為1.23MKz，無論在

市區還是郊區都遠遠大于相關帶寬的要求，所以CDMA的寬帶傳輸本身就是頻

率分集。頻率分集是采用兩個或兩個以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時發送

和接收同一信息，然后進行合成或選擇，利用位于不同頻段的信號經衰落信道后

在統計上的不相關特性，即不同頻段衰落統計特性上的差異，來實現抗頻率選擇

性衰落的功能。

頻率分集與空間分集相比較，其優點是在接收端可以減少接受天線及相應設

備的數量，缺點是要占用更多的頻帶資源，所以，一般又稱它為帶內(頻帶內)分

集，并且在發送端可能需要采用多個發射機。

4.3 頻率分集的典型應用：

頻率分集技術本質上是一個以不同載頻平行工作的系統。在具體實現時,頻率

分集通過在一個重復周期內以不同載頻“ 同時”或“ 分時”發射若干子脈沖。

在接收時，再把多個頻率的回波經不同的接收通道在信號處理器中進行對齊相加

處理。頻率分集的雷達系統具有一些突出的優點。諸如， 可增加發射功率， 突

破單個發射機的功率限制； 在接收通道中， 各個頻率的回波信號經非相參積累，

可提高信噪比， 改善檢測性能； 頻率分集平滑回波信號的起伏， 改善因目標

閃爍和多徑效應產生的距離和角跟蹤誤差；還能增強反干優能力以及提高可

靠性等。頻率分集的主要設計參數是，頻率分集去相關頻率間隔、 頻率分集的

通道數、頻率分集在接收機中哪個部位實現等，這些參數與接收機中捷變頻等性

能有著密切的關系。

4.3.1 具有用于多個空間流的子信道頻率分集的寬帶多載波機

對于多個空間信道的每一個而言，一種多載波機給每個子信道的子載波分配

星座符號集。將星座符號到子信道的分配結果在一些空間信道之間循環旋轉，以

便每個空間信道的子信道使用不同的子載波集，從而增強頻率分集。

4.3.2低功率超寬帶機和接收機

提供了通過犧牲時間和/或頻率分集來換取低功耗的低功率機和/或接收機設

備。在信道狀況指示時間和/或頻率擴展對于傳輸是不必要的時候，機可進入功

率節省模式，其中使用時間選通方案或時間重復方案來執行傳輸。在時間選通方

案中，碼元被僅一次而非多次，但用增加的功率來。在時間重復方案中，在不同

碼元傳輸時段上在相同頻率上相同碼元的副本多次，而非在不同碼元傳輸時段上

在不同頻率上。因此，碼元可被一次并被存儲以供后續重傳，藉此允許一些機/

接收機鏈組件能以較低。