按分集资源分类（最核心的分类方式）
这是最常用和最根本的分类方法,它告诉我们分集的信号副本是从哪里来的。
（图片来源网络，侵删）
时间分集
- 原理：在不同的时间上发送携带相同信息的信号副本，只要时间间隔足够大，信道的衰落特性就会发生变化（不相关）,从而获得独立的信号副本。
- 如何实现：
- 信道编码：最经典和常用的方法，通过添加冗余比特（如卷积码、Turbo码、LDPC码），将一个信息比特扩展成多个编码比特，即使其中一些比特因衰落而错误，接收端也能通过解码算法恢复出原始信息,这本质上就是在时间上分散了信息。
- 交织：将编码后的数据符号在时间上打乱顺序，这样，信道突发性错误（如深衰落）只会影响分散在不同时间点上的少量符号，而不是连续的一串符号,便于纠错码进行纠正。
- 重传：当接收端检测到数据错误时，请求发送端重新发送数据，早期的ARQ（自动重传请求）就是一种简单的重传分集。
- 优点：实现简单，不需要额外的硬件（天线等）,适用于所有无线系统。
- 缺点：会引入时延,降低了数据传输速率。
频率分集
- 原理：在不同的频率上发送携带相同信息的信号副本，只要频率间隔大于信道的相干带宽,这些频率上的信道衰落就是不相关的。
- 如何实现：
- 扩频通信：如直接序列码分多址，将信号的频谱扩展到很宽的频带上，信号能量被分散到许多个子载波上，即使某些频率点衰落严重,其他频率点的信号仍然可以被正确接收。
- 正交频分复用：OFM系统本身就具有天然的频率分集特性，通过将数据分散到大量紧密排列的正交子载波上，即使一部分子载波处于深衰落，其他子载波仍能传输数据，更高级的技术是频率选择性调度，将数据单元（如RB）分配给当前信道条件最好的子载波上。
- 跳频：信号在多个预设的频率点之间快速跳变，接收端和发送端同步跳频,接收端在不同频率上接收到信号的副本。
- 优点：能有效对抗频率选择性衰落。
- 缺点：需要更宽的频谱资源,实现相对复杂。
空间分集
- 原理：利用空间上分离的多个天线来接收或发送信号，只要天线之间的距离足够大（大于半波长）,它们所经历的信道衰落就是相互独立的。
- 如何实现：
- 接收分集：在接收端部署多根天线，这是最常见的实现方式,例如在手机中增加天线。
- 发射分集：在发射端部署多根天线,例如在基站端使用多根天线向单个用户发送数据。
- MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)：在发射端和接收端同时使用多根天线，它不仅能实现分集（提高可靠性），还能实现复用（提高数据速率），是现代4G/5G系统的核心技术。
- 主要合并技术：
- 选择合并：从所有天线支路中选择信噪比最好的一个信号进行接收，实现简单,但性能不是最优。
- 最大比合并：将所有支路的信号根据其信噪比进行加权，然后同相相加，性能最优,能实现最大的合并增益。
- 等增益合并：将所有支路的信号等权值同相相加，性能介于选择合并和最大比合并之间,实现复杂度也介于两者之间。
- 优点：分集增益高,是现代无线通信的基石。
- 缺点：需要额外的硬件（多根天线）,增加了系统的成本和复杂度。
极化分集
- 原理：利用不同极化方向的电磁波，垂直极化波和水平极化波，或左旋圆极化波和右旋圆极化波，在散射丰富的环境中,这两种极化方向的信号衰落通常是相互独立的。
- 如何实现：使用两个极化方向正交的天线（一个垂直极化，一个水平极化）来接收或发送信号。
- 优点：可以在不增加物理空间占用的情况下实现空间分集（一根双极化天线）。
- 缺点：在视距环境下，极化相关性可能较高,分集效果会下降。
角度分集
- 原理：利用不同角度到达的信号，在多径环境中，信号会从不同的方向到达接收端，通过使用天线阵列，可以区分这些来自不同角度的信号路径，只要这些路径的角度足够分离,它们的衰落就是独立的。
- 如何实现：使用智能天线或波束成形技术,将主波束对准不同方向的信号进行接收或发送。
- 优点：可以同时实现分集和空间复用。
- 缺点：算法复杂,需要精确的信道信息。
按实现方式分类
这种分类方式侧重于分集技术是在通信链路的哪一端实现的。
宏分集
- 定义：在不同地理位置的基站之间进行的分集，主要用于解决阴影衰落问题。
- 典型应用：软切换，这是CDMA（3G）系统的关键技术，移动终端同时与多个基站保持连接，这些基站发送相同的信号，终端选择信号最好的一个进行数据接收，并将测量结果报告给网络，从而在基站间实现无缝切换，有效对抗了由大型障碍物（如建筑物、山丘）引起的慢速阴影衰落。
微分集
- 定义：在同一个基站覆盖范围内进行的分集，主要用于对抗多径衰落。
- 典型应用：前面提到的空间分集、频率分集、时间分集等绝大多数分集技术都属于微分集,手机内置的两根天线接收来自同一个基站的信号。
总结表格
| 分类方式 | 分集类型 | 原理 | 典型应用/技术 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 按资源 | 时间分集 | 在不同时间发送副本 | 信道编码、交织、重传 | 实现简单，无需额外硬件 | 引入时延，降低速率 |
| 频率分集 | 在不同频率发送副本 | 扩频、OFDM、跳频 | 抗频率选择性衰落 | 占用更多频谱资源 | |
| 空间分集 | 利用空间分离的多天线 | MIMO、接收/发射分集 | 分集增益高，现代通信基石 | 增加硬件成本和复杂度 | |
| 极化分集 | 利用不同极化方向的波 | 双极化天线 | 节省物理空间 | 视距环境下相关性高 | |
| 角度分集 | 利用不同角度到达的波 | 智能天线、波束成形 | 可同时实现分集和复用 | 算法复杂 | |
| 按实现 | 宏分集 | 跨越不同地理位置的基站 | 软切换（3G CDMA） | 对抗阴影衰落，实现无缝切换 | 需要基站间协同，增加信令开销 |
| 微分集 | 在同一基站覆盖范围内 | 空间/频率/时间分集 | 对抗多径衰落 | - |
在实际的通信系统中，这些分集技术很少单独使用，而是组合使用以获得最佳的性能，一个5G系统可能会同时使用空间分集（MIMO）、频率分集（OFDM）和时间分集（信道编码）,来构建一个极其鲁棒的通信系统。
（图片来源网络，侵删）
